DE102017200541A1 - Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung für einen Verbrennungsmotor Download PDF

Info

Publication number
DE102017200541A1
DE102017200541A1 DE102017200541.6A DE102017200541A DE102017200541A1 DE 102017200541 A1 DE102017200541 A1 DE 102017200541A1 DE 102017200541 A DE102017200541 A DE 102017200541A DE 102017200541 A1 DE102017200541 A1 DE 102017200541A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
zeolite
exhaust gas
housing
catalyst coating
state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102017200541.6A
Other languages
English (en)
Inventor
Armando Vollono
Alberto Diano
Paolo Ciccarese
Giuseppe Minosi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102017200541.6A priority Critical patent/DE102017200541A1/de
Publication of DE102017200541A1 publication Critical patent/DE102017200541A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • B01D53/9431—Processes characterised by a specific device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9459—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
    • B01D53/9477—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on separate bricks, e.g. exhaust systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9481—Catalyst preceded by an adsorption device without catalytic function for temporary storage of contaminants, e.g. during cold start
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/103—Oxidation catalysts for HC and CO only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/35—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with means for cleaning or treating the recirculated gases, e.g. catalysts, condensate traps, particle filters or heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/45—Sensors specially adapted for EGR systems
    • F02M26/46—Sensors specially adapted for EGR systems for determining the characteristics of gases, e.g. composition
    • F02M26/47—Sensors specially adapted for EGR systems for determining the characteristics of gases, e.g. composition the characteristics being temperatures, pressures or flow rates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/106—Silica or silicates
    • B01D2253/108—Zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/902—Multilayered catalyst
    • B01D2255/9022—Two layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/903—Multi-zoned catalysts
    • B01D2255/9032—Two zones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/915—Catalyst supported on particulate filters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/40—Nitrogen compounds
    • B01D2257/404—Nitrogen oxides other than dinitrogen oxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/80—Water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2370/00—Selection of materials for exhaust purification
    • F01N2370/02—Selection of materials for exhaust purification used in catalytic reactors
    • F01N2370/04—Zeolitic material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2510/00—Surface coverings
    • F01N2510/06—Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction
    • F01N2510/063—Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction zeolites
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/06—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being a temperature sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/06—Low pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust downstream of the turbocharger turbine and reintroduced into the intake system upstream of the compressor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung für einen Verbrennungsmotor. Sie umfasst ein Gehäuse (16), das einen Einlass zum Einfüllen von Abgas, einen Auslass, der dem Abgas ermöglicht auszuströmen, und einen durchlässigen Zeolith, der zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist und Wasser absorbieren oder desorbieren kann, aufweist. Zusätzlich ist eine Katalysator-Beschichtung im Gehäuse (16) zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet, an der eine selektive katalytische Reduktion für das Abgas durchführbar ist. Außerdem umfasst die Vorrichtung einen ersten Temperatursensor (21), der in thermischen Kontakt mit dem Zeolith steht und ein Mittel zur Temperaturermittlung (22) am Einlass des Gehäuses (16). Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung ein elektronisches Steuergerät (20), das eingerichtet ist auf Grundlage von Signalen des ersten Temperatursensors (21) und des Mittels zur Temperaturermittlung (22) zu bestimmen, ob sich der Zeolith in einem absorbierenden Zustand, einem desorbierenden Zustand oder einem Zwischenzustand zwischen dem absorbierenden Zustand und dem desorbierenden Zustand befindet und auf Grundlage des Zustands ein Volumen des Abgases zu steuern,

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung für einen Verbrennungsmotor, wobei eine Katalysator-Beschichtung, an der eine selektive katalytische Reduktion für das Abgas durchführbar ist, mit einem Zeolith kombiniert wird.
  • Stand der Technik
  • Heutzutage wird bei der Abgasnachbehandlung für Verbrennungsmotoren ein Teil des Abgases über ein Abgasrückführungssystem (AGR) der angesaugten Luft zugeführt und erneut in den Verbrennungsmotor geleitet. Bei Turboladern unterscheidet man zwischen einer Hochdruck-Abgasrückführung, bei der das Abgas motorseitig eines Turboladers rückgeführt wird, und einer Niederdruck-Abgasrückführung, bei der das Abgas stromabwärts von weiteren Abgasnachbehandlungssystemen entnommen und stromaufwärts eines Verdichters des Turboladers in die Ansaugleitung geleitet wird. Das Abgas wird im Verlauf der Rückführung gekühlt und senkt infolgedessen die Gesamttemperatur bei der Verbrennung im Verbrennungsmotor, während es aufgrund seines geringen Sauerstoffanteils selbst nicht zur Verbrennung beiträgt. Die Bildung von Stickoxiden bei der Verbrennung hängt von der Verbrennungstemperatur ab, sodass, wenn die Gesamttemperatur bei der Verbrennung durch das rückgeführte Abgas sinkt, weniger Stickoxide entstehen.
  • Zeolithe sind mikroporöse, kristalline Aluminosilikate, die heutzutage in vielen Bereichen eingesetzt werden. Hauptsächlich werden ihre hohe Absorptionsfähigkeit vor allem in Bezug auf Wasser und der damit einhergehende Energieaustausch ausgenutzt. Während einer Absorption gibt der Zeolith Wärme an die Umgebung ab (exotherm) und nimmt andererseits während einer Desorption Wärme auf (endotherm).
  • Die EP 2 957 757 A1 beschreibt die Verwendung eines Zeoliths bei der Niederdruck-Abgasrückführung als Wasserspeicher. Über die Niederdruck-Abgasrückführung kann Wasserdampf, welcher bei der Verbrennung von Kraftstoff im Verbrennungsmotor aus den Kohlenhydraten entsteht, in die angesaugte Luft eingebracht werden. Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann dieser Wasserdampf kondensieren und als Siphon in der Ansaugleitung wirken. Dies kann zu einer Verstopfung der Ansaugleitung und damit zu Fehlfunktionen und/oder Schäden am Verbrennungsmotor führen. Der Zeolith nimmt den Wasserdampf auf und speichert ihn zwischen, bis er bei geeigneten Betriebsbedingungen durch den Abgasstrang in die Umgebung abgegeben wird. Die in der EP 2 957 757 A1 beschriebene Vorrichtung umfasst einen Temperatursensor, der die Temperatur des Zeoliths misst, und ein weiteres Mittel zur Temperaturermittlung stromaufwärts des Zeoliths, mit dessen Hilfe eine Referenztemperatur ermittelt wird. Ein elektronisches Steuergerät ist eingerichtet, die Temperatur des Zeoliths mit der Referenztemperatur zu verglichen. Liegt die Temperatur des Zeoliths über der Referenztemperatur, spricht dies für eine exotherme Reaktion und dementsprechend für den absorbierenden Zustand. Liegt die Temperatur des Zeoliths hingegen unter der Referenztemperatur wird daraus auf eine endotherme Reaktion und folglich auf den desorbierenden Zustand geschlossen. Abhängig vom Zustand kann das elektronische Steuergerät ein Volumen des Abgases steuern.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für Niederdruck-Abgasrückführungssysteme. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, das in einem Abgasstrang des Verbrennungsmotors angeordnet ist. Das Gehäuse weist einen Einlass zum Einfüllen von Abgas aus dem Abgasstrang, wodurch das Abgas in das Gehäuse gelangt, und einen Auslass, durch den das Abgas wieder aus dem Gehäuse in den Abgasstrang ausströmen kann, auf. Zwischen dem Einlass und dem Auslass ist innerhalb des Gehäuses ein durchlässiger Zeolith angeordnet, der Wasser(-dampf) aus dem Abgas absorbiert oder desorbiert. Damit der Zeolith mit möglichst viel Abgas in Kontakt kommt, kann er innerhalb des Gehäuses von Kanälen zwischen dem Einlass und dem Auslass durchzogen sein oder als dichteste Kugelpackung vorliegen. Darüber hinaus können andere Formen, die ein Durchströmen des Abgases und eine möglichst große, mit dem Abgas in Kontakt stehende Oberfläche ermöglichen, vorgesehen sein.
  • Zusätzlich ist eine Katalysator-Beschichtung im Gehäuse zwischen Einlass und Auslass angeordnet, an der eine selektive katalytische Reduktion (SCR) für das Abgas durchführbar ist. Die Katalysator-Beschichtung kann in vielfältiger Weise, wie nachfolgend beschrieben, mit dem Zeolith kombiniert werden.
  • Aus der Kombination des Zeoliths mit der Katalysator-Beschichtung im gemeinsamen Gehäuse ergeben sich viele Vorteile. Vorweg wird die Anzahl der Komponenten im Abgasstrang beim Zusammenführen von mehreren Bauteilen bzw. Funktionen zur Abgasnachbehandlung reduziert. Wenn der Verbrennungsmotor mit einer hohen Leistung betrieben wird, d.h. wenn eine ausgiebige Verbrennung stattfindet, entstehen oftmals gleichzeitig viel Wasserdampf und viele Stickoxide. Dieser erhöhte Wasseranteil wird durch den Zeolith absorbiert, der dabei Wärme abgibt. Die abgegebene Wärme erwärmt die Katalysator-Beschichtung, wodurch mehr Stickoxide durch die selektive katalytische Reduktion umgewandelt werden. Weitere Vorteile zeigen sich, wenn sich bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor, vor allem über Nacht, Tau (kondensiertes Wasser) bildet. Beim Start des Verbrennungsmotors wird der Tau durch das Zeolith absorbiert. Die abgegebene Wärme heizt einerseits die dem Verbrennungsmotor zugeführte, angesaugte Luft auf, sodass seine optimale Betriebstemperatur schneller erreicht wird und dementsprechend weniger Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid in die Umgebung abgegeben wird. Andererseits kann die Wärme genutzt werden, um die Katalysator-Beschichtung aufzuheizen, sodass sich während der Aufwärmphase die selektive katalytische Reduktion früher abläuft und dementsprechend eine höhere SCR stattfindet. Nicht zuletzt führt die endotherme Reaktion während der Desorption des Wassers zu einer zusätzlichen Kühlung der angesaugten Luft, wodurch sich die Bildung von Stickoxiden im Verbrennungsmotor verringert.
  • Vorzugsweise ist das Gehäuse mit dem Zeolith und der Katalysator-Beschichtung in einem Abgasrückführungssystem stromaufwärts eines Anschlusses für die Niederdruck-Abgasrückführung (AGR) angeordnet ist. Durch die endotherme Reaktion wird das Abgas abgekühlt, bevor es einen AGR-Kühler für die Niederdruck-AGR bzw. einen Ladeluftkühler durchläuft, wodurch der AGR-Kühler bzw. der Ladeluftkühler entlastet wird.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung können der Zeolith und die Katalysator-Beschichtung auf der Oberfläche eines gemeinsamen Trägermaterials im Gehäuse aufgebracht sein. Insbesondere können der Zeolith und die Katalysator-Beschichtung gesondert voneinander auf dem Trägermaterial, genauer auf dessen Oberfläche, aufgebracht sein. Dadurch ist eine gute Wärmeübertragung zwischen dem Zeolith und der Katalysator-Beschichtung gegeben. Gleichzeitig erfolgen die Absorption und die Desorption von Wasser durch den Zeolith und die SCR durch die Katalysator-Beschichtung weitestgehend unabhängig voneinander.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Katalysator-Beschichtung direkt auf dem Zeolith aufgebracht sein. Dadurch stehen beide in optimalen thermischen Kontakt, sodass die Katalysator-Beschichtung die vom Zeolith bei der Absorption von Wasser abgegebene Wärme bestmöglich aufnehmen kann und sich dadurch erwärmt. Bevorzugt ist die Katalysator-Beschichtung auf dem Zeolith eine Washcoating-Beschichtung, wodurch die Oberfläche der Katalysator-Beschichtung vergrößert wird.
  • Optional kann der Zeolith und die Katalysator-Beschichtung auf einem (Diesel-)Partikelfilter aufgebracht werden. Dabei kann sowohl der Partikelfilter als Trägermaterial für den Zeolith und die Katalysator-Beschichtung dienen, als auch lediglich der Zeolith auf dem Partikelfilter aufgebracht sein und die Katalysator-Beschichtung wiederum auf dem Zeolith aufgebracht sein. Folglich wird die Anzahl der Komponenten im Abgasstrang weiter reduziert.
  • Das Gehäuse mit der Katalysator-Beschichtung und dem Zeolith kann gemäß einem Aspekt stromabwärts und gemäß einem weiteren Aspekt stromaufwärts des Partikelfilters angeordnet sein. Durch eine abgestimmte Ansteuerung für den Partikelfilter und optional für einen zusätzlichen Stickoxid-Speicherkatalysator kann die Desorption des Wassers aus dem Zeolith verbessert werden.
  • Die Vorrichtung umfasst zudem einen ersten Temperatursensor, der in thermischen Kontakt mit dem Zeolith steht und eine Temperatur des Zeoliths ermittelt, und ein weiteres Mittel zur Temperaturermittlung, wie z.B. einen zweiten Temperatursensor, am Einlass des Gehäuses, der eine Referenztemperatur des Abgases ermittelt.
  • Aus der Temperatur des Zeoliths und der Referenztemperatur schließt ein elektronisches Steuergerät auf einen Zustand des Zeoliths. Liegt die Temperatur des Zeoliths über der Referenztemperatur, wird auf einen absorbierenden Zustand geschlossen. Liegt die Temperatur des Zeoliths hingegen unter der Referenztemperatur wird auf einen desorbierenden Zustand geschlossen. Außerdem wird auf Zwischenzustände, beispielsweise auf einen Sättigungszustand, geschlossen, wenn beide Temperaturen gleich sind. Abhängig vom Zustand steuert das elektronische Steuergerät dann ein Volumen des Abgases.
  • Die vorstehend beschriebene Vorrichtung bietet zudem die Vorteile, dass durch die Ermittlung des aktuellen Zustands des Zeoliths abhängig von dessen Temperatur ein Wasseranteil des Abgases überwacht wird. Mit der genauen Kenntnis über den jeweils aktuellen Wasseranteil kann die Niederdruck-Abgasrückführung verbessert und ausgeweitet werden, insbesondere wenn die Niederdruck-AGR durch Verfahren in einer Anlaufphase des Verbrennungsmotors beschränkt wird, sowie das Risiko für die Kondensation des Wassers reduziert werden. Vor allem, wenn während der Desorption die höchste Temperatur des Abgases erreicht wird, wird die Kondensation verhindert.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    • 1 zeigt ein Abgasrückführungssystem mit einer Niederdruck-Abgasrückführung und der Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 2a bis 2e zeigen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit jeweils unterschiedlicher Anordnung des Gehäuses mit dem Zeolith und der Katalysator-Beschichtung.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • Ein Abgasrückführungssystem mit sowohl einer Niederdruck-Abgasrückführung (AGR) 30 als auch einer Hochdruck-Abgasrückführung 70 für einen Verbrennungsmotor 60 ist in 1 gezeigt. Ein Gehäuse 16 mit einem Zeolith und einer Katalysator-Beschichtung, an der selektive katalytische Reduktion (SCR) ablaufen kann, ist in einem Abgasstrang 16 angeordnet. Ein erster Temperatursensor 21 steht mit dem Zeolith im Gehäuse 16 in thermischen Kontakt und misst eine Temperatur Tzeo des Zeoliths. Im Abgasstrang 42 sind weitere Abgasnachbehandlungssysteme vorgesehen, wie in diesem Ausführungsbeispiel ein Stickoxid-Speicherkatalysator 10, ein Oxidationskatalysator 12 und ein (Diesel-) Partikelfilter 14.
  • Aus der Verbrennung im Verbrennungsmotor 60 entstandenes Abgas strömt entlang der dargestellten Pfeile und durchläuft den Stickoxid-Speicherkatalysator 10, den Oxidationskatalysator 12 und den Partikelfilter 14 und erreicht dann einen nicht dargestellten Einlass des Gehäuses 16, wo ein zweiter Temperatursensor 22 eine Referenztemperatur Tref des Abgases misst. Durch den Einlass gelangt das Abgas in das Innere des Gehäuses 16 und kommt dort mit dem Zeolith und der Katalysator-Beschichtung in Kontakt. Der Zeolith absorbiert nun Wasserdampf, der bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen im Verbrennungsmotor 60 entstanden ist, aus dem Abgas und gibt dabei Wärme frei, die von der Katalysator-Beschichtung aufgenommen wird. Die Katalysator-Beschichtung erwärmt sich infolgedessen, wodurch sich die daran ablaufende SCR der ebenfalls während der Verbrennung entstandenen Stickoxide verbessert. Des Weiteren ist ein elektronisches Steuergerät 20 vorgesehen, das zumindest mit den beiden Temperatursensoren 21 und 22 verbunden ist und von diesen die Temperatur Tzeo des Zeoliths und die Referenztemperatur Tref erhält. Das elektronische Steuergerät 20 kann ein schon vorhandenes Motorsteuergerät sein, mit weiteren Bauteilen verbunden sein und diese steuern, wobei diese Verbindungen der Übersicht wegen in 1 nicht dargestellt sind. Über einen Vergleich der beiden Temperaturen Tzeo und Tref schließt das elektronische Steuergerät 20 auf den Zustand des Zeoliths. Liegt die Temperatur des Zeoliths Tzeo über der Referenztemperatur Tref, wird auf einen absorbierenden Zustand geschlossen. Liegt die Temperatur des Zeoliths Tzeo hingegen unter der Referenztemperatur Tref wird auf einen desorbierenden Zustand geschlossen. Außerdem wird auf einen Sättigungszustand geschlossen, wenn beide Temperaturen Tzeo und Tref vergleichbar sind. Abhängig vom Zustand steuert das elektronische Steuergerät 20 dann ein Volumen des Abgases.
  • Das Abgas verlässt das Gehäuse 16 über einen nicht dargestellten Auslass und erreicht einen Abzweig 31 zur Niederdruck-AGR 30. Über ein Auslassventil 43 und ein AGR-Ventil 33 wird gesteuert, wie das Abgas weitergeleitet wird. In der Niederdruck-AGR 30 wird das Abgas zunächst durch einen ersten AGR-Kühler 34 gekühlt, bevor es an einem Anschluss 32 in einen Ansaugstrang 40 eingeleitet wird, wo es sich mit angesaugter Luft aus der Umgebung vermischt. Zusammen mit dem rückgeführten Abgas durchläuft die angesaugte Luft das einen Verdichter 51 eines Turboladers 50 und wird anschließend durch einen Ladeluftkühler 62 gekühlt, bevor beide in den Verbrennungsmotor 60 eingeleitet werden.
  • Vom Verbrennungsmotor 60 gelangt bei der Verbrennung entstandenes Abgas wiederum über eine Turbine 52 des Turboladers 50 zu den Abgasnachbehandlungssystemen und der vorstehend beschriebene Durchlauf wiederholt sich. Darüber hinaus ist stromaufwärts der Turbine 52 die Hochdruck-AGR 70 vorgesehen, über die das Abgas ebenfalls in den Ansaugstrang 40 stromabwärts des Verdichters 51 und des Ladeluftkühlers 62 eingeleitet wird, wobei ein zweites AGR-Ventil 71 den Ansaugstrang 40 in Richtung des Ladeluftkühlers 62 sperrt und das Abgas dadurch zum Verbrennungsmotor 60 leitet. In der Hochdruck-AGR 70 ist ein zweiter AGR-Kühler 72 angeordnet, der das Abgas kühlt.
  • Die 2a bis 2e zeigen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, bei denen der Oxidationskatalysator 12, der Partikelfilter 14 und das Gehäuses 16 mit dem Zeolith und der Katalysator-Beschichtung jeweils unterschiedlich angeordnet sind. Der Stickoxid-Speicherkatalysator 10 wird in diesen Ausführungsbeispielen nicht weiter beachtet und kann als separates Bauteil, wie in 1 gezeigt, ggf. stromaufwärts der besagten Komponenten angeordnet sein. 2a zeigt die aus 1 bekannte Anordnung, wobei der Oxidationskatalysator 12 direkt - beispielweise in einem gemeinsamen Gehäuse - mit dem Partikelfilter 14 verbunden ist. Über ein Dosiermodul 18 wird Reduktionsmittellösung für die SCR stromaufwärts des Gehäuses 16 mit dem Zeolith und der Katalysator-Beschichtung eingespritzt. Der zweite Temperatursensor 22 ist zwischen Dosiermodul 18 und Gehäuse 16 angeordnet, kann jedoch auch stromaufwärts des Dosiermoduls 18 angeordnet werden.
  • In den 2b und 2c ist der Partikelfilter 14 jeweils stromabwärts des Gehäuses 16 angeordnet. In 2b ist das Gehäuse 16 getrennt vom Oxidationskatalysator 12 gezeigt und das Dosiermodul 18 und der zweite Temperatursensor 22 zwischen dem Gehäuse 16 und dem Oxidationskatalysator 12 angeordnet. In 2c ist der Oxidationskatalysator 12 als Teil des Gehäuses 16 vorgesehen. Der erste Temperatursensor 21 steht weiterhin mit dem Zeolith in thermischen Kontakt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der zweite Temperatursensor stromaufwärts des Oxidationskatalysators 12 angeordnet.
  • Die 2d und 2e zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen auf einem Partikelfilter 17 der Zeolith und die Katalysator-Beschichtung aufgebracht wurden. In 2d ist dieser Partikelfilter 17 mit dem Zeolith und der Katalysator-Beschichtung mit dem Oxidationskatalysator 12 in einem gemeinsamen Gehäuse ausgebildet. 2e zeigt den Partikelfilter 17 mit dem Zeolith und der Katalysator-Beschichtung als separates Bauteil angeordnet zwischen dem Oxidationskatalysator 12 und einem Clean-up-Katalysator 19.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2957757 A1 [0004]

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung für einen Verbrennungsmotor (60), wobei die Vorrichtung ein Gehäuse (16), das einen Einlass zum Einfüllen von Abgas, einen Auslass, der dem Abgas ermöglicht auszuströmen, und einen durchlässigen Zeolith, der zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist und Wasser absorbieren oder desorbieren kann, aufweist, einen ersten Temperatursensor (21), der in thermischen Kontakt mit dem Zeolith steht, ein Mittel zur Temperaturermittlung (22) am Einlass des Gehäuses (16); und ein elektronisches Steuergerät (20), das eingerichtet ist auf Grundlage von Signalen des ersten Temperatursensors (21) und des Mittels zur Temperaturermittlung (22) zu bestimmen, ob sich der Zeolith in einem absorbierenden Zustand, einem desorbierenden Zustand oder einem Zwischenzustand zwischen dem absorbierenden Zustand und dem desorbierenden Zustand befindet und auf Grundlage des Zustands ein Volumen des Abgases zu steuern, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Katalysator-Beschichtung im Gehäuse (16) zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist, an der eine selektive katalytische Reduktion für das Abgas durchführbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) mit dem Zeolith und der Katalysator-Beschichtung in einem Abgasrückführungssystem stromaufwärts eines Abzweigs (31) zu einer Niederdruck-Abgasrückführung (30) angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeolith und die Katalysator-Beschichtung auf der Oberfläche eines gemeinsamen Trägermaterials im Gehäuse (16) aufgebracht sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeolith und die Katalysator-Beschichtung gesondert voneinander auf dem Trägermaterial aufgebracht sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysator-Beschichtung auf dem Zeolith aufgebracht ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysator-Beschichtung auf dem Zeolith eine Washcoating-Beschichtung ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysator-Beschichtung und der Zeolith auf einem Partikelfilter (17) aufgebracht ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) mit der Katalysator-Beschichtung und dem Zeolith stromabwärts eines Partikelfilters (14) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) mit der Katalysator-Beschichtung und dem Zeolith stromaufwärts eines Partikelfilters (14) angeordnet ist.
DE102017200541.6A 2017-01-13 2017-01-13 Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung für einen Verbrennungsmotor Pending DE102017200541A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017200541.6A DE102017200541A1 (de) 2017-01-13 2017-01-13 Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung für einen Verbrennungsmotor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017200541.6A DE102017200541A1 (de) 2017-01-13 2017-01-13 Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung für einen Verbrennungsmotor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017200541A1 true DE102017200541A1 (de) 2018-07-19

Family

ID=62716422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017200541.6A Pending DE102017200541A1 (de) 2017-01-13 2017-01-13 Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung für einen Verbrennungsmotor

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102017200541A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2957757A1 (de) 2014-06-20 2015-12-23 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Verarbeitung von Gas, das einem Verbrennungsmotor zuzuführen ist

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2957757A1 (de) 2014-06-20 2015-12-23 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Verarbeitung von Gas, das einem Verbrennungsmotor zuzuführen ist

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016213322B4 (de) Duales Katalysator-Heizsystem
DE102014105210B4 (de) System und Verfahren zum Reinigen von Abgas
DE19740702C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer mit Luftüberschuß arbeitenden Brennkraftmaschine
DE102006057325B4 (de) Abgasreinigungsvorrichtung
DE102011015443B4 (de) Eng gekoppeltes Abgasnachbehandlungssystem für eine Brennkraftmaschine mit zwei Turboladern
DE102014223491A1 (de) Abgasbehandlungsvorrichtung und Verfahren zur Abgasbehandlung
DE102015000955A1 (de) Systeme und Verfahren zur Minderung von NOx- und HC-Emissionen
WO2015110247A2 (de) Verfahren zur diagnose eines abgaskatalysators sowie kraftfahrzeug
DE102011015256A1 (de) Eng gekoppeltes Abgasnachbehandlungssystem für eine turboaufgeladene Maschine
DE102016119586A1 (de) Diagnose-oxidationskatalysator-vorrichtung mit kohlenwasserstoffspeicher
DE102016118309A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors und Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines solchen Verbrennungsmotors
DE102020006451A1 (de) Steuergerät zum Steuern eines Wasserstoffgehalts eines Abgases eines Verbrennungsmotors
DE102018104151A1 (de) Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
DE102016123565A1 (de) Doppelschichtiger katalysator
DE102017118455A1 (de) Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
DE112020001863T5 (de) Systeme und Verfahren zur Desulfatisierung von in Nachbehandlungssystemen eingeschlossenen Katalysatoren
DE102017125974A1 (de) Optimierung der umwandlungseffizienz einer vorrichtung zur abgasnachbehandlung
DE102012008539A1 (de) Abgasanlage für ein Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer solchen Abgasanlage
WO2007112859A1 (de) Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine brennkraftmaschine
DE102015217394B4 (de) Verfahren zur Steuerung eines Partikelfilters und Kraftfahrzeug
DE102011017482A1 (de) Betriebsverfahren für einen Kraftfahrzeug-Dieselmotor mit einer Abgasreinigungsanlage mit einem Partikelfilter und einer nachgeschalteten SCR-Katalysatoreinheit
DE102013105094B4 (de) Nachbehandlungsvorrichtung für eine Maschine
DE102017200541A1 (de) Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung für einen Verbrennungsmotor
DE102019114623A1 (de) Passives stickoxid-speicherkatalysatormanagement
DE102010064020B4 (de) Abgasanlage und Aufheizverfahren

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed