DE102018221583A1

DE102018221583A1 - Abgasnachbehandlungssystem zur Behandlung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102018221583A1
Application number: DE102018221583.9A
Authority: DE
Inventors: Christoph Osemann; Carsten Becker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2020-06-18

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasnachbehandlungssystem (16) zur Behandlung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine (10), mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, umfassend einen Partikelfilter (19) mit Katalysatoroxidationsfunktion und mindestens einer Mischkammer (20), die zu einer baulichen Einheit (22) zusammengefasst sind. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst einen NO-Speicher (17) mit katalytischer Oxidationsfunktion, ferner ist stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung mindestens eine Katalysatoreinrichtung angeordnet. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Behandlung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine (10).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasnachbehandlungssystem zur Behandlung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, sowie auf ein Verfahren zur Behandlung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine.
Stand der Technik
Das Abgas einer mit kohlenstoffhaltigem Kraftstoff befeuerten Verbrennungskraftmaschine enthält neben Wasser, Sauerstoff, Stickstoff in der Regel auch Stickstoffoxide und infolge unvollständiger Verbrennungsprozesse ein Gemisch von Kohlenwasserstoffen, Kohlenstoffmonoxid und Rußpartikel, sowie Motoraschen.
Aus der Veröffentlichung http://ac.umicore.com/en/applications/light-duty-diesel/ ist eine Anordnung von Katalysatoren zur Behandlung der Abgase von Dieselkraftfahrzeugen bekannt. Neben anderen Systemen wird ein System offenbart aus der Kombination eines Stickoxidspeichers (NSC), eines oxidierenden DPF (cDPF) sowie selektiver Stickoxidreduktion (SCR). Eine Dosierstelle für ein Reduktionsmittel, insbesondere eine Harnstoffwasserlösung ist dort in einem als Mischstrecke dienenden Verbindungsrohr zwischen dem oxidierenden Dieselpartikelfilter (cDPF) und der selektiven Stickoxidreduktion (SCR) angeordnet.
Aus EP 3 068 989 B1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem bekannt. Es wird eine günstige Kombination eines DOC, eines oxidierenden Dieselpartikelfilters, einer Betriebs-/Hilfsstoffeindosierstelle und einer Reduktionsmittelmischkammer offenbart. Der Partikelfilter, die Vorrichtung mit katalytischer Oxidationsfunktion (DOC) oder ein Partikelfilter mit katalytischer Oxidationsfunktion und die mindestens eine Mischkammer sind lösbar miteinander zu einer baulichen Einheit zusammengefasst. Die bauliche Einheit ist entweder in einem zylindrischen Behälter angeordnet oder bildet einen solchen. Des Weiteren offenbart EP 3 068 989 B1 ein Verfahren zur Reinigung des Abgases mit zumindest den nachfolgenden Verfahrensschritten:

Erzeugen eines Abgases mittels einer Verbrennungskraftmaschine, welche zwischen 2 g NO_x/kWh und 12 g NO_x/kWh aufweist, Leiten des Abgases aus der Verbrennungskraftmaschine zu einem Abgasnachbehandlungssystem, umfassend einen Partikelfilter mit katalytischer Oxidationsfunktion und mindestens eine Mischkammer. Daran schließt sich ein katalytisches Oxidieren von Schadstoffen und Abscheiden von Partikeln aus dem Abgas mittels des Partikelfilters mit katalytischer Oxidationsfunktion an, wodurch ein erstes behandeltes Abgas erhalten wird. Schließlich erfolgt die Vermischung des ersten behandelten Abgases mit einem Reduktionsmittel in der mindestens einen Mischkammer zu einem Abgas-/ Reduktionsmittelgemisch.

Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Abgasnachbehandlungssystem zur Behandlung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, umfassend einen Partikelfilter, zumindest eine katalytische Oxidationsfunktion, einen NO_x-Speicher und mindestens eine Mischkammer, die zu einer baulichen Einheit zusammengefasst sind.
Das vorgeschlagene Abgasnachbehandlungssystem ist äußerst kompakt und weist eine geringe bauliche Länge auf. Dadurch ist es möglich für die Komponenten, umfassend einen Partikelfilter, NO_x-Speicher, zumindest eine katalytische Oxidationsfunktion und mindestens eine Mischkammer, eine gemeinsame platzsparende Vorrichtung bereitzustellen. Der geringere Platzbedarf begünstigt die Installation, beispielsweise eine motornahe Installation in stark begrenztem Bauraum.
Die derart kompakte Bauart zeichnet das erfindungsgemäß vorgeschlagene Abgasnachbehandlungssystem insbesondere durch energetische Vorteile aus, da die Wärme- und Druckverluste durch Wandeffekte, Trichter und Rohre und dergleichen minimiert sind.
Diese energetischen Vorteile ermöglichen reduzierte Heizmaßnahmen, um die Komponenten des Abgasnachbehandlungssystem auf Betriebstemperatur zu bringen und dort zu halten und folglich einen geringeren Energieverbrauch, beispielsweise einen geringeren Kraftstoffverbrauch und einen geringeren CO₂-Ausstoß ermöglichen. Solche Heizmaßnahmen, beispielsweise durch das Oxidieren von unvollständig verbranntem Kraftstoff des Abgasstroms, sind in der Regel notwendig, um die Katalysatoren auf Betriebstemperatur zu bringen und dort zu halten, um in Katalysatoren gespeicherte Stoffe freizusetzen, um die Bildung von Ablagerung von Hilfs-/Betriebsstoffen zu verringern, oder zu vermeiden und um zurückgehaltenen Ruß und andere, aus Hilfs-/Betriebsstoffen entstandenen Rückstände, aus dem Abgasnachbehandlungssystem zu beseitigen. In der kompakten Bauart des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungssystems kann die dazu notwendige Temperaturerhöhung des Abgasstroms - im Vergleich zu konventionellen, weniger kompakten Abgasnachbehandlungssystemen - mit einem geringeren Kraftstoffverbrauch erreicht werden, wodurch folglich auch der CO₂-Ausstoß verringert wird.
Des Weiteren ermöglichen die reduzierten Heizmaßnahmen eine Herabsetzung der Schadstoffkonzentration im Abgasstrom und eine Herabsetzung der Belastung der Katalysatoren. Dies bedeutet wiederrum, dass die Katalysatoren kleiner dimensioniert werden können, was sich einerseits in einem Kostenvorteil niederschlägt und andererseits einen weiteren Raumvorteil mit sich bringt. Zudem erwärmen sich kleinere Katalysatoren schneller, da sie eine geringere Wärmekapazität aufweisen.
Die Reduzierung der Heizmaßnahmen um den Partikelfilter von Ruß zu befreien führt des Weiteren zu einer Verringerung des Kraftstoffverbrauches und damit zu einer Verringerung des CO₂-Ausstoßes.
Des Weiteren führt die Reduzierung der Heizmaßnahmen, um den NO_x-Speicher von Stickstoffoxiden und Schwefeloxiden zu befreien, zu einer Verringerung des Kraftstoffverbrauches und damit zu einer Verringerung des CO₂-Ausstoßes.
Die Reduzierung der Heizmaßnahmen, um die katalytische Oxidationsfunktion von gespeicherten Stoffen, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffen, Ruß und Schwefel-Verbindungen zu befreien, führt schließlich zu einer weiteren Verringerung des Kraftstoffverbrauches und damit zu einer Herabsetzung des CO₂- Ausstoßes.
Des Weiteren ermöglicht die vergleichsweise hohe Betriebstemperatur der Mischkammer infolge ihrer energetisch begünstigten Anordnung eine Verringerung oder Vermeidung von Ablagerungen von Folgeprodukten eines zugesetzten Reduktionsmittels, beispielsweise einer Harnstoffwasserlösung, und daraus folgend lässt sich eine Verringerung des Kraftstoffverbrauches und damit eine Verringerung des CO₂-Ausstoßes erreichen, da derartige, nun nicht mehr vorhandene Ablagerungen den Abgasgegendruck erhöhen können.
Im erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungssystem können der NO_x-Speicher und katalytische Funktionen zur Oxidation von Verbrennungsschadgasen, beispielsweise Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoffmonoxid, Stickstoffmonoxid, zu einem NO_x-Speicherkatalysator zusammengefasst sein. Solche NO_x-Speicherkatalysatoren sind dem Fachmann bekannt.
In dieser optionalen Variante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungssystems können die in einem NO_x-Speicherkatalysator gespeicherten Stickoxide direkt dort zu N₂ reduziert werden. Dazu stellt die Motorsteuerung alternierend zunächst in einem sogenannten Magerbetrieb sauerstoffreicheres Abgas zur Verfügung, aus dem NO_x am NO_x-Speicherkatalysator gespeichert werden kann, um dies gespeicherte NO_x später in einem angefetteten, also sauerstoffärmeren Abgas mit Hilfe eines motorisch generierten und/oder zugesetzten Reduktionsmittel, vorzugsweise zu N₂ zu reduzieren.
Vorteilhaft ist dabei, dass der NO_x-Speicherkatalysator in der Kaltstartphase und/oder im Kaltbetrieb der Verbrennungskraftmaschine betrieben werden kann, bei denen beispielsweise ein SCR-Katalysator keine hohen Umsatzraten von Stickstoffoxiden aufweisen würde, üblicherweise bei unter 250°C, unter günstigen Umständen bei unter 180-200°C.
Unter Verwendung dieser optionalen Variante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungssystems ergeben sich u.a. die Vorteile, dass die Verbrennungskraftmaschine verbrauchsgünstiger betrieben werden kann, wenn Heizmaßnahmen zur Erhöhung der Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungsanlage, beispielsweise durch zusätzliche Kraftstoffeinspritzungen und damit der Kraftstoffbedarf und die Gefahr einer nachteiligen Ölverdünnung der Verbrennungskraftmaschine verringert sind.
Des Weiteren können zumindest eine katalytische Oxidationsfunktion und der Partikelfilter zu einem katalytisch aktiven Partikelfilter zusammengefasst sein. Solche Partikelfilter mit katalytischer Oxidationsfunktion sind dem Fachmann bekannt.
Im erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungssystem können der NO_x-Speicher und der Partikelfilter, sowie die zumindest eine katalytische Oxidationsfunktion in einem NO_x-Speicher mit katalytischer Oxidationsfunktion zusammengefasst sein. Dadurch ergibt sich eine weitere Verringerung des Bauraums des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungssystems.
Beim NO_x-Speicher mit katalytischer Oxidationsfunktion können NO_x-speichernde Komponente(n) (beispielsweise Leichtmetalloxide, Alkali-, Erdalkalimetalle und/oder seltene Erden) und Komponente(n) zur katalytischen Oxidation (beispielsweise Platin, Palladium, Rhodium, Eisen und/oder Kupfer) auf dem gleichen, oder auf unterschiedlichen Teilstücken des Filters beschränkt sein, oder über den gesamten Filter zusammengefasst sein.
Innerhalb des erfindungsgemäß weitestgehend linear aufgebauten Abgasnachbehandlungssystems, umfassend aus NO_x-Speicher, mindestens einer katalytischen Oxidationsfunktion, einem Partikelfilter und mindestens einer Mischkammer, wird der Abgashauptvolumenstrom, insofern lokal begrenzte Teilströme und Verwirbelungen nicht berücksichtigt bleiben, an keiner Stelle gegen die Strömungsrichtung des Abgasstroms umgelenkt. Demnach erfolgt an keiner Stelle des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungssystems eine Umkehrung des Hauptvolumenstroms. So gelingt es, den Abgasgegendruck gering zu halten.
Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungssystem bilden NO_x-Speicher, mindestens eine katalytische Oxidationsfunktion, der Partikelfilter und mindestens eine Mischkammer eine bauliche Einheit, entweder in einem weitgehend zylindrischen Behälter aufgenommen oder einen solchen bildend. Dabei können vorteilhafterweise, beispielsweise um den Abgasgegendruck weiter zu minimieren, der Partikelfilter, beispielsweise ein wechselseitig verschlossener, keramischer Wabenkörper, oder der zu dessen Aufnahme dienende Metallzylinder, und die mindestens eine Mischkammer im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen.
In dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungssystem bilden NO_x-Speicher, mindestens eine katalytische Oxidationsfunktion, der Partikelfilter und mindestens eine Mischkammer eine bauliche Einheit, deren Komponenten derart teils lösbar miteinander verbunden sind, dass die Zugänglichkeit an zumindest einer Stirnfläche des Partikelfilters gewährleistet ist. Solches Zerlegen der baulichen Einheit sichert die Zugänglichkeit zu eingebauten Komponenten, beispielsweise zu deren Wartung und Reinigung. Wartungs-/Reinigungskonzepte dienen u.a. dazu, Komponenten vorteilhaft auszulegen, beispielsweise das Volumen des Partikelfilters bei dessen Auslegung zu reduzieren, wodurch sich der Bauraumbedarf des Abgasnachbehandlungssystems verringert.
In optionaler Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungssystems, das umfassend einen Partikelfilter, zumindest eine katalytische Oxidationsfunktion, einen NO_x-Speicher und mindestens eine Mischkammer zu einer baulichen Einheit zusammenfasst, kann sich stromab mindestens eine weitere Katalysatoreinrichtung befinden.
Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem, erfindungsgemäß zu einer baulich zylindrischen Einheit zusammengefasst, umfassend einen Partikelfilter, zumindest eine katalytische Oxidationsfunktion, NO_x-Speicher und mindestens eine Mischkammer, kann in optionaler Weiterbildung mit zumindest einer weiteren Katalysatoreinrichtung über ein im Durchmesser wesentlich verjüngtes Verbindungsstück verbunden sein, beispielsweise über ein Verbindungsrohr, oder gemeinsam mit dieser Katalysatoreinrichtung einen in der Länge erweiterten, im Durchmesser jedoch im Wesentlichen gleichen Zylinder bilden.
Die weitere Katalysatoreinrichtung einer optionalen Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungssystems umfasst zumindest einen SCR-Katalysator einerseits und in einer vorteilhaften Ausführung, um beispielsweise größere Umsatzraten von Schadgasen unter widrigen Bedingungen zu erzielen, z.B. bei hohem Abgasmassenstrom und hoher Schadstoffkonzentration, des Weiteren einen Reduktionsmitteloxidationskatalysator, beispielsweise einen NH₃-Oxidationskatalysator.
Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Behandlung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine mit zumindest den nachfolgenden Verfahrensschritten:

a) Erzeugen eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine,
b) Leiten des Abgases aus der Verbrennungskraftmaschine zu einem Abgasnachbehandlungssystem, umfassend zumindest eine katalytische Oxidationsfunktion, mindestens einen NO_x-Speicher, einen Partikelfilter und mindestens eine Mischkammer,
c) katalytisches Oxidieren von Schadgasen mit Sauerstoff, zeitweiliges Speichern von NO_x aus einem sauerstoffreicheren Abgas an zumindest einem NO_x-Speicher, Abscheiden von Partikeln aus dem Abgas mittels des Partikelfilters und Durchmischen des behandelten Abgases in der Mischkammer,
d) Reduzieren von NO_x mit im Abgas befindlichen, oder zum Abgas zugesetzten Reduktionsmittel.

Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird ein Abgasnachbehandlungssystem bereitgestellt, welches in einem ersten Teil, neben einem Partikelfilter, zumindest eine katalytische Oxidationsfunktion und mindestens eine Mischkammer, nunmehr auch einen NO_x-Speicher umfasst. Damit können in einer baulichen Einheit, als welche das erfindungsgemäß vorgeschlagene Abgasnachbehandlungssystem ausgebildet sein kann, sämtliche Behandlungskomponenten für das Abgas zusammengefasst sein. Aufgrund der kompakten Bauweise der aneinandergrenzenden Komponenten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungsteilsystems, die entweder in einem zylindrischen Rohr aufgenommen sind oder ein solches bilden, wird eine sehr kurze Baulänge erreicht, so dass wenig Bauraum eines Kraftfahrzeuges erforderlich ist, insbesondere im Motornahen Bereich.
Neben der platzsparenden Ausbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungsteilsystems stellen sich auch energetische Vorteile ein, da die Wärme- und Druckverluste durch Wandeffekte, Trichter und Rohre und dergleichen minimiert sind. Im Vergleich zu den Lösungen aus dem Stand der Technik sind keine Verbindungsrohre erforderlich, vielmehr können die Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems idealer Weise in einer baulichen Einheit untergebracht werden.
Durch den Einsatz eines zusätzlichen NO_x-Speicherkatalysators lässt sich unter anderem erreichen, dass ein effizienter NO_x-Umsatz bei temporär kalten Fahrzyklen während niedriger Abgastemperaturen erreicht werden kann. Aufgrund der dadurch möglichen reduzierten Heizmaßnahmen, die Katalysatoren und die Mischkammer für Reduktionsmittel bereits bei niedrigen Abgastemperaturen auf Betriebstemperatur zu bringen und/oder dort zu halten, lassen sich kleinere und/oder günstigere Oxidations- und SCR-Katalysatoren einsetzen, was einerseits eine Verringerung des erforderlichen Bauraums und andererseits eine Gewichtsreduktion und eine Reduktion der Wärmekapazität dieser Komponenten mit sich bringt.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Abgasnachbehandlungssystem umfasst eine Betriebsstrategie der Verbrennungskraftmaschine zum Betrieb des NO_x-Speicherkatalysators mit einer zeitlich wiederkehrenden Abfolge von zumindest zwei Phasen, wobei in einer ersten Phase das Einspeichern von NO_x am NO_x-Speicherkatalysator im Magerbetrieb der Verbrennungskraftmaschine gegeben ist und nachfolgend das gespeicherte NO_x mit Hilfe eines dem Abgasstrom zugesetzten, beispielsweise motorisch generierten Reduktionsmittels in einer zweiten Phase, der Regenerationsphase im angefetteten, oder Fettbetrieb unter anderem zu N₂ reduziert wird. Dem Fachmann sind Details derartiger Strategien zum Betrieb von NO_x-Speicherkatalysatoren bekannt.
In optionaler Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungseinrichtung, umfassend zumindest einen SCR-Katalysator, wird der NO_x-Speicherkatalysator beispielsweise in der Kaltstartphase und/oder in einem Kaltbetrieb der Verbrennungskraftmaschine solange betrieben, bis der Mischkammer die Reduktionsmittelmenge zugeführt werden kann, die zur weitgehend vollständigen Umsetzung des NO_x-Anteils im Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine notwendig ist - ohne dass dabei Ablagerungen entstehen, die den Abgasgegendruck signifikant erhöhen - üblicherweise ab einer Abgastemperatur von circa 180 °C bis 200 °C. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anordnung und der damit einhergehenden energetisch vorteilhaften Anordnung der Mischkammer kann sehr viel früher Reduktionsmittel, beispielsweise die Harnstoffwasserlösung zugeführt werden. Der NO_x-Speicherkatalysator muss dann nicht länger regeneriert, d.h. im zeitweilig angefetteten Betrieb betrieben werden. Damit ergibt sich der Vorteil, dass die Verbrennungskraftmaschine in Summe verbrauchsgünstiger betrieben werden kann, dementsprechend gelingt eine Verringerung des CO₂-Ausstoßes. Des Weiteren ist auch die Gefahr einer Ölverdünnung durch zusätzliche Kraftstoffeinspritzung zur Erzeugung motorisch generierten Reduktionsmittels erheblich herabgesetzt, wodurch Serviceintervalle und die Lebensdauer der Verbrennungskraftmaschine und des Abgasnachbehandlungssystems in vorteilhafter Weise verlängert werden können.
Figurenliste
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:

1 eine Anordnung von Katalysatoren zur Behandlung der Abgase von Kraftfahrzeugen
2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungssystems.
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungseinrichtung als optionale Weiterbildung.

Ausführungsvarianten
1 zeigt eine Anordnung mehrerer Katalysatoren zur Behandlung des Abgases von Kraftfahrzeugen.
Gemäß der Darstellung in 1 ist einem Stickoxidspeicher 2 ein oxidierender Partikelfilter 4 nachgeschaltet. Beide sind mit einem Verbindungsrohr 8a verbunden, welches als Mischstrecke dient. Der oxidierende Partikelfilter 4 ist mit einer selektiven Stickoxidreduktionsstufe 6 durch ein weiteres Verbindungsrohr 8b verbunden. Dieses weitere Verbindungsrohr 8b zwischen den beiden genannten Komponenten dient als Mischstrecke. Am weiteren Verbindungsrohr 8b ist eine Dosierstelle 9 zur Eindosierung eines Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels, wie beispielsweise Harnstoffwasserlösung, vorgesehen. Im weiteren Verbindungsrohr 8b mischt sich das an der Dosierstelle 9 eindosierte Medium mit dem Abgas, bevor es in die selektive Stickoxidreduktionsstufe 6 gelangt.
2 zeigt eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungssystems 16.
2 zeigt, dass in einer Verbrennungskraftmaschine 10, der mindestens eine Steuereinheit 12 zugeordnet ist, Abgas erzeugt wird, welches durch einen Abgasstrang 14 in Strömungsrichtung 15 einem Abgasnachbehandlungssystem 16 zuströmt.
Eintrittsseitig des Abgasnachbehandlungssystem 16 befindet sich ein NO_x-Speicher 17, der optional mit der Oxidations- und Reduktionsfunktion eines NOx-Speicherkatalysators ausgeführt ist, und ein Partikelfilter 19, der optional eine katalytische Oxidationsfunktion trägt, um Schadgase wie z.B. NO, HC, H₂, NH₃ und CO zu oxidieren, sowie eine Mischkammer 20. Dieser ist eine Einspritzvorrichtung 24 für einen Betrieb-/Hilfsstoff zugeordnet. Bei dem Betriebs-/Hilfsstoff handelt es sich bevorzugt um ein Reduktionsmittel, beispielsweise eine Harnstoffwasserlösung. Optional sind in vorteilhafter Weise der NO_x-Speicher 17, die zumindest eine Oxidationsfunktion, der Partikelfilter 19, teilweise, oder vollständig zu einem NO_x-speichernden Partikelfilter 18 mit Oxidationsfunktion zusammengefasst, was die Gesamtbaulänge der genannten Komponenten günstig beeinflusst, sowie die mindestens eine Mischkammer 20 direkt miteinander verbunden und bilden eine bauliche Einheit 22. Beides ist angedeutet durch die gestrichelten Linien in 2. Dies bedeutet, dass auf Verbindungsrohre 8a, 8b, wie beispielsweise in Zusammenhang mit 1 das Verbindungsrohr 8a sowie auf üblicherweise damit verbundene trichterförmige Ein- und Ausläufe verzichtet werden kann, was den Platzbedarf, den Abgasgegendruck, Wärmeverluste und damit den auch Energiehaushalt günstig beeinflusst.
Wie aus 3 hervorgeht, stellen der NO_x-Speicher 17, der Partikelfilter 19 sowie die mindestens eine Mischkammer 20 des erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems 16 einen Teil einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 99 als optionale Weiterbildung dar. In vorteilhafter Weise bilden der NO_x-Speicher 17, der Partikelfilter 19, die zumindest eine Oxidationsfunktion aufweisen sowie die mindestens eine Mischkammer 20 weiterhin eine bauliche Einheit 22.
Sind die in 3 dargestellten einzelnen Komponenten der baulichen Einheit 22, umfassend einen Partikelfilter 19, zumindest eine katalytische Oxidationsfunktion, einen NO_x-Speicher 17 und mindestens eine Mischkammer 20 lösbar miteinander verbunden, dann ist eine gute Zugänglichkeit der inneren Strukturen der Abgasnachbehandlungsreinrichtung 99, beispielsweise zu Wartungszwecken, gewährleistet. Vorteilhafterweise sind einzelne der Übergänge zwischen den Komponenten der baulichen Einheit 22, beziehungsweise der Übergänge vom zuleitenden Abgasstrang 14 zur baulichen Einheit 22, an zumindest zwei Übergangsstellen derart lösbar miteinander verbunden, dass die Zugänglichkeit zu zumindest einer Stirnflächenseite des Partikelfilters 19 gewährleistet ist, beispielsweise zu Wartungszwecken.
Auf Grund des Verzichts auf Verbindungsrohre und Ein- und Auslauftrichter innerhalb der baulichen Einheit 22, ergibt sich eine günstige geringe bauliche Länge, was den platzsparenden und daher z.B. motornahen Einbau zumindest der baulichen Einheit 22 ermöglicht.
Stromab der Abgasnachbehandlungsreinrichtung 99 bzw. der baulichen Einheit 22, ist in 3 eine Katalysatoreinrichtung 48 dargestellt. Die Katalysatoreinrichtung 48 kann entweder einen SCR-Katalysator 49, oder einen Reduktionsmitteloxidationskatalysator 50 beispielsweise einen NH₃-Oxidationskatalysator, oder beide genannten Komponenten enthalten. Die Katalysatoreinrichtung 48 ist stromab der baulichen Einheit 22 angeordnet und mit dieser über ein Verbindungsstück 30 verbunden. Das Verbindungsstück 30 kann geradlinige, lineare, oder umlenkende Rohrstücke und Trichter aufweisen. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn das Abgasnachbehandlungssystem 16 den verfügbaren Bauraum des Kraftfahrzeugs derart nutzen kann, dass das Verbindungsstück 30 auf verjüngende und/oder umlenkende Bauteile möglichst weitgehend, vorzugsweise in einer weitgehend linearen Anordnung auf starke Umlenkungen gänzlich verzichten kann.
Mit der in 3 dargestellten optionalen Weiterbildung ist ein Verfahren zur Behandlung des Abgases der Verbrennungskraftmaschine 10 realisierbar, bei welchem ein für eine Verbrennungskraftmaschine 10 typischer Abgasstrom produziert wird. Das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 wird zu dem Abgasnachbehandlungssystem 16 geleitet, welches mindestens einen NO_x-Speicher 17, eine katalytische Oxidationsfunktion, einen Partikelfilter 19 und mindestens eine Mischkammer 20 aufweist. Es erfolgt ein katalytisches Oxidieren von Schadstoffen, das Speichern von NO_x, und unter Verwendung eines optionalen NO_x-Speicherkatalysators auch das Reduzieren von NO_x, sowie das Abscheiden von Partikeln aus dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 mittels des Partikelfilters 19 und das Durchmischen das Erzeugen eines ersten behandelten Abgases. In dieses kann ein Betriebs-/Hilfsstoff durch die Einspritzvorrichtung 24 eindosiert werden, insbesondere ein Reduktionsmittel, das Wasserstoffatome enthält, wie beispielsweise eine Harnstoffwasserlösung, Kohlenwasserstoffe, Alkohole, oder Wasserstoff in der mindestens einen Mischkammer 20. Es erfolgt ein Vermischen des ersten behandelten Abgases und ein Behandeln des Abgases mit dem Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere dem einen Reduktionsmittel, wie beispielsweise die Harnstoffwasserlösung. Anschließend wird das Gemisch aus Abgas und Betriebs-/Hilfsstoff über ein Verbindungsstück 30 zu der Katalysatoreinrichtung 48 geführt, die zumindest einen SCR-Katalysator 49 umfasst, welcher Reduktionmittel oxidiert, z.B. indem er nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) arbeitet.
Weitere Katalysatoren 50 können in der Katalysatoreinrichtung 48 aufgenommen sein, z.B. Reduktionsmitteloxidationskatalysatoren, um noch nicht umgesetzte Betriebs-/Hilfsstoffe zu oxidieren, z.B. um NH₃ möglichst selektiv zu vorzugsweise Wasser und N₂ zu oxidieren. Insbesondere kann das aus den Abgasnachbehandlungssystemen 16 und/oder der Abgasnachbehandlungseinrichtung 99 austretende Abgas weiteren Schritten der Abgasnachbehandlung unterzogen werden, beispielsweise zur weiteren Reduktion der Stickstoffoxide.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3068989 B1 [0004]

Claims

Abgasnachbehandlungssystem (16) zur Behandlung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine (10), umfassend einen Partikelfilter (19), mindestens eine katalytische Oxidationsfunktion und mindestens eine Mischkammer (20), die zu einer baulichen Einheit (22) zusammengefasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasnachbehandlungssystem (16) einen NO_x-Speicher (17) umfasst.
Abgasnachbehandlungssystem (16) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der NO_x-Speicher (17), die mindestens eine katalytische-Oxidationsfunktion und der Partikelfilter (19) mit katalytischer Oxidationsfunktion zu einem NO_x-speichernden Partikelfilter (18) mit katalytischer Oxidationsfunktion zusammengefasst sind.
Abgasnachbehandlungssystem (16) gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der NO_x-Speicher (17) über eine Reduktionsfunktion verfügt, die es erlaubt, das zuvor gespeicherte NO_x mit im Abgas befindlichen oder dem Abgas zugesetzten Reduktionsmitteln zu N₂ zu reduzieren, und als NO_x-Speicherkatalysator (17) ausgeführt ist.
Abgasnachbehandlungssystem (16) gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der NO_x-Speicher (17), mindestens eine katalytische Oxidationsfunktion, der Partikelfilter (19) und die mindestens eine Mischkammer (20) in einer weitgehend linearen Anordnung als bauliche Einheit (22) in einem zylindrischen Behälter aufgenommen sind oder einen solchen bilden.
Abgasnachbehandlungssystem (16) gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der NO_x-Speicher (17), die mindestens eine katalytische Oxidationsfunktion, der Partikelfilter (19) und die mindestens eine Mischkammer (20) teils lösbar miteinander verbunden sind.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (99), zur Behandlung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass stromab des Abgasnachbehandlungssystems (16), umfassend NO_x-Speicher (17), optional ausgeführt als NO_x-Speicherkatalysator, einen Partikelfilter (19), mindestens eine katalytische Oxidationsfunktion und mindestens eine Mischkammer (20), die zu einer baulichen Einheit (22) zusammengefasst sind, mindestens eine Katalysatoreinrichtung (48) angeordnet ist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (99) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasnachbehandlungssystems (16) als bauliche Einheit (22) und in einer weitgehend linearen Anordnung dieser nachfolgend die mindestens eine weitere Katalysatoreinrichtung (48) in einen zylindrischen Behälter aufgenommen sind oder einen solchen bilden.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (99) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasnachbehandlungssystems (16) und die mindestens eine weitere Katalysatoreinrichtung (48) lösbar miteinander verbunden sind.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (99) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoreinrichtung (48) einen SCR-Katalysator (49) umfasst.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (99) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoreinrichtung (48) einen Reduktionsmitteloxidationskatalysator (50) umfasst.
Verfahren zur Behandlung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine (10) mit zumindest den nachfolgenden Verfahrensschritten: a. Erzeugen eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine (10), b. Leiten des Abgases aus der Verbrennungskraftmaschine (10) zu einem Abgasnachbehandlungssystem (16), umfassend zumindest eine katalytische Oxidationsfunktion, mindestens einen NO_x-Speicher (17), einen Partikelfilter (19) und mindestens eine Mischkammer (20), c. katalytisches Oxidieren von Schadstoffen, Speichern von NO_x aus einem sauerstoffreicheren Abgas an zumindest einem NO_x-Speicher (17), Abscheiden von Partikeln aus dem Abgas mittels des Partikelfilters (19) und Durchmischen des behandelten Abgases in der Mischkammer (20), d. Reduzieren von NO_x mit im Abgas befindlichen, oder über Einspritzvorrichtung (24) zum Abgas zugesetzten Reduktionsmittel.
Verfahren zur Behandlung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine (10) mit zumindest den nachfolgenden Verfahrensschritten: a. Erzeugen eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine (10), b. Leiten des Abgases aus der Verbrennungskraftmaschine (10) zu einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (99), umfassend mindestens einen NO_x-Speicher (17), zumindest eine katalytische Oxidationsfunktion, einen Partikelfilter (19) und mindestens eine Mischkammer (20), c. katalytisches Oxidieren von Schadstoffen, Speichern von NO_x, Abscheiden von Partikeln aus dem Abgas mittels des Partikelfilters (19) und Durchmischen eines ersten behandelten Abgases. d. Eindosieren eines Betriebs-Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels und Vermischen des ersten behandelten Abgases mit den Betriebs-/Hilfsstoff in der mindestens einen Mischkammer (20) zu einem Abgas-/Betriebs-/Hilfsstoffgemisch über Einspritzvorrichtung (24) und e. Zuführen des Gemisches gemäß Verfahrenswert d) zu einer Katalysatoreinrichtung (48), die einen SCR-Katalysator (49) umfasst f. und Oxidieren von weiterem Reduktionsmittel an einem Reduktionsmitteloxidationskatalysator (50).