DE102019215631A1 - Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors (1), mit zumindest einem Hauptkatalysator (6) zur chemischen Umwandlung zumindest einer Abgaskomponente, mit einer Kohlenwasserstofffalle (3) zur Zwischenspeicherung von Kohlenwasserstoffen, mit einem Stickoxidadsorber (4) zur Zwischenspeicherung von Stickoxiden und mit einem elektrisch beheizbaren Heizkatalysator (5), wobei die vorgenannten Komponenten (3, 4, 5, 6) innerhalb einer räumlich begrenzten Strömungsstrecke (2) angeordnet sind und aufeinanderfolgend durchströmt werden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit zumindest einem Hauptkatalysator zur chemischen Umwandlung zumindest einer Abgaskomponente, mit einer Kohlenwasserstofffalle zur Zwischenspeicherung von Kohlenwasserstoffen, mit einem Stickoxidadsorber zur Zwischenspeicherung von Stickoxiden und mit einem elektrisch beheizbaren Heizkatalysator, wobei die vorgenannten Komponenten innerhalb einer räumlich begrenzten Strömungsstrecke angeordnet sind und aufeinanderfolgend durchströmt werden.
  • Stand der Technik
  • Zum Zwecke der Abgasnachbehandlung ist der Einsatz von sogenannten HC-Fallen oder Kohlenwasserstofffallen im Abgastrakt bekannt. Ziel des Einsatzes ist die Reduktion von im Abgas mitgeführten Kohlenwasserstoffen, wie insbesondere unverbranntem Kraftstoff. Solche HC-Fallen sind beispielsweise durch einen zeolithbeschichteten monolithischen Katalysatorträger gebildet.
  • Die DE 691 27 377 T2 offenbart die Verwendung einer HC-Falle im Abgastrakt und zeigt insbesondere mögliche Anordnungen der verschiedenen Komponenten zur Abgasnachbehandlung.
  • Nachteilig an den Vorrichtungen im Stand der Technik ist insbesondere, dass die Abgasnachbehandlung nicht optimal gelöst ist, da insbesondere Stickoxide in den unterschiedlichen Betriebsszenarien eines Kraftfahrzeuges nicht ausreichend aus dem Abgas entfernt werden können. Insbesondere bei niedrigen Temperaturen.
  • Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
  • Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung zu schaffen, welche eine verbesserte Reinigung des Abgases in unterschiedlichen Betriebszuständen eines Kraftfahrzeuges ermöglicht.
  • Die Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit zumindest einem Hauptkatalysator zur chemischen Umwandlung zumindest einer Abgaskomponente, mit einer Kohlenwasserstofffalle zur Zwischenspeicherung von Kohlenwasserstoffen, mit einem Stickoxidadsorber zur Zwischenspeicherung von Stickoxiden und mit einem elektrisch beheizbaren Heizkatalysator, wobei die vorgenannten Komponenten innerhalb einer räumlich begrenzten Strömungsstrecke angeordnet sind und aufeinanderfolgend durchströmt werden.
  • Insbesondere die Kombination einer Kohlenwasserstofffalle mit einem Stickoxidadsorber vor einem Heizkatalysator ist besonders vorteilhaft, um eine optimale Abgasnachbehandlung sicherzustellen. Die Kohlenwasserstofffalle ist dazu eingerichtet im Abgas enthaltene Kohlenwasserstoffe aufzunehmen und diese zumindest temporär zu binden. Dies insbesondere solange die Abgastemperatur unter einer gewissen Mindesttemperatur liegt. Dadurch können bevorzugt während des Kaltstarts Kohlenwasserstoffe gebunden werden, während die Abgastemperaturen noch nicht hoch genug sind, um eine ausreichende Funktion der nachgelagerten Hauptkatalysatoren zu gewährleisten. Die Kohlenwasserstofffalle ist somit insbesondere vor dem Erreichen der sogenannten Light-Off Temperatur, ab welcher der Hauptkatalysator seine Hauptwirksamkeit aufweist, wirksam. Bestimmt durch den Werkstoff beziehungsweise insbesondere die Beschichtung der Kohlenwasserstofffalle werden die Kohlenwasserstoffe ab dem Erreichen der Light-Off Temperatur wieder desorbiert und in den Abgasstrom abgegeben.
  • Aufgrund der Kombination mit einem elektrisch beheizten Heizkatalysator, welcher stromab der Kohlenwasserstofffalle angeordnet ist, könnte die Desorptionstemperatur auch leicht unterhalb der Light-Off Temperatur des Hauptkatalysators liegen, da durch den Heizkatalysator zusätzlich Wärmeenergie zugeführt wird, die dieses Delta schließen kann.
  • Der Stickoxidadsorber weist bevorzugt eine von der Kohlenwasserstofffalle abweichende Beschichtung auf und zielt auf die Bindung von Stickoxiden aus dem Abgas bei einem niedrigen Temperaturniveau ab und die Desorption bei einem entsprechend höheren Temperaturniveau. Die Adsorption und Desorption ist wie bei der Kohlenwasserstofffalle idealerweise an die Light-Off Temperatur des jeweiligen Hauptkatalysators gebunden, der zu jeweiligen Umsetzung der Abgaskomponente vorgesehen ist.
  • Die Adsorptionstemperatur, bis zu welcher Kohlenwasserstoffe beziehungsweise Stickoxide aufgenommen werden, und die Desorptionstemperatur, ab welcher die gebundenen Kohlenwasserstoffe oder Stickoxide abgegeben werden, können für die Kohlenwasserstofffalle und den Stickoxidadsorber unterschiedlich sein. Diese Temperaturen werden im Wesentlichen durch das gewählte Grundmaterial und die darauf aufgebrachte Beschichtung bestimmt.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn in Strömungsrichtung des Abgases die Kohlenwasserstofffalle und der Stickoxidadsorber vor dem elektrisch beheizbaren Heizkatalysator angeordnet sind.
  • Dies ist besonders vorteilhaft, da die Kohlenwasserstofffalle und der Stickoxidadsorber bevorzugt in einem Bereich niedriger Abgastemperatur eingesetzt werden, da sie besonders dort ihre Wirkung entfalten können und die Abgasreinigung so bei insgesamt niedrigen Temperaturniveaus, bevorzugt unterhalb von 200 Grad Celsius, verbessert. Der elektrisch beheizbare Heizkatalysator ist darauffolgend für die zusätzliche Aufheizung des Abgasstroms und somit insbesondere der nachfolgenden Hauptkatalysatoren vorgesehen.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn die Kohlenwasserstofffalle und der Stickoxidadsorber jeweils als einzelnes Bauteil ausgeführt sind und in Strömungsrichtung nacheinander in der Strömungsstrecke angeordnet sind. Die Verwendung von einzelnen Bauteilen und Komponenten für die Kohlenwasserstofffalle und den Stickoxidadsorber sind vorteilhaft, um eine möglichst hohe Flexibilität hinsichtlich Platzierung, Aufbau, Materialwahl und Beschichtungswahl zu ermöglichen. Die einzelnen Komponenten können so besonders gut an den jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstofffalle und der Stickoxidadsorber als kombiniertes Bauteil ausgeführt sind. Ein kombiniertes Bauteil bietet hingegen insbesondere Vorteile, wenn eine möglichst kompakte Bauform angestrebt wird. Ein kombiniertes Bauteil kann beispielsweise einen gemeinsamen Wabenkörper aus einem einheitlichen Grundmaterial aufweisen und entsprechend der gewünschten Aufteilung mit Beschichtungen versehen sein, die einen als Kohlenwasserstofffalle wirkenden und einen als Stickoxidadsorber wirkenden Teil ausbilden.
  • Auch ist es zu bevorzugen, wenn der Stickoxidadsorber ein passiver Stickoxidadsorber ist, der Stickoxide aus dem Abgas bei einem niedrigen Temperaturniveau, vorzugsweise unterhalb von 200 Grad Celsius, zwischenspeichert und diese bei einem höheren Temperaturniveau wieder in den Abgasstrom abgibt. Ein passiver Stickoxidadsorber zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass er Stickoxide aus dem Abgas aufnimmt, diese zwischenspeichert und bei einem höheren Temperaturniveau wieder abgibt. Eine aktive Umsetzung der Stickoxide, wie beispielsweise an einem SCR-Katalysator, an welchem unter Nutzung von Ammoniak eine chemische Umwandlung der Stickoxide stattfindet, findet hier nicht statt. Ein passiver Stickoxidadsorber ergänzt somit die aktive Abgasnachbehandlung und verbessert so insgesamt die Abgasnachbehandlung.
  • Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Kohlenwasserstofffalle, der Stickoxidadsorber und der elektrisch beheizbare Heizkatalysator jeweils durch einen entlang einer Hauptströmungsrichtung durchströmbaren Wabenkörper gebildet sind. Hierfür können vorzugsweise Wabenkörper aus Metall genutzt werden, die durch die Verwendung von zumindest teilweise strukturierten und glatten Metallfolien, welche aufeinandergestapelt und aufgewickelt werden, gebildet sind. Alternativ können auch entsprechend beschichtete Keramikträger verwendet werden.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Desorptionstemperatur der Kohlenwasserstofffalle und/oder des Stickoxidadsorbers und die Light-Off Temperatur des in Strömungsrichtung nachgelagerten Hauptkatalysators identisch ist oder die Light-Off Temperatur etwas unterhalb der Desorptionstemperatur liegt.
  • Dies ist vorteilhaft, um sicherzustellen, dass die adsorbierten Abgasbestandteile erst wieder desorbiert werden, wenn die Hauptkatalysatoren ausreichend aufgeheizt sind, um eine wirksame Abgasnachbehandlung zu gewährleisten.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
  • Figurenliste
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
    • 1 eine schematische Ansicht eines einem Verbrennungsmotor nachgeschalteten Abgastrakts mit einer Kohlenwasserstofffalle und einem Stickoxidadsorber, und
    • 2 eine weitere schematische Ansicht eines einem Verbrennungsmotor nachgeschalteten Abgastrakts mit einer Kohlenwasserstofffalle und einem Stickoxidadsorber.
  • Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Die 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 1. Die Abgase des Verbrennungsmotors 1 werden in den Abgastrakt 2 geleitet, welcher eine Strömungsstrecke für das Abgas darstellt. Innerhalb der Strömungsstrecke 2 ist eine Kohlenwasserstofffalle 3 und ein Stickoxidadsorber 4 angeordnet. Diese können auch in umgekehrter Reihenfolge angeordnet sein. Darauffolgend in Strömungsrichtung ist ein elektrisch beheizbarer Heizkatalysator 5 angeordnet und darauffolgend mit dem Bezugszeichen 6 zumindest ein Hauptkatalysator, welcher beispielsweise ein Oxidationskatalysator oder ein SCR-Katalysator sein kann.
  • Die 2 zeigt einen ähnlichen Aufbau, weswegen die verwendeten Bezugszeichen identisch sind. Der Unterschied zur 1 ist, dass die Kohlenwasserstofffalle 3 und der Stickoxidadsorber 4 in einer Kombination als gemeinsames Bauteil ausgeführt sind. Auch hier kann die Reihenfolge der Kohlenwasserstofffalle und des Stickoxidadsorbers gedreht werden.
  • Die Ausführungsbeispiele der 1 und 2 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.
  • 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
    • DE 69127377 T2 [0003]

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors (1), mit zumindest einem Hauptkatalysator (6) zur chemischen Umwandlung zumindest einer Abgaskomponente, mit einer Kohlenwasserstofffalle (3) zur Zwischenspeicherung von Kohlenwasserstoffen, mit einem Stickoxidadsorber (4) zur Zwischenspeicherung von Stickoxiden und mit einem elektrisch beheizbaren Heizkatalysator (5), wobei die vorgenannten Komponenten (3, 4, 5, 6) innerhalb einer räumlich begrenzten Strömungsstrecke (2) angeordnet sind und aufeinanderfolgend durchströmt werden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a durc h g e k e n n - zeichnet, dass in Strömungsrichtung des Abgases die Kohlenwasserstofffalle (3) und der Stickoxidadsorber (4) vor dem elektrisch beheizbaren Heizkatalysator (5) angeordnet sind.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a durc h g e k e n n z e ich n e t , dass die Kohlenwasserstofffalle (3) und der Stickoxidadsorber (4) jeweils als einzelnes Bauteil ausgeführt sind und in Strömungsrichtung nacheinander in der Strömungsstrecke (2) angeordnet sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a durc h g e k e n n - zeichnet, dass die Kohlenwasserstofffalle (3) und der Stickoxidadsorber (4) als kombiniertes Bauteil ausgeführt sind.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a durc h g e k e n n z e ich n e t , dass der Stickoxidadsorber (4) ein passiver Stickoxidadsorber (4) ist, der Stickoxide aus dem Abgas bei einem niedrigen Temperaturniveau, vorzugsweise unterhalb von 200 Grad Celsius, zwischenspeichert und diese bei einem höheren Temperaturniveau wieder in den Abgasstrom abgibt.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a durc h g e k e n n z e ich n e t , dass die Kohlenwasserstofffalle (3), der Stickoxidadsorber (4) und der elektrisch beheizbare Heizkatalysator (5) jeweils durch einen entlang einer Hauptströmungsrichtung durchströmbaren Wabenkörper gebildet sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a durc h g e k e n n z e ich n e t , dass die Desorptionstemperatur der Kohlenwasserstofffalle (3) und/oder des Stickoxidadsorbers (4) und die Light-Off Temperatur des in Strömungsrichtung nachgelagerten Hauptkatalysators (6) identisch ist oder die Light-Off Temperatur etwas unterhalb der Desorptionstemperatur liegt.
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