DE102019134441A1 - Abgasnachbehandlungssystem sowie Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Abgasnachbehandlungssystem sowie Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (10), insbesondere für einen Dieselmotor. Das Abgasnachbehandlungssystem umfasst eine Abgasanlage (20), in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors (10) durch die Abgasanlage (20) ein erster Katalysator (24) und stromabwärts des ersten Katalysators (24) ein Dieselpartikelfilter (30) angeordnet sind. Dabei ist unmittelbar stromaufwärts des Dieselpartikelfilters (30) ein elektrisch beheizbarer Katalysator (36) angeordnet.
Es ist vorgesehen, dass unmittelbar stromaufwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators (36) eine SCR-Katalysatorscheibe (44) angeordnet ist, welche durch die Wärmestrahlung des elektrisch beheizbaren Katalysators (36) auf ihre Light-Off-Temperatur aufheizbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen selbstzündenden Verbrennungsmotor, sowie ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
  • Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellt hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen StickoxidEmissionen eine Herausforderung für die Motorenentwickler dar. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator, sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren aufweisen. Um die hohen Anforderungen an minimale Stickoxidemissionen zu erfüllen, sind Abgasnachbehandlungssysteme bekannt, welche zwei in Reihe geschaltete SCR-Katalysatoren aufweisen, wobei jedem der SCR-Katalysatoren ein Dosierelement zur Eindosierung eines Reduktionsmittels vorgeschaltet ist. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wobei die wässrige Harnstofflösung Ammoniak im Abgaskanal freisetzt. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sich im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen.
  • Durch die zunehmende Verschärfung der Emissionsgesetzgebung ist ein schnelles Erreichen der Light-Off-Temperaturen der Abgasnachbehandlungskomponenten notwendig. Zum Erreichen der Light-Off-Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponenten sind sowohl innermotorische Heizmaßnahmen, insbesondere eine Verschiebung des Verbrennungsschwerpunktes in Richtung spät oder eine späte Nacheinspritzung, sowie externe Heizmaßnahmen durch ein elektrisches Heizelement in der Abgasanlage oder einen externen Abgasbrenner bekannt.
  • Die DE 10 2010 045 203 A1 offenbart ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, wobei in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors durch die Abgasanlage ein Oxidationskatalysator, stromabwärts des Oxidationskatalysators ein SCR-Katalysator und stromabwärts des SCR-Katalysators ein Dieselpartikelfilter angeordnet sind. Dabei ist dem Dieselpartikelfilter unmittelbar ein elektrisch beheizbarer Katalysator vorgeschaltet, um das Aufheizen des Dieselpartikelfilters auf seine Regenerationstemperatur zu unterstützen.
  • Die EP 2 256 312 A1 offenbart ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, wobei in der Abgasanlage des Verbrennungsmotors ein Oxidationskatalysator, ein Dieselpartikelfilter und ein SCR-Katalysator sowie ein weiterer Oxidationskatalysator angeordnet sind. Dabei ist dem ersten Oxidationskatalysator unmittelbar ein elektrisch beheizbarer Katalysator vorgeschaltet, welcher eine Erwärmung des Oxidationskatalysators nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors beschleunigt. Ferner kann dem SCR-Katalysator ein weiteres elektrisches Heizelement vorgeschaltet sein.
  • Aus der DE 10 2017 118 214 A1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor bekannt. Das Abgasnachbehandlungssystem umfasst einen Oxidationskatalysator sowie einen stromabwärts des Oxidationskatalysators angeordneten und elektrisch beheizbaren Katalysator zur kontinuierlichen Verbrennung von Rußpartikel (PM-Katalysator). Stromabwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators ist ein weiterer Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet, wobei ein Reduktionsmittel zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden derart in den Abgaskanal eingebracht wird, dass es an der Oberfläche des elektrisch beheizbaren Katalysators zur kontinuierlichen Verbrennung von Rußpartikeln verdampft.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen Dieselmotor, die schädlichen Abgasnachbehandlungskomponenten möglichst zeitnah nach einem Start des Verbrennungsmotors und effizient konvertieren zu können.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotors, insbesondere für einen Dieselmotor, gelöst, wobei das Abgasnachbehandlungssystem eine Abgasanlage umfasst, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors durch die Abgasanlage ein erster Katalysator und stromabwärts des ersten Katalysators ein Dieselpartikelfilter angeordnet sind. Dabei ist unmittelbar stromaufwärts des Dieselpartikelfilters ein elektrisch beheizbarer Katalysator angeordnet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass unmittelbar stromaufwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators eine SCR-Katalysatorscheibe angeordnet ist, welche durch die Wärmestrahlung des elektrisch beheizbaren Katalysators auf ihre Light-Off-Temperatur aufheizbar ist. Durch eine Anordnung der SCR-Katalysatorscheibe unmittelbar stromaufwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators kann die Wärmestrahlung genutzt werden, um die SCR-Katalysatorscheibe auf ihre Light-Off-Temperatur aufzuheizen. Dabei ist die SCR-Katalysatorscheibe vorzugsweise als eine dünne Katalysatorscheibe mit einer Dicke von maximal 50 mm, vorzugsweise von maximal 35 mm, besonders bevorzugt von maximal 25 mm ausgeführt, um eine geringe Wärmekapazität aufzuweisen und ein schnelles Erwärmen der SCR-Katalysatorscheibe bei aktiviertem elektrisch beheizbaren Katalysator zu ermöglichen. Durch die SCR-Katalysatorscheibe kann nach einem vergleichsweise kurzen Zeitintervall nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors eine selektive, katalytische Reduktion von Stickoxiden erfolgen, insbesondere bevor die katalytisch wirksame Beschichtung des Dieselpartikelfilters ihre Light-Off-Temperatur erreicht hat. Zudem kann eine Funktionstrennung von selektiver, katalytischer Reduktion und Oxidation der im Partikelfilter zurückgehaltenen Rußpartikel erfolgen, wodurch auch bei einer Regeneration des Partikelfilters eine effiziente Konvertierung der Stickoxidemissionen erfolgen kann.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und nicht triviale Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch genannten Abgasnachbehandlungssystems möglich.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die SCR-Katalysatorscheibe eine höhere Zelligkeit als der Dieselpartikelfilter aufweist. Unter einer höheren Zelligkeit ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Katalysatorzellen der SCR-Katalysatorscheibe ein geringeres Volumen als die Filterzellen des Monolithen des Dieselpartikelfilters aufweisen. Durch die höhere Zelligkeit kann die katalytisch wirksame Oberfläche der SCR-Katalysatorscheibe erhöht werden, wodurch die Konvertierungsleistung der SCR-Katalysatorscheibe bezüglich der Stickoxide im Abgasstrom erhöht wird.
  • In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Dieselpartikelfilter eine katalytisch wirksame Beschichtung aufweist. Durch eine katalytische Beschichtung des Partikelfilters können Schadstoffe im Abgasstrom des Verbrennungsmotors konvertiert werden, sodass auf einen zusätzlichen Katalysator verzichtet werden kann. Insbesondere kann der Dieselpartikelfilter eine katalytisch wirksame Beschichtung aufweisen, welche die Oxidationstemperatur von im Dieselpartikelfilter zurückgehaltenen Rußpartikeln absenkt. Dabei umfasst die Beschichtung insbesondere Edelmetalle wir Platin und/oder Palladium, welche die Temperatur der Rußoxidation herabsetzen. Insbesondere wird die Oxidationstemperatur durch einen sogenannten CRT-Effekt abgesenkt, bei dem Stickstoffmonoxid mit dem Ruß reagiert, wodurch eine Oxidation der Rußpartikel bereits bei unter 400°C erfolgt.
  • Alternativ kann der Dieselpartikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ausgeführt sein. Dadurch wird zusätzlich zur SCR-Katalysatorscheibe ein Katalysatorvolumen bereitgestellt, durch welches die Stickoxide in molekularen Stickstoff, Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf konvertiert werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der erste Katalysator als NOx-Speicherkatalysator oder als Oxidationskatalysator mit einer NOx-Adsorberbeschichtung ausgeführt ist. Dadurch können die NOx-Emissionen eingespeichert werden, bis die SCR-Katalysatorscheibe ihre Light-Off-Temperatur erreicht hat und eine effiziente Konvertierung von Stickoxiden durch die selektive, katalytische Reduktion von Stickoxiden möglich ist. Somit können die Stickoxidemissionen in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors weiter reduziert werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Katalysator als NOx-Speicherkatalysator und die SCR-Katalysatorscheibe als passiver SCR-Katalysator ausgeführt sind. Bei einer Regeneration des NOx-Speicherkatalysators wird dabei Ammoniak (NH3) freigesetzt, welcher zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden auf der SCR-Katalysatorscheibe genutzt werden kann. Somit ist es bei einer Regeneration des NOx-Speicherkatalysators nicht notwendig, ein Reduktionsmittel in den Abgaskanal des Verbrennungsmotors einzudosieren, um die Stickoxidemissionen wirksam zu reduzieren.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass stromabwärts des Dieselpartikelfilters ein weiterer SCR-Katalysator angeordnet ist. Durch einen weiteren SCR-Katalysator stromabwärts des Dieselpartikelfilters kann der Betriebsbereich des Verbrennungsmotors erweitert werden, in dem zumindest eine Abgasnachbehandlungskomponente zur Verringerung der Stickoxidemissionen in dem dazu notwendigen Temperaturbereich betrieben werden kann. Somit können die Stickoxidemissionen des Verbrennungsmotors verringert werden, wodurch die Belastung für die Umwelt abnimmt.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems betrifft die On-Board-Diagnose. Da für die Konvertierung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenstoffmonoxid (CO) zwei Abgasnachbehandlungskomponenten verwendet werden. Für die Konvertierung der Stickoxidemissionen stehen ebenfalls mindestens zwei, im Falle eines NOx-Speicherkatalysators sogar drei, Abgasnachbehandlungskomponenten zur Verfügung, so dass bei einem Ausfall einer Abgasnachbehandlungskomponente bei eingeschränkter Fahrfunktion das Einhalten der Emissionsgrenzwerte sichergestellt werden kann, sodass ein Ausfall einer Abgasnachbehandlungskomponente nicht zwangsläufig zu einem Stopp des Kraftfahrzeugs führt.
  • Besonders bevorzugt ist dabei, wenn stromabwärts des ersten Katalysators und stromaufwärts der SCR-Katalysatorscheibe ein erstes Dosierventil und stromabwärts des Dieselpartikelfilters und stromaufwärts des SCR-Katalysators ein zweites Dosierventil zum Einbringen eines Reduktionsmittels in den Abgaskanal angeordnet sind. Durch zwei unterschiedliche Dosierventile sind unterschiedliche Dosierstrategien zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden möglich. Dadurch kann die Konvertierung der Stickoxide durch diejenige Abgasnachbehandlungskomponente erfolgen, welche bei den aktuellen Betriebsbedingungen eine effiziente Konvertierung der Stickoxide erwarten lässt. Dabei kann die Einbringung des Reduktionsmittels in den Abgaskanal durch eines der beiden Dosierventile oder durch beide Dosierventile gleichzeitig erfolgen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem vorgeschlagen, wobei die stromabwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators angeordnete SCR-Katalysatorscheibe primär durch die Wärmestrahlung des elektrisch beheizbaren Katalysators auf ihre Light-Off-Temperatur aufgeheizt wird. Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Abgasnachbehandlung können die Kaltstartemissionen des Verbrennungsmotors sowie die Emissionen im Fahrbetrieb verringert werden, wodurch die Umweltbelastung reduziert werden kann. Unter einem primären Aufheizen durch die Wärmestrahlung wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass der größte Teil der Wärme in die SCR-Katalysatorscheibe, vorzugsweise mehr als 80% der eingebrachten Heizleistung, besonderes bevorzugt mehr als 90% der eingebrachten Heizleistung, durch Wärmestrahlung eingebracht wird. Da die SCR-Katalysatorscheibe und der elektrisch beheizbare Katalysator im Abgaskanal befestigt sind, wird ein geringer Teil der in die SCR-Katalysatorscheibe eingebrachte Wärme auch mittels Wärmeleitung über die Befestigungspunkte übertragen. Dieser Anteil ist jedoch mit etwa <10% im Vergleich zu der Wärmestrahlung gering.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Monolith des Dieselpartikelfilters mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung zur Absenkung der Regenerationstemperatur des Dieselpartikelfilters auf weniger als 400°C beschichtet ist, wobei der Monolith durch Wärmestrahlung und Konvektion durch den elektrisch beheizbaren Katalysator auf seine Regenerationstemperatur aufgeheizt wird. Durch ein Absenken der Regenerationstemperatur des Dieselpartikelfilters durch eine katalytisch wirksame Beschichtung kann eine effiziente Konvertierung der Stickoxidemissionen auch bei einer Regeneration des Dieselpartikelfilters, d.h. bei einer Oxidation der im Dieselpartikelfilter zurückgehaltenen Rußpartikel, erfolgen. Somit führt eine Regeneration des Partikelfilters nicht zwangsläufig dazu, dass der zur selektiven, katalytischen Reduktion der Stickoxide notwendige Temperaturbereich verlassen werden muss.
  • Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • 1 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor; und
    • 2 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem solchen Abgasnach behand lungssystem.
  • 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10, welcher mit seinem Auslass 16 mit einer Abgasanlage 20 verbunden ist. Der Verbrennungsmotor 10 weist eine Mehrzahl von Brennräumen 12 auf, an welchen jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 zur Einspritzung eines brennbaren Kraftstoffs in den jeweiligen Brennraum 12 des Verbrennungsmotors 10 angeordnet ist. Der Auslass 16 des Verbrennungsmotors 10 umfasst einen Abgaskrümmer 18, in welchem die Abgase der Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 gesammelt und einem gemeinsamen Abgaskanal 22 des Abgasanlage 20 zugeführt werden.
  • In der Abgasanlage 20 sind in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors 10 stromabwärts einer Turbine eines Abgasturboladers 58 ein erster Katalysator 24, vorzugsweise ein Oxidationskatalysator 26 oder ein NOx-Speicherkatalysator 28, eine SCR-Katalysatorscheibe 44, ein elektrisch beheizbarer Katalysator 36 und ein Dieselpartikelfilter 30 angeordnet. Der Dieselpartikelfilter 30 weist vorzugsweise eine katalytische Beschichtung 32 auf, welche eine Oxidation von unverbrannten Abgaskomponenten ermöglicht. Dabei ist die katalytische Beschichtung 32 derart ausgebildet, dass diese eine Regenerationstemperatur des Dieselpartikelfilters 30 zur Oxidation des im Dieselpartikelfilters 30 zurückgehaltenen Rußes herabsetzt. Alternativ kann der Dieselpartikelfilter 30 auch mit einer SCR-Beschichtung 34 oder unbeschichtet ausgeführt sein. Der elektrisch beheizbare Katalysator 36 umfasst ein elektrisches Heizelement 38, insbesondere eine elektrische Heizscheibe. Stromabwärts des ersten Katalysator 24 und stromaufwärts der SCR-Katalysatorscheibe 44 ist ein erstes Dosierventil 40 zur Einbringung eines Reduktionsmittels 62 in den Abgaskanal 22 angeordnet. Dem ersten Dosierventil 40 ist ein erster Abgasmischer 42 nachgeschaltet, um eine homogene Vermischung des Reduktionsmittels 62 mit dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen.
  • Stromabwärts des Dieselpartikelfilters 30 ist eine Verzweigung 46 ausgebildet, an welcher ein Abgasrückführungskanal einer Niederdruck-Abgasrückführung 48 aus dem Abgaskanal 22 der Abgasanlage 20 abzweigt. Stromabwärts der Verzweigung 46 ist ein weiterer SCR-Katalysator 54 angeordnet. Dem weiteren SCR-Katalysator 54 ist vorzugsweise ein Ammoniak-Sperrkatalysator 56 nachgeschaltet, um einen unkontrollierten Austritt von Ammoniak und eine damit verbundene Geruchsbelästigung zu vermeiden. Stromabwärts der Verzweigung 46 und stromaufwärts des weiteren SCR-Katalysators 54 ist ein zweites Dosierventil 50 zur Einbringung eines Reduktionsmittels 62 in den Abgaskanal 22 des Verbrennungsmotors 10 angeordnet. Dem zweiten Dosierventil 50 ist ein weiterer Abgasmischer 52 nachgeschaltet, um die Durchmischung des Abgasstroms mit dem Reduktionsmittel 62 vor dem Eintritt in den weiteren SCR-Katalysator 54 zu verbessern. Das erste Dosierventil 40 und das zweite Dosierventil 50 sind jeweils über eine Reduktionsmittelleitung 64, 66 mit einem Vorratsbehälter 68 verbunden, in welchem das Reduktionsmittel 62, insbesondere wässrige Harnstofflösung, bevorratet ist.
  • Dem Verbrennungsmotor 10 ist ein Steuergerät 60 zugeordnet, über welches die Kraftstoffeinspritzung durch die Injektoren 14 in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 gesteuert wird. Ferner steuert das Steuergerät 60 die Eindosierung des Reduktionsmittels 62 durch die beiden Dosierventile 40, 50 und die Heizleistung des elektrisch beheizbaren Katalysators 36.
  • In 2 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Erfindungsgemäß unterstützt der elektrisch beheizbare Katalysator 36 nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 das Aufheizen des Dieselpartikelfilters 30 mittels Wärmestrahlung und Konvektion. Ferner wird der weitere SCR-Katalysator 54 durch Konvektion über den Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 aufgeheizt. Dazu wird in einem ersten Verfahrensschritt <100> der elektrisch beheizbare Katalysator 36 aktiviert und elektrisch aufgeheizt. Ferner wird die SCR-Katalysatorscheibe 44 durch die Wärmestrahlung des elektrisch beheizbaren Katalysators 36 aufgeheizt. In einem Verfahrensschritt <110> erreicht die SCR-Katalysatorscheibe 44 ihre Light Off Temperatur. In einem Verfahrensschritt <120> wird die Eindosierung des Reduktionsmittels 62 durch das erste Dosierventil 40 freigegeben. In einem Verfahrensschritt <130> erreicht auch der weitere SCR-Katalysator 54 seine Light Off Temperatur, sodass eine effiziente Konvertierung der Stickoxidemissionen auch durch den zweiten SCR-Katalysator 54 erfolgen kann. Dazu wird in einem Verfahrensschritt <140> die Eindosierung von Reduktionsmittel 62 durch das zweite Dosierventil 50 freigeschaltet. In einem Verfahrensschritt <150> wird der Dieselpartikelfilter 30 durch das elektrische Heizelement 38 des elektrisch beheizbaren Katalysators 36 auf seine Regenerationstemperatur Treg aufgeheizt. Dabei erwärmt der elektrisch beheizbare Katalysator 36 vornehmlich durch Wärmestrahlung und Konvektion den Monolithen des Dieselpartikelfilters 30, wodurch die katalytisch wirksame Beschichtung 32 auf eine Temperatur erhitzt wird, die eine Oxidation der im Dieselpartikelfilter 30 zurückgehaltenen Rußpartikel ermöglicht. In einem Verfahrensschritt <160> erfolgt die Regeneration des Dieselpartikelfilters 30, wobei zusätzlich zur der elektrischen Beheizung des Abgasstroms durch den elektrisch beheizbaren Katalysator 36 auch innermotorische Heizmaßnahmen durchgeführt werden können, um die Abgastemperatur TEG anzuheben und eine Regeneration des Dieselpartikelfilters 30 einzuleiten oder zu unterstützen.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Verbrennungsmotor
    12
    Brennraum
    14
    Kraftstoffinjektor
    16
    Auslass
    18
    Abgaskrümmer
    20
    Abgasanlage
    22
    Abgaskanal
    24
    erster Katalysator
    26
    Oxidationskatalysator
    28
    NOx-Speicherkatalysator
    30
    Dieselpartikelfilter
    32
    katalytische Beschichtung
    34
    SCR-Beschichtung
    36
    elektrisch beheizbarer Katalysator
    38
    elektrisches Heizelement
    40
    erstes Dosierventil
    42
    erster Abgasmischer
    44
    SCR-Katalysatorscheibe
    46
    Verzweigung
    48
    Niederdruck-Abgasrückführung
    50
    zweites Dosierventil
    52
    zweiter Abgasmischer
    54
    SCR-Katalysator
    56
    Ammoniak-Sperrkatalysator
    58
    Abgasturbolader
    60
    Steuergerät
    62
    Reduktionsmittel
    64
    erste Reduktionsmittelleitung
    66
    zweite Reduktionsmittelleitung
    68
    Vorratsbehälter
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010045203 A1 [0004]
    • EP 2256312 A1 [0005]
    • DE 102017118214 A1 [0006]

Claims (10)

  1. Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotors (10), umfassend eine Abgasanlage (20), in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors (10) ein erster Katalysator (24) und stromabwärts des ersten Katalysators (24) ein Dieselpartikelfilter (30) angeordnet sind, wobei unmittelbar stromaufwärts des Dieselpartikelfilters (30) ein elektrisch beheizbarer Katalysator (36) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar stromaufwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators (24) eine SCR-Katalysatorscheibe (44) angeordnet ist, welche durch die Wärmestrahlung des elektrisch beheizbaren Katalysators (24) auf ihre Light-Off-Temperatur aufheizbar ist.
  2. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die SCR-Katalysatorscheibe (44) eine höhere Zelligkeit als der Dieselpartikelfilter (30) aufweist.
  3. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dieselpartikelfilter (30) eine katalytisch wirksame Beschichtung (32) aufweist.
  4. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch wirksame Beschichtung (32) die Oxidationstemperatur für den im Dieselpartikelfilter (30) zurückgehaltenen Rußpartikel auf eine Temperatur von weniger als 400°C absenkt.
  5. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Katalysator (24) als NOx-Speicherkatalysator (28) oder als Oxidationskatalysator (26) mit einer NOx-Adsorberbeschichtung ausgeführt ist.
  6. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Katalysator (24) als NOx-Speicherkatalysator (28) und die SCR-Katalysatorscheibe (44) als passiver SCR-Katalysator ausgeführt ist.
  7. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Dieselpartikelfilters (30) ein weiterer SCR-Katalysator (54) angeordnet ist.
  8. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des ersten Katalysators (24) und stromaufwärts der SCR-Katalysatorscheibe (44) ein erstes Dosierventil (40) und stromabwärts des Dieselpartikelfilters (30) und stromaufwärts des SCR-Katalysators (54) ein zweites Dosierventil (50) zum Einbringen eines Reduktionsmittels (62) in den Abgaskanal (22) angeordnet sind.
  9. Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einem Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die stromaufwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators (36) angeordnete SCR-Katalysatorscheibe (44) primär durch die Wärmestrahlung des elektrisch beheizbaren Katalysators (36) auf ihre Light-Off-Temperatur aufgeheizt wird.
  10. Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Monolith des Dieselpartikelfilters (30) mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung zur Absenkung der Regenerationstemperatur des Partikelfilters auf weniger als 400°C beschichtet ist, wobei der Monolith durch Wärmestrahlung und Konvektion durch den elektrisch beheizbaren Katalysator (36) auf seine Regenerationstemperatur aufgeheizt wird.
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