DE102018222598A1 - System und Verfahren zur Abgasnachbehandlung - Google Patents

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Abstract

Ein System zur Abgasnachbehandlung umfasst einen Katalysator mit einem Gaseinlass, wobei der Katalysator dazu ausgebildet ist, Abgas an dem Gaseinlass zu empfangen, welches von einem Verbrennungsmotor stammt, und eine katalytische Behandlung des Abgases vorzunehmen; und einen Flüssigbrennstoffbrenner, welcher dem Gaseinlass vorgelagert und dazu ausgebildet ist, das Abgas, welches von dem Verbrennungsmotor an den Gaseinlass gespeist wird, mit einem heißen Gasstrom aufzuheizen, der innerhalb des Flüssigbrennstoffbrenners durch Verbrennen von Flüssigbrennstoff erzeugt wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Abgasnachbehandlung, insbesondere während des Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Automobils, z.B. eines Dieselmotors. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung.
  • Hintergrund
  • Ein Katalysator ist eine Abgasreinigungsvorrichtung, die toxische Gase und Schadstoffe im Abgas eines Verbrennungsmotors durch Katalyse einer Redoxreaktion (ein Reduktionsverfahren und ein komplementärer Oxidationsprozess) in weniger toxische oder ungiftige Substanzen umwandelt. Katalysatoren werden insbesondere bei Verbrennungsmotoren verwendet, die entweder mit Benzin oder Diesel betrieben werden, einschließlich Magermotoren, aber auch bei Kerosinheizungen und Öfen und so weiter. Weitere Anwendungen von Katalysatoren sind für Gasmotoren bekannt, z.B. Flüssiggasmotoren oder Druckgasmotoren.
  • Selektive katalytische Reduktion (englisch: „selective catalytic reduction“, SCR) ist eine bekannte Technik, die in Katalysatoren eingesetzt wird, bei der Stickoxide, sogenannte NOx, mit Hilfe eines Katalysators in zweiatomigen Stickstoff und Wasser umgewandelt werden. Ein gasförmiges oder flüssiges Reduktionsmittel, z.B. wasserfreies Ammoniak, wässriges Ammoniak oder Harnstoff, wird einem Abgasstrom zugegeben und am Katalysator adsorbiert. SCR-Konverter benötigen eine bestimmte Temperatur, um ordnungsgemäß zu funktionieren, so dass die katalytische Reaktion typischerweise erst oberhalb von Temperaturen zwischen 200°C und 250°C eingeleitet wird. Normalerweise wird der SCR durch die durchströmenden Abgase erwärmt. Es dauert relativ lange bis SCR-Konverter, insbesondere während eines Kaltstarts, aufgeheizt sind und somit bis NOx-Emissionen effektiv reduziert werden.
  • Es wird versucht, das Ansprechverhalten und insbesondere die Aufheizphase von SCRs und anderen Katalysatoren zu verbessern, damit das entsprechende Nachbehandlungssystem in kürzester Zeit, z.B. nach oder sogar vor dem Motorstart, seine Betriebstemperatur erreicht.
  • Die Druckschrift DE 100 06 743 A1 beschreibt einen Hybridantrieb, bei dem ein externer Stimulator von einer Wärmekraftmaschine in Bezug auf einen Innenanker eines elektromagnetischen Wandlers gedreht wird. Die Wärmekraftmaschine kann ein Zweikomponentengemisch aus Wasserstoffperoxid und Kohlenwasserstoffen als Brennstoff verwenden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Somit besteht ein Bedarf, Lösungen zur effektiveren Aufheizung von Katalysatoren zu finden.
  • Zu diesem Zweck stellt die vorliegende Erfindung ein System gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 11 bereit.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein System zur Abgasnachbehandlung einen Katalysator mit einem Gaseinlass, wobei der Katalysator dazu ausgebildet ist, Abgas an dem Gaseinlass zu empfangen, welches von einem Verbrennungsmotor stammt, und eine katalytische Behandlung des Abgases vorzunehmen; und einen Flüssigbrennstoffbrenner, welcher dem Gaseinlass vorgelagert und dazu ausgebildet ist, das Abgas, welches von dem Verbrennungsmotor an den Gaseinlass gespeist wird, mit einem heißen Gasstrom aufzuheizen, der innerhalb des Flüssigbrennstoffbrenners durch Verbrennen von Flüssigbrennstoff erzeugt wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung Erzeugen eines heißen Gasstroms durch Verbrennen von Flüssigbrennstoff in einem Flüssigbrennstoffbrenner; Aufheizen von Abgas eines Verbrennungsmotors mit dem heißen Gasstrom durch Leiten des heißen Gasstroms in das Abgas; und Speisen des aufgeheizten Abgases an einen Gaseinlass eines Katalysators zur Vornahme einer katalytischen Behandlung des Abgases.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem System zur Abgasnachbehandlung gemäß der Erfindung bereitgestellt.
  • Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Flüssigbrennstoffbrenner, z.B. ähnlich einem Flüssigtreibstoffbrenner, wie er beispielsweise von Raketentriebwerken bekannt ist, speziell zur Erzeugung eines heißen Gasflusses bereitzustellen, der dann zur Aufheizung des Abgases des Motors und damit letztendlich der dem Motor nachgeschalteten Abgasnachbehandlungskomponenten, insbesondere des Katalysators, z.B. einer SCR-Vorrichtung, genutzt werden kann.
  • Dadurch kann die Betriebstemperatur des Katalysators und der anderen Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems (englisch: „exhaust aftertreatment system“, EATS) wesentlich schneller erreicht werden als bei herkömmlichen Anordnungen. Insbesondere die Starttemperatur des Katalysators, d.h. die Temperatur, bei der die katalytische Reaktion im Katalysator eingeleitet wird, kann wesentlich früher erreicht werden. Grundsätzlich ist es sogar möglich, das EATS vor dem Start des Motors zu erwärmen. Tatsächlich kann die Erfindung dazu verwendet werden, das Nachbehandlungssystem unabhängig vom Motorbetrieb zu erwärmen. Dadurch bietet die Erfindung Vorteile in Bezug auf die Emissionswerte, insbesondere in der Kaltstartphase eines Motors, und somit können neue und striktere Vorschriften für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Dieselmotoren, erfüllt werden. Die vorliegende Erfindung bietet besondere Vorteile für ein kaltes Klima und/oder im Winter, da die Heizleistung unabhängig von elektrischen Heizmitteln zur Verfügung steht, welche oft einen hohen Anteil an elektrischer Energie benötigen. Darüber hinaus ist die Lösung der Erfindung unabhängig vom Sauerstoffgehalt des Abgases. Eine hohe Temperatur kann innerhalb des EATS auch bei niedriger Last und Nulllast im Motorbetrieb gehalten werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Katalysator ein selektiver katalytischer Konverter (SCR) sein. Somit kann die selektive katalytische Reduktion während eines Kaltstarts effizient verbessert werden. Beispielsweise kann das vorliegende System effizient im Stadtverkehr gefahren werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Flüssigbrennstoff ein Zweikomponenten-Brennstoff ist, welcher einen Oxidationsmittel-Bestandteil und einen Brennstoff-Bestandteil umfasst. Entsprechend kann das Verfahren Bereitstellen eines Zweikomponenten-Brennstoffs als Flüssigbrennstoff durch Vermischen eines Oxidationsmittel-Bestandteils mit einem Brennstoff-Bestandteil umfassen. In alternativen Weiterbildungen können allerdings unterschiedliche Typen von Flüssigbrennstoff und/oder Flüssigtreibstoff eingesetzt werden, z.B. Monotreibstoff, Dreikomponenten-Treibstoffe, d.h. Brennstoff mit einem, zwei, drei oder mehr chemischen Bestandteilen. Ein Zweikomponenten-Brennstoff ist besonders vorteilhaft, da der Kraftstoff, welcher ohnehin bereits zum Antrieb des jeweiligen Verbrennungsmotors eingesetzt wird, zusätzlich als Brennstoff-Bestandteil des Flüssigbrennstoffbrenners genutzt werden kann, d.h. der Brennstoff-Bestandteil kann von dem normalen Kraftstofftank, welcher bereits für den Motor bereitgestellt ist, z.B. ein Benzintank oder ein Dieseltank, zu dem Flüssigbrennstoffbrenner gepumpt werden. Der Oxidationsmittel-Bestandteil andererseits kann in einem separaten Tank aufbewahrt werden, welcher zu speziell diesem Zweck in dem Fahrzeug bereitgestellt wird.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Flüssigbrennstoff Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel-Bestandteil und Kohlenwasserstoff-Brennstoff als Brennstoff-Bestandteil umfassen. Eine Kombination aus Wasserstoffperoxid (H2O2) und Kohlenwasserstoff-Brennstoff (z.B. Diesel) ist bekannt aus anderen Bereichen, z.B. Raketentriebwerken, und somit können die vorhandenen Techniken und das Fachwissen einfach an die vorliegende Anwendung angepasst werden. Allerdings versteht es sich, dass andere chemische Varianten von Flüssigbrennstoff je nach dem spezifischen Anwendungsfall vorteilhaft sein können.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Wasserstoffperoxid als wässrige Lösung mit einem Massenanteil von H2O2 in Prozent in einem Bereich zwischen 70% und 90% bereitgestellt werden. Beispielsweise kann H2O2 mit einem Masseanteil von 80% verwendet werden. Allerdings wird dem Fachmann bewusst sein, dass in manchen Anwendungen andere Zusammensetzungen Vorteile haben können.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Kohlenwasserstoff-Brennstoff Benzin oder Dieselkraftstoff umfassen.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Flüssigbrennstoffbrenner eine Brennkammer und ein katalytisches Zerlegungselement innerhalb der Brennkammer umfassen. Das katalytische Zerlegungselement kann dazu ausgebildet sein, Wasserstoffperoxid, welches in die Brennkammer eingespritzt wird, in Dampf und Sauerstoff zu zerlegen. Entsprechend kann das Verfahren Einspritzen des Wasserstoffperoxids in eine Brennkammer des Flüssigbrennstoffbrenners und Zerlegen des aufgeheizten Wasserstoffperoxids mit einem katalytischen Zerlegungselement innerhalb der Brennkammer in Dampf und Sauerstoffgas umfassen.
  • Somit kann Wasserstoffperoxid in einer ersten exothermen Reaktion in Dampf und Gas zerlegt werden, z.B. H2O2 → H2O (Dampf) + O2 (Gas). In einer zweien exothermen Reaktion kann der Brennstoff-Bestandteil zusammen mit dem Sauerstoff des heißen Gases verbrannt werden, d.h. O2 + HC -> H2O + CO2. Beispielsweise kann 80% H2O2 näherungsweise 62,4% überhitzten Dampf und 37,6% Sauerstoff bei ungefähr 480°C liefern. Die Zerlegung kann auf unterschiedliche dem Fachmann bekannte Arten erreicht werden. Beispielsweise kann das Wasserstoffperoxid durch einen Katalysator geleitet werden, z.B. ein Silbergeflecht oder ähnlich.
  • Die Nutzung von Wasserstoffperoxid und Kohlenwasserstoff-Brennstoffen bietet den weiteren Vorteil, dass Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoff (HC) in einer exothermen Reaktion zu Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) oxidieren, d.h. O2 + HC -> H2O + CO2 und O2 + CO → CO2. Somit unterstützt die vorliegende Erfindung HC und CO Umwandlung.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das System ferner einen Oxidationsmitteltank umfassen. Der Oxidationsmitteltank kann dazu ausgebildet sein, den Oxidationsmittel-Bestandteil zu lagern. Entsprechen kann das Verfahren Pumpen des Wasserstoffperoxids von einem Oxidationsmitteltank umfassen. Beispielsweise kann ein Kraftfahrzeug mit zwei Tanks ausgestattet werden, einem konventionellen Kraftstofftank, z.B. ein Dieseltank, und einem Wasserstoffperoxid-Tank.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Oxidationsmitteltank Stahl, Aluminium und eine Aluminium-Magnesium-Legierung umfassen. Beispielsweise kann Wasserstoffperoxid (H2O2) in Tanks aus geätztem und passiviertem Edelstahl (z.B. EU-Normen 1.4404, 1.4571 oder 1.4541), aus Aluminium (z.B. mit einer Reinheit von 99,5% oder mehr) und/oder aus Aluminium-Magnesium-Legierungen (z.B. AlMg 3) gelagert werden. Allerdings können Polyethylen (PE-HD) beinhaltende Tanks für bestimmte Anwendungen möglich sein, da Konzentrationen von Wasserstoffperoxid bis zu etwa 60% in Tanks aus diesem oder ähnlichen Materialien eingeschlossen werden kann. Das Nachfüllen solcher Tanks kann beispielsweise über Pumpen neuer Flüssigkeit aus einem größeren Lagertank in den Oxidationsmitteltank erfolgen, wobei letzterer beispielsweise ein Fahrzeugtank sein kann. Ebenso können die Rohrleitungen aus ähnlichen Materialien gebildet werden, z.B. geätztem und passiviertem Edelstahl (z.B. EU-Normen 1.4571, 1.4541, 14404, 1.4408 usw.).
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das System ferner einen Reduktionsmittel-Einspritzer umfassen. Der Reduktionsmittel-Einspritzer kann dazu ausgebildet sein, Reduktionsmittel in das Abgas zur katalytischen Reduktion in dem Katalysator einzuspritzen. Der Flüssigbrennstoffbrenner kann dem Reduktionsmittel-Einspritzer nachgelagert sein. Dies bietet den Vorteil, dass das Reduktionsmittel bereits mit dem Abgas vermischt ist, sodass beide gemeinsam von dem heißen Gasstrom Flüssigbrennstoffbrenners aufgeheizt werden. Das Reduktionsmittel kann in gasförmiger und/oder flüssiger Form eingespritzt werden. Entsprechend kann das Verfahren Einspritzen von Reduktionsmittel mit einem Reduktionsmittel-Einspritzer in das Abgas zur katalytischen Reduktion in dem Katalysator umfassen. Allerdings kann der Reduktionsmittel-Einspritzer in anderen Weiterbildungen dem Flüssigbrennstoffbrenner alternativ nachgelagert sein.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Figurenliste
  • Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Erfindung vermitteln und bilden einen Bestandteil der vorliegenden Offenbarung. Sie veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen der Erfindung und viele der genannten Vorteile der Erfindung ergeben sich im Hinblick auf die folgende detaillierte Beschreibung. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes ausgeführt ist.
    • 1 zeigt schematisch ein System zur Abgasnachbehandlung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 2 zeigt schematisch einen Flüssigbrennstoffbrenner, wie er in dem System in 1 verwendet wird.
    • 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Abgasnachbehandlung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung..
    • 4 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit dem System aus 1.
  • Obwohl hierin spezifische Ausführungsbeispiele veranschaulicht und beschrieben werden, wird dem Fachmann klar sein, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder gleichwertigen Implementierungen die dargestellten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele ersetzen können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Im Allgemeinen deckt die Anmeldung sämtliche Anpassungen oder Variationen der hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele ab.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • 1 zeigt schematisch ein System 10 zur Abgasnachbehandlung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Das System 10 ist dazu ausgebildet, Abgas 20 zu reinigen, welches von einem Verbrennungsmotor 101, z.B. einem Dieselmotor, eines Kraftfahrzeugs 100, z.B. das in 4 abgebildete, ausgestoßen wird. Zu diesem Zweck umfasst das System 10 eine Kette aus Abgasnachbehandlungsvorrichtungen einschließlich einem Dieseloxidationskatalysator und einem Dieselpartikelfilter (welche beide unter Bezugszeichen 19 in 1 zusammenfasst sind) sowie einem Katalysator 2, welcher in dieser Ausführungsform eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR) ist. Die SCR-Vorrichtung 2 ist dem Oxidationskatalysator/Partikelfilter 23 bezogen auf den Motor 101 nachgelagert. Der Motor 101 ist mit einem Lufteinlass 18 zum Einblasen von frischer gekühlter Luft in den Motor 101 über einen Turbolader 17 und einen Ladeluftkühler 16 gekoppelt.
  • Der Motor 101 stößt Abgas 20 durch eine Gasleitung 15 aus, welches dann von dem Oxidationskatalysator/Partikelfilter 23 behandelt wird. Als nächstes fließt das Abgas 20 über einen Gaseinlass 3 in die SCR-Vorrichtung 2 und von dort zu einem Gasauslass 4, z.B. einem Auspuffrohr des Fahrzeugs 100. Ein Reduktionsmittel-Einspritzer 11 ist der SCR-Vorrichtung 2 vorgelagert, um Reduktionsmittel 12 in den Abgasstrom 20 einzuspritzen, welches als Reduktionsagent in dem katalytischen Prozess innerhalb der SCR-Vorrichtung 2 in der üblichen Weise dient. Beispielsweise kann die SCR-Vorrichtung 2 ein katalytisch aktives Substrat umfassen, welches zwischen einer Eingangsfläche und einer Ausgangsfläche angeordnet ist (nicht abgebildet). Das Substrat kann beispielsweise einen Keramikmonolith in der üblichen Art und Weise umfassen, z.B. mit einer Honigwabenstruktur, welche eine Vielzahl von katalytisch aktiven Unterkanälen bereitstellt, durch welche das Abgas 20 zur katalytischen Behandlung geleitet wird.
  • Im Gegensatz zu konventionellen Systemen umfasst das System 10 dieser Ausführung ferner einen zusätzlichen Flüssigbrennstoffbrenner 1, welcher in 2 detailliert gezeigt wird.
  • Der Flüssigbrennstoffbrenner 1 ist dem Gaseinlass 3 der SCR-Vorrichtung 2 vorgelagert, jedoch dem Verbrennungsmotor 101 und dem Oxidationskatalysator/Partikelfilter 19 nachgelagert. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Flüssigbrennstoffbrenner 1 auch dem Reduktionsmittel-Einspritzer 11 nachgelagert. Allerdings kann der Flüssigbrennstoffbrenner 1 in anderen Ausführungen dem Reduktionsmittel-Einspritzer 11 auch vorgelagert sein. Der Flüssigbrennstoffbrenner 1 ist dazu ausgebildet, das Abgas 20 (welches mit einem Reduktionsmittel 12 des Reduktionsmittel-Einspritzers 11 vermischt wird) mit einem heißen Gasstrom 6 aufzuheizen, welcher durch Verbrennen von Flüssigbrennstoff innerhalb des Flüssigbrennstoffbrenners 1 erzeugt wird. Zu diesem Zweck wird der heiße Gasstrom 6 in das Abgas 20 innerhalb der Gasleitung 15 eingeleitet.
  • Das Arbeitsprinzip des Flüssigbrennstoffbrenners 1 ist ähnlich zu demjenigen eines Triebwerks einer Flüssigtreibstoffrakete. Der Flüssigbrennstoffbrenner 1 verbrennt einen Zweikomponenten-Brennstoff, welcher Wasserstoffperoxid (H2O2) als Oxidationsmittel-Bestandteil 8 und Kohlenwasserstoff-Brennstoff, z.B. Diesel, als Brennstoff-Bestandteil 9 umfasst. Der Brennstoff-Bestandteil 9 wird von einem Kraftstofftank 14 gepumpt, welcher beispielsweise der übliche Kraftstofftank des Fahrzeugs 100 sein kann, und in eine Brennkammer 7 des Flüssigbrennstoffbrenners 1 eingespritzt. Das Wasserstoffperoxid andererseits wird in einem speziellen Oxidationsmitteltank 13 gelagert, welche aus geätztem und passiviertem Edelstahl und/oder Aluminium und/oder einer Aluminium-Magnesium-Legierung gefertigt und zu diesem Zweck in dem Fahrzeug 100 bereitgestellt ist. Der Oxidationsmittel-Bestandteil 8 wird ebenso gepumpt und in die Brennkammer 7 eingespritzt. Ein katalytisches Zerlegungselement 5 ist innerhalb der Brennkammer 7 angeordnet, um das in die Brennkammer 7 eingespritzte Wasserstoffperoxid in (heißen) Dampf und (heißes) Sauerstoffgas zu zerlegen. Das Sauerstoffgas wird anschließend mit dem Brennstoff-Bestandteil 9 in einer exothermen Reaktion innerhalb der Brennkammer 7 verbrannt. Ein heißer Gasstrom 6 wird erzeugt, z.B. mit Temperaturen von mehreren Hundert Grad Celsius, welcher dann in das Abgas 20 geleitet wird.
  • Die Einspritzung des Flüssigbrennstoffs und der Verbrennungsprozess werden von einer Steuereinrichtung 21 kontrolliert, welche dazu ausgebildet ist, den Flüssigbrennstoffbrenner 1 in Abhängigkeit von einem Fahrzustand und/oder einer Betriebstemperatur, z.B. von dem Motor 101 und/oder der SCR-Vorrichtung 2, zu betreiben. Verschiedene Sensoren können innerhalb des Systems 10 angeordnet werden (nicht abgebildet), z.B. Temperatursensoren, Drucksensoren usw., deren Daten von der Steuereinrichtung 21 erhalten und verwendet werden können, um den Flüssigbrennstoffbrenner 1 zu regeln. Beispielsweise können H2O2- und Brennstoffversorgungsdrücke gemeinsam mit einer Temperatur der SCR-Vorrichtung 2 gemessen werden (z.B. an dem Gaseinlass 3), um zu entscheiden, ob der Flüssigbrennstoffbrenner 1 angeschaltet und in welcher Konfiguration dieser betrieben wird.
  • Das Wasserstoffperoxid wird als wässrige Lösung mit einem Massenanteil von H2O2 in Prozent in einem Bereich von 70% bis 90% bereitgestellt, z.B. 80%, 80% oder 90% Massenanteil. In einer ersten exothermen Reaktion wird das Wasserstoffperoxid in Dampf und Gas zerlegt als H2O2 → H2O (heißer Dampf) + O2 (heißes Gas). Der Sauerstoff wird anschließend zusammen mit dem Brennstoff-Bestandteil 9 verbrannt als O2 + HC → H2O + CO2. Dies bietet den weiteren Vorteil, dass Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoff (HC) in einer exothermen Reaktion zu Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) oxidieren, d.h. O2 + HC → H2O + CO2 und O2 + CO → CO2.
  • Entsprechend umfasst das Verfahren M aus 3 unter M0 Einspritzen von Reduktionsmittel 12 mit dem Reduktionsmittel-Einspritzer 11 in das Abgas 20 zur katalytischen Reduktion in dem Katalysator 2. Das Verfahren M umfasst unter M1 ferner Bereitstellen eines Zweikomponenten-Brennstoffs als Flüssigbrennstoff durch Vermischen von Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel-Bestandteil 8 mit Kohlenwasserstoff-Brennstoff, insbesondere Diesel, als Brennstoff-Bestandteil (9). Zu diesem Zweck umfasst das Verfahren M Pumpen von Wasserstoffperoxid von dem Oxidationsmitteltank 13, Einspritzen des Wasserstoffperoxids in die Brennkammer 7 des Flüssigbrennstoffbrenners 1 und Zerlegen des aufgeheizten Wasserstoffperoxids mit dem katalytischen Zerlegungselement 5 innerhalb der Brennkammer 7 in heißen Dampf und heißes Sauerstoffgas. Anschließend umfasst das Verfahren M unter M2 Erzeugen eines heißen Gasstroms 6 durch Verbrennen des Flüssigbrennstoffs aus Sauerstoff und (Diesel) Kraftstoff. Das Verfahren M umfasst unter M3 ferner Aufheizen des Abgases 20 mit dem heißen Gasstrom 6 durch Leiten des heißen Gasstroms 6 in das Abgas 20. Das Verfahren M umfasst unter M4 Speisen des aufgeheizten Abgases 20 an den Gaseinlass 3 der SCR-Vorrichtung 2 zur Vornahme einer katalytischen Behandlung des Abgases 20.
  • Das Abgas 20 des Motors 101 kann somit mittels des Flüssigbrennstoffbrenners 1 sehr schnell aufgeheizt werden und anschließend wiederum die nachgelagerte SCR-Vorrichtung 2 aufheizen. Die SCR-Vorrichtung 2 kann somit ihre Starttemperatur bald danach erreichen, sogar wenn der Motor 101 noch kalt ist. Somit arbeiten die katalytischen chemischen Reaktionen schneller in der vorliegenden Erfindung. In der Folge können Emissionen signifikant reduziert werden, insbesondere während einer Kaltstartphase eines Motors. Der Flüssigbrennstoffbrenner 1 kann während, aber auch vor/nach dem Motorbetrieb betrieben werden, sodass der Katalysator 2 sogar vor dem Start des Motors 101 aufgeheizt werden kann. Eine hohe Betriebstemperatur kann im Niedriglast-Betrieb des Motors 101 gehalten werden.
  • In der vorangegangenen detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale zur Verbesserung der Stringenz der Darstellung in einem oder mehreren Beispielen zusammengefasst worden. Es sollte dabei jedoch klar sein, dass die obige Beschreibung lediglich illustrativer, nicht jedoch beschränkender Natur ist. Sie dient der Abdeckung aller Alternativen, Modifikationen und Äquivalente. Viele andere Beispiele werden dem Fachmann aufgrund seiner fachlichen Kenntnisse in Anbetracht der obigen Beschreibung unmittelbar klar sein.
  • Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis bestmöglich darstellen zu können. Dadurch können Fachleute die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele in Bezug auf den beabsichtigten Einsatzzweck optimal modifizieren und nutzen. Viele andere Beispiele werden dem Fachmann aufgrund seiner fachlichen Kenntnisse in Anbetracht der obigen Beschreibung unmittelbar klar sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Flüssigbrennstoffbrenner
    2
    Katalysator
    3
    Gaseinlass
    4
    Gasauslass
    5
    katalytisches Zerlegungselement
    6
    heißer Gasstrom
    7
    Brennkammer
    8
    Oxidationsmittel-Bestandteil
    9
    Brennstoff-Bestandteil
    10
    System zur Abgasnachbehandlung
    11
    Reduktionsmittel-Einspritzer
    12
    Reduktionsmittel
    13
    Oxidationsmitteltank
    14
    Kraftstofftank
    15
    Gasleitung
    16
    Ladeluftkühler
    17
    Turbolader
    18
    Lufteinlass
    19
    Oxidationskatalysator/Partikelfilter
    20
    Abgas
    21
    Steuereinrichtung
    22
    Einspritzer
    23
    Pumpe
    100
    Kraftfahrzeug
    101
    Verbrennungsmotor
    M
    Verfahren
    M0-M4
    Verfahrensschritt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10006743 A1 [0005]

Claims (15)

  1. System (10) zur Abgasnachbehandlung umfassend: einen Katalysator (2) mit einem Gaseinlass (3), wobei der Katalysator (2) dazu ausgebildet ist, Abgas (20) an dem Gaseinlass (3) zu empfangen, welches von einem Verbrennungsmotor (101) stammt, und eine katalytische Behandlung des Abgases (20) vorzunehmen; und einen Flüssigbrennstoffbrenner (1), welcher dem Gaseinlass (3) vorgelagert und dazu ausgebildet ist, das Abgas (20), welches von dem Verbrennungsmotor (101) an den Gaseinlass (3) gespeist wird, mit einem heißen Gasstrom (6) aufzuheizen, der innerhalb des Flüssigbrennstoffbrenners (1) durch Verbrennen von Flüssigbrennstoff erzeugt wird.
  2. System (10) nach Anspruch 1, wobei der Flüssigbrennstoff ein Zweikomponenten-Brennstoff ist, welcher einen Oxidationsmittel-Bestandteil (8) und einen Brennstoff-Bestandteil (9) umfasst.
  3. System (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Flüssigbrennstoff Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel-Bestandteil (8) und Kohlenwasserstoff-Brennstoff als Brennstoff-Bestandteil (9) umfasst.
  4. System (10) nach Anspruch 3, wobei das Wasserstoffperoxid als wässrige Lösung mit einem Massenanteil von H2O2 in Prozent in einem Bereich zwischen 70% und 90% bereitgestellt wird.
  5. System (10) nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Kohlenwasserstoff-Brennstoff Benzin oder Dieselkraftstoff umfasst.
  6. System (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Flüssigbrennstoffbrenner (1) eine Brennkammer (7) und ein katalytisches Zerlegungselement (5) innerhalb der Brennkammer (7) umfasst, wobei das katalytische Zerlegungselement (5) dazu ausgebildet ist, Wasserstoffperoxid, welches in die Brennkammer (7) eingespritzt wird, in Dampf und Sauerstoff zu zerlegen.
  7. System (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, weiterhin umfassend: einen Oxidationsmitteltank (13), welche dazu ausgebildet ist, den Oxidationsmittel-Bestandteil zu lagern.
  8. System (10) nach Anspruch 7, wobei der Oxidationsmitteltank (13) zumindest eines von einem Stahl, einem Aluminium und einer Aluminium-Magnesium-Legierung umfasst.
  9. System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin umfassend: einen Reduktionsmittel-Einspritzer (11), welcher dazu ausgebildet ist, Reduktionsmittel (12) in das Abgas (20) zur katalytischen Reduktion in dem Katalysator (2) einzuspritzen, wobei der Flüssigbrennstoffbrenner (1) dem Reduktionsmittel-Einspritzer (11) nachgelagert ist.
  10. Kraftfahrzeug (100) mit einem Verbrennungsmotor (101) und einem System (10) zur Abgasnachbehandlung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
  11. Verfahren (M) zur Abgasnachbehandlung, umfassend: Erzeugen (M2) eines heißen Gasstroms (6) durch Verbrennen von Flüssigbrennstoff in einem Flüssigbrennstoffbrenner (1); Aufheizen (M3) von Abgas (20) eines Verbrennungsmotors (101) mit dem heißen Gasstrom (6) durch Leiten des heißen Gasstroms (6) in das Abgas (20); und Speisen (M4) des aufgeheizten Abgases (20) an einen Gaseinlass (3) eines Katalysators (2) zur Vornahme einer katalytischen Behandlung des Abgases (20).
  12. Verfahren (M) nach Anspruch 11, weiterhin umfassend: Bereitstellen (M1) eines Zweikomponenten-Brennstoffs als Flüssigbrennstoff durch Vermischen eines Oxidationsmittel-Bestandteils (8), insbesondere Wasserstoffperoxid, mit einem Brennstoff-Bestandteil (9), insbesondere Kohlenwasserstoff-Brennstoff.
  13. Verfahren (M) nach Anspruch 12, wobei Bereitstellen (M1) des Flüssigbrennstoffs umfasst: Einspritzen (M1b) des Wasserstoffperoxids in eine Brennkammer (7) des Flüssigbrennstoffbrenners (1); und Zerlegen (M1c) des aufgeheizten Wasserstoffperoxids mit einem katalytischen Zerlegungselement (5) innerhalb der Brennkammer (7) in Dampf und Sauerstoffgas.
  14. Verfahren (M) nach Anspruch 12 oder 13, wobei Bereitstellen (M1) des Flüssigbrennstoffs umfasst: Pumpen (M1a) des Wasserstoffperoxids von einem Oxidationsmitteltank (13).
  15. Verfahren (M) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, weiterhin umfassend: Einspritzen (M0) von Reduktionsmittel (12) mit einem Reduktionsmittel-Einspritzer (11) in das Abgas (20) zur katalytischen Reduktion in dem Katalysator (2), wobei das Reduktionsmittel (12) bezogen auf den Verbrennungsmotor (101) vorgelagert zu dem heißen Gasstrom (6) des Flüssigbrennstoffbrenners (1) eingespritzt wird.
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