DE112017000846T5

DE112017000846T5 - Abgasreinigungssystem

Info

Publication number: DE112017000846T5
Application number: DE112017000846.8T
Authority: DE
Inventors: Takuya Fuse; Seizo Fujikawa; Keita Arakawa; Chikako Kuwabara
Original assignee: Hokkaido University NUC; Denso Corp
Current assignee: Hokkaido University NUC; Denso Corp
Priority date: 2016-02-15
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2018-10-31
Also published as: WO2017141591A1; JP2017145709A; JP6655414B2

Abstract

Abgasreinigungssystem umfassend eine Energieumwandlungseinheit (100), eine Speichereinrichtung (4), einen Katalysator (22) und eine Zuführeinrichtung (3). Die Energieumwandlungseinheit ist konfiguriert zum Durchführen einer Energieumwandlung basierend auf einer Kraftstoffoxidation in Gegenwart von Stickstoff und Sauerstoff und Abgeben eines Stickstoffoxid enthaltenden Abgases. Die Speichereinrichtung ist konfiguriert zum Speichern einer Reduktionslösung, die das im Abgas enthaltene Stickstoffoxid reduziert. Der Katalysator ist in einem Abgaskanal (11), durch den das Abgas strömt, vorgesehen und fördert die Reduktionsreaktion des Stickstoffoxids. Die Zuführeinrichtung ist konfiguriert zum Zuführen der Reduktionslösung von der Speichereinrichtung zu dem Katalysator. Die Reduktionslösung enthält ein Reduktionsmittel, das das im Abgas enthaltene Stickstoffoxid reduziert, ein Tensid und ein Lösungsmittel, das das Reduktionsmittel und das Tensid löst. Der Gehalt des Tensids in der Reduktionslösung ist geringer als sowohl der Gehalt des Reduktionsmittels als auch der Gehalt des Lösungsmittels. Gemäß dem Abgasreinigungssystem kann die Konzentration des Reduktionsmittels erhöht oder der Gefrierpunkt der Reduktionslösung gesenkt werden.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung JP 2016 - 026 154 A , eingereicht am 15. Februar 2016, und bezieht diese hiermit mit ein.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Abgasreinigungssystem zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors.
Stand der Technik
Herkömmlicherweise ist eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung (d.h. ein Harnstoff-SCR-System) mit einem Katalysator zur selektiven Reduktion (d.h. einen SCR-Katalysator), der Harnstoff verwendet, als ein Abgasreinigungssystem zum Reduzieren der von einem Verbrennungsmotor abgegebenen Stickstoffoxide (NOx) bekannt.
In dem Abgasreinigungssystem ist in einem Abgasstrom stromaufwärts des SCR-Katalysators, der in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, ein Einspritzventil angeordnet und wird durch das Einspritzventil von einem Tank zugeführte wässrige Harnstofflösung eingespritzt.
In Anbetracht der Verwendung in einem kalten Gebiet wird die wässrige Harnstofflösung oft auf eine Harnstoffkonzentration von 32,5% eingestellt, bei der der Gefrierpunkt am niedrigsten ist, d.h. -11 °C. Wenn die Harnstoffkonzentration höher als 32,5% ist, ist der Gefrierpunkt der wässrigen Harnstofflösung erhöht und ist die Frostschutzleistungsfähigkeit verringert. Daher kann es schwierig sein, die Konzentration von Harnstoff in der wässrigen Harnstofflösung zu erhöhen, und kann dementsprechend eine größere Tankkapazität benötigt werden und die Zahl der Harnstoffnachfüllungen zunehmen. Wenn die Harnstoffkonzentration in der wässrigen Harnstofflösung gering ist, erhöht sich zudem der Wassergehalt und kann der Fall auftreten, dass beim Einspritzen aus dem Einspritzventil in den Abgasströmungspfad die latente Verdampfungswärme (Verdampfungsenthalpie) erhöht ist.
Um das Gefrieren der wässrigen Harnstofflösung zuverlässig zu unterdrücken, kann außerdem in einigen Fällen eine Heizung vorgesehen sein. In diesem Fall kann aufgrund des Energieverbrauchs der Heizung eine Verringerung der Kraftstoffeffizienz ein Problem sein. Dieser Energieverbrauch nimmt zu, wenn der Gefrierpunkt der wässrigen Harnstofflösung höher ist.
Demgegenüber beschreibt das Patentdokument 1, dass der Gefrierpunkt einer wässrigen Harnstofflösung durch Zumischen eines organischen Lösungsmittels auf Alkoholbasis zu der wässrigen Harnstofflösung verringert wird.
Wenn jedoch ein organisches Lösungsmittel auf Alkoholbasis der wässrigen Harnstofflösung zugemischt wird, um den Gefrierpunkt zu senken, kann es notwendig sein, eine große Menge des organischen Lösungsmittels auf Alkoholbasis zu mischen, was zu einer Erhöhung der Tankkapazität führen kann. Wenn das organische Lösungsmittel auf Alkoholbasis in den Abgaskanal eingespritzt wird, können ferner die Bildung von Kohlenwasserstoff und eine Zunahme der latenten Verdampfungswärme verursacht werden.
Dokument des Stands der Technik
Patentdokument
Patentdokument 1: JP 2009 - 35 644 A
Zusammenfassung der Erfindung
Im Hinblick auf das Vorhergehende ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, in einem Abgasreinigungssystem, das Stickstoffoxide in Abgas mittels eines in einer Reduktionslösung enthaltenen Reduktionsmittels reduziert, die Konzentration des Reduktionsmittels zu erhöhen oder den Gefrierpunkt der Reduktionslösung zu senken.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Abgasreinigungssystem eine Energieumwandlungseinheit, eine Speichereinrichtung, einen Katalysator und eine Zuführeinrichtung. Die Energieumwandlungseinheit ist konfiguriert zum Durchführen einer Energieumwandlung basierend auf einer Kraftstoffoxidation in Gegenwart von Stickstoff und Sauerstoff und zum Abgeben eines Stickstoffoxid enthaltenden Abgases. Die Speichereinrichtung ist konfiguriert zum Speichern einer Reduktionslösung, die das im Abgas enthaltene Stickstoffoxid reduziert. Der Katalysator ist in dem Abgaskanal, durch den das Abgas strömt, vorgesehen und fördert die Reduktionsreaktion des Stickstoffoxids. Die Zuführeinrichtung ist konfiguriert zum Zuführen der Reduktionslösung von der Speichereinrichtung zu dem Katalysator. Die Reduktionslösung enthält ein Reduktionsmittel, das das im Abgas enthaltene Stickstoffoxid reduziert, ein Tensid und ein Lösungsmittel, das das Reduktionsmittel und das Tensid löst. Der Gehalt des Tensids in der Reduktionslösung ist geringer als sowohl der Gehalt des Reduktionsmittels als auch der Gehalt des Lösungsmittels.
Da die Reduktionslösung das Tensid enthält, kann der Gefrierpunkt gesenkt werden. Wenn der Gefrierpunkt der Reduktionslösung festgesetzt ist, kann demgemäß die Konzentration des Reduktionsmittels erhöht werden im Vergleich mit dem Fall, bei dem die Reduktionslösung kein Tensid enthält. Infolgedessen können der Gehalt des Reduktionsmittels in der Reduktionslösung erhöht und die Kapazität der Speichereinrichtung verringert werden. Da die Verbrauchsmenge der Reduktionslösung verringert werden kann, kann ferner die Zahl der Nachfüllungen von Reduktionsmittel zu der Speichereinrichtung verringert werden. Da der Gehalt des Lösungsmittels in der Reduktionslösung verringert werden kann, kann beim Einspritzen der Reduktionslösung von der Zuführeinrichtung in den Katalysator zudem die latente Verdampfungswärme des Lösungsmittels verringert werden.
Wenn die Konzentration des Reduktionsmittels in der Reduktionslösung festgesetzt ist, kann darüber hinaus der Gefrierpunkt gesenkt werden. Somit kann ein Gefrieren der Reduktionslösung unterdrückt werden und kann für den Fall, dass eine Heizung zum Verhindern eines Gefrierens vorgesehen ist, der Energieverbrauch der Heizung verringert werden.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm der Gesamtkonfiguration, das ein Harnstoff-SCR-System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
2 ist ein Graph, der Gefrierpunkte zeigt, wenn die Harnstoffkonzentration in einer wässrigen Harnstofflösung geändert wird.

Ausführungsformen zur Nutzung der Erfindung
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in dem ein Abgasreinigungssystem der vorliegenden Offenbarung auf ein Harnstoff-SCR-System eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs angewendet wird.
Wie in 1 gezeigt, ist ein Abgaskanal 11, durch den von einem Motor abgegebenes Abgas strömt, mit einem Verbrennungsmotor 100 eines Fahrzeugs verbunden. Die Verbrennungsmotor 100 ist eine Energieumwandlungseinheit, die Energie eines Kraftstoffs in Antriebskraft umwandelt, welche eine andere Form von Energie ist, indem eine Kraftstoffoxidation in der Luft verwendet wird, d.h. In Gegenwart von Stickstoff und Sauerstoff. Wenn die Energieumwandlung durchgeführt wird, erzeugt der Verbrennungsmotor 100 Stickstoffoxid enthaltendes Abgas. In der vorliegenden Ausführungsform wird als der Verbrennungsmotor 100 ein Dieselmotor verwendet.
Das von dem Verbrennungsmotor 100 abgegebene Abgas durchläuft eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1, die im Abgaskanal 11 vorgesehen ist, und wird dann nach Außerhalb des Fahrzeugs abgegeben. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 umfasst als Katalysatoren zum Entfernen von NOx (Stickstoffoxid) im Abgas einen ersten Oxidationskatalysator 21, einen Katalysator zur selektiven Reduktion (SCR-Katalysator) 22 und einen zweiten Oxidationskatalysator 23.
Der erste Oxidationskatalysator 21 wandelt Stickstoffmonoxid (NO) im Abgas in Stickstoffdioxid (NO₂) um, um den NO₂-Anteil im NOx zu erhöhen, und erleichtert die später beschriebene NOx-Reduktionsreaktion. Gleichzeitig dient der erste Oxidationskatalysator 21 auch dazu, Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO) im Abgas zu oxidieren.
Der SCR-Katalysator 22 reduziert und entfernt selektiv NOx durch die Wirkung eines Reduktionsmittels. Das heißt, der SCR-Katalysator 22 ist ein Katalysator, der die Reduktionsreaktion von NOx fördert. Zwischen dem ersten Oxidationskatalysator 21 und dem SCR-Katalysator 22 ist ein Einspritzventil 3 vorgesehen, das eine Zuführeinrichtung zum Zuführen des Reduktionsmittels zu dem SCR-Katalysator 22 ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird Harnstoff, der ein Vorläufer von Ammoniak ist, als ein Reduktionsmittel verwendet und von dem Einspritzventil 3 im Zustand einer leicht zu handhabenden wässrigen Harnstofflösung in den Abgaskanal 11 eingespritzt.
Die wässrige Harnstofflösung der vorliegenden Ausführungsform ist eine gemischte Lösung, die Harnstoff, der ein Reduktionsmittel ist, und Wasser, das ein Lösungsmittel ist, das Harnstoff lösen kann, enthält und die wässrige Harnstofflösung entspricht der Reduktionslösung der vorliegenden Offenbarung. Die Details der Zusammensetzung der wässrigen Harnstofflösung werden später beschrieben.
Der zweite Oxidationskatalysator 23 wird verwendet, um aus Harnstoff erzeugtes Ammoniak daran zu hindern, freigesetzt zu werden, ohne dass es mit NOx reagiert, und der zweite Oxidationskatalysator 23 oxidiert und zersetzt das Ammoniak, das den SCR-Katalysator 22 passiert hat, um es unschädlich zu machen. In der vorliegenden Ausführungsform sind der SCR-Katalysator 22 und der zweite Oxidationskatalysator 23 integral vorgesehen.
Die dem Einspritzventil 3 zugeführte wässrige Harnstofflösung wird in einem Tank 4 gespeichert, der eine Speichereinrichtung ist. Der Tank 4 ist ein versiegelter Behälter mit vorgegebener Kapazität.
Innerhalb des Tanks 4 ist eine Pumpe 41 zum Absaugen der in dem Tank 4 gespeicherten wässrigen Harnstofflösung vorgesehen. Mit dem Tank 4 ist eine Zuführleitung 31 für wässrige Harnstofflösung verbunden, welche die Pumpe 41 und das Einspritzventil 3 verbindet. Die Zuführleitung 31 für wässrige Harnstofflösung ist mit einem Filter 42 zum Entfernen von in der wässrigen Harnstofflösung eingemischten Fremdstoffen versehen.
Die im Tank 4 gespeicherte wässrige Harnstofflösung wird durch den Betrieb der Pumpe 41 über den Filter 42 abgesaugt und zum Einspritzventil 3 gepumpt. Die Pumpe 41 ist eine elektrische Pumpe, deren Drehzahl (zugeführtes Volumen der wässrigen Harnstofflösung) durch ein Steuersignal, das von einer später beschriebenen Steuerung 5 ausgegeben wird, gesteuert wird.
Wenn die im Tank 4 gespeicherte wässrige Harnstofflösung infolge der Zufuhr zu dem Einspritzventil 3 abnimmt, kann die wässrige Harnstofflösung im Tank 4 nach Bedarf ergänzt werden.
Das Einspritzventil 3 kann beispielsweise eine bekannte Einspritzventilkonstruktion mit Luftunterstützung sein. Bei dem Luftunterstützungstyp ist das Einspritzventil 3 mit der Zuführleitung 31 für wässrige Harnstofflösung und einer Luftzuführleitung (nicht gezeigt) mit einem Luftkompressor verbunden, und mittels eines Aktors wird ein Düsenabschnitt 3a geöffnet und geschlossen, um mit der Luft zur Unterstützung die wässrige Harnstofflösung in den Abgaskanal 11 einzuspritzen.
Wie in der Zeichnung gezeigt, ist das Einspritzventil 3 schräg an einem Wandabschnitt des Abgaskanals 11 befestigt. Zu diesem Zeitpunkt verläuft die Einspritzrichtung des in den Abgaskanal 11 hineinragenden Düsenabschnitts 3a in einer Richtung parallel zu der Strömung des Abgases und wird die wässrige Harnstofflösung der gesamten Oberfläche einer einlassseitigen Endfläche des SCR-Katalysators 22 gleichmäßig zugeführt.
Die Zuführleitung 31 für wässrige Harnstofflösung ist mit einem Druckregler 6 versehen, der ein Ein/Aus-Ventil zum Einstellen des Zulaufdrucks aufweist. Wenn der Zulaufdruck einen bestimmten Druck übersteigt, wird der Druckregler 6 geöffnet, so dass die überschüssige wässrige Harnstofflösung durch eine mit dem oberen Teil des Tanks 4 verbundene Rückführleitung 61 in den Tank 4 zurückkehrt.
Eine Heizung 43 im Tank zum Erwärmen der im Tank 4 gelagerten wässrigen Harnstofflösung ist innerhalb des Tanks 4 vorgesehen. In der Zuführleitung 31 für wässrige Harnstofflösung ist eine Zuführleitungsheizung 33 zum Erwärmen der durch die Zuführleitung 31 für wässrige Harnstofflösung strömenden wässrigen Harnstofflösung vorgesehen. Nachstehend werden „die Heizung 43 im Tank und die Zuführleitungsheizung 33“ kollektiv auch als „Heizungen 33, 43“ bezeichnet.
In der vorliegenden Ausführungsform werden als die Heizungen 33, 43 elektrische Heizungen zum Erwärmen der wässrigen Harnstofflösung durch Zuführen von Elektrizität verwendet. Der Betrieb (Menge der erzeugten Wärme) der Heizungen 33, 43 wird durch Steuersignale gesteuert, die von der später beschriebenen Steuerung 5 ausgegeben werden, und es wird ein Gefrieren der wässrigen Harnstofflösung verhindert.
Die Steuerung 5 umfasst einen bekannten Mikrocomputer mit CPU, ROM, RAM und dergleichen sowie peripheren Schaltungen. Die Steuerung 5 führt basierend auf im ROM gespeicherten Steuerprogrammen verschiedene Berechnungen und Prozesse durch und steuert die Betätigungen der verschiedenen Vorrichtungen bzw. Einrichtungen, die mit der Ausgabeseite verbunden sind.
Das Einspritzventil 3, die Pumpe 41 und die Heizungen 33, 43, welche oben beschrieben sind, sind mit der Ausgabeseite der Steuerung 5 verbunden.
Mit der Eingangsseite der Steuerung 5 ist eine Sensorgruppe verbunden. Die Sensorgruppe umfasst beispielsweise einen Drucksensor 51 zum Erfassen des Drucks der wässrigen Harnstofflösung, die durch die Zuführleitung 31 für wässrige Harnstofflösung strömt, einen Temperatursensor 52 zum Erfassen der Temperatur der wässrigen Harnstofflösung, die durch die Zuführleitung 31 für wässrige Harnstofflösung strömt, einen Wassertemperatursensor 53 zum Erfassen der Temperatur des Kühlwassers, das aus dem Verbrennungsmotor 100 strömt, und einen Außenlufttemperatursensor 54 zum Erfassen der Außenlufttemperatur.
Wenn in 1 die wässrige Harnstofflösung der vorliegenden Ausführungsform von dem Einspritzventil 3 in den Abgaskanal 11 eingespritzt wird, wird durch die Wärme des Abgases der Harnstoff in der eingespritzten wässrigen Harnstofflösung pyrolysiert und wird demzufolge, wie in der folgenden Reaktionsgleichung gezeigt, Ammoniak (NH₃) gebildet. (NH₂)₂CO → NH₃ + CHNO
Zu diesem Zeitpunkt wird die gleichzeitig gebildete Cyansäure (CHNO), wie in der folgenden Reaktionsgleichung gezeigt, weiter hydrolysiert und werden Ammoniak und Kohlendioxid gebildet. CHNO + H₂O → NH₃ + CO₂
Wie in der folgenden Reaktionsgleichung gezeigt, fungiert das erzeugte Ammoniak auf dem SCR-Katalysator 22 als ein Reduktionsmittel für NOx, um die Reduktionsreaktion von NOx zu fördern. NO + NO₂ + 2 NH₃ → 2 N₂ + 3 H₂O
Andererseits wird Ammoniak, das an der Reduktion von NOx nicht beteiligt war und den SCR-Katalysator 22 passiert hat, durch den zweiten Oxidationskatalysator 23 entfernt, wie in der folgenden Reaktionsgleichung gezeigt. 4 NH₃ + 3 O₂ → 2 N₂ + 6 H₂O
Als nächstes wird die in dem Harnstoff-SCR-System gemäß dieser Ausführungsform verwendete wässrige Harnstofflösung beschrieben. Die wässrige Harnstofflösung besteht aus einer Lösung, die Harnstoff, der ein Reduktionsmittel zum Reduzieren von im Abgas enthaltenen Stickstoffoxiden ist, ein Tensid und Wasser, das ein Lösungsmittel ist das Harnstoff und das Tensid lösen kann, enthält.
Der Gehalt des Tensids in der wässrigen Harnstofflösung wird so festgesetzt, dass er geringer als der Gehalt an Wasser und der Gehalt an Harnstoff ist. Der Gefrierpunkt der wässrigen Harnstofflösung kann gesenkt werden, indem das Tensid in die wässrige Harnstofflösung gemischt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wird als das Tensid ein nichtionisches Tensid verwendet, das keine lonizität zeigt, selbst wenn es in Wasser gelöst wird. Als nichtionisches Tensid können Tenside vom Ethertyp, die Fettalkoholethoxylate oder Alkylpolyethylenglykole genannt werden, verwendet werden. Insbesondere kann als nichtionisches Tensid eines verwendet werden, das durch die folgende chemische Formel 1 dargestellt wird.
In der chemischen Formel 1 sind X, Y und Z jeweils natürliche Zahlen.
Als [C_XH_Y-] der chemischen Formel 1 kann ein Substituent der folgenden chemischen Formel 2 oder der chemischen Formel 3 verwendet werden.
Selbst wenn irgendeiner der Substituenten mit der chemischen Formel 2 oder 3 verwendet wird, ist der Effekt der Senkung des Gefrierpunkts äquivalent.
2 ist ein Graph, der Gefrierpunkte zeigt, wenn die Harnstoffkonzentration in der wässrigen Harnstofflösung geändert wird. 2 zeigt die wässrige Harnstofflösung der vorliegenden Ausführungsform, die das Tensid enthält, und eine wässrige Harnstofflösung eines Vergleichsbeispiels, die kein Tensid enthält. Die wässrige Harnstofflösung der vorliegenden Ausführungsform weist eine Harnstoffkonzentration von 32,5 % und eine Tensidkonzentration von 5 % auf. Die wässrige Harnstofflösung des Vergleichsbeispiels weist eine Harnstoffkonzentration von 32,5 % auf.
Wie in 2 gezeigt, ist der Gefrierpunkt der wässrigen Harnstofflösung der vorliegenden Ausführungsform über die gesamte Harnstoffkonzentration relativ zu der wässrigen Harnstofflösung des Vergleichsbeispiels verringert. Das heißt, der Gefrierpunkt der wässrigen Harnstofflösung kann durch Mischen des Tensids in die wässrige Harnstofflösung effektiv gesenkt werden.
Sowohl die wässrige Harnstofflösung der vorliegenden Ausführungsform als auch die wässrige Harnstofflösung des Vergleichsbeispiels weisen bei einer Harnstoffkonzentration von 32,5 % den niedrigsten Gefrierpunkt auf. Selbst wenn die Harnstoffkonzentration in der wässrigen Harnstofflösung der vorliegenden Ausführungsform auf 45 % erhöht wird, liegt der Gefrierpunkt der wässrigen Harnstofflösung bei -11 °C, welches die niedrigste Gefriertemperatur der wässrigen Harnstofflösung des Vergleichsbeispiels ist. Das heißt, bei einer festgesetzten Harnstoffkonzentration in der wässrigen Harnstofflösung kann der Gefrierpunkt gesenkt werden. Bei einem festgesetzten Gefrierpunkt der wässrigen Harnstofflösung kann zudem die Harnstoffkonzentration erhöht werden.
In der vorliegenden Ausführungsform liegt die Konzentration des Tensids in der wässrigen Harnstofflösung zwischen 0,1 % und 5 %. Wenn die Konzentration des Tensids in der wässrigen Harnstofflösung zu gering ist, ist der Effekt der Senkung des Gefrierpunkts der wässrigen Harnstofflösung verringert. Daher ist es bevorzugt, dass die Konzentration des Tensids in der wässrigen Harnstofflösung 0,1 % oder mehr beträgt. Wenn die Konzentration des Tensids in der wässrigen Harnstofflösung zu hoch ist, kristallisiert das Tensid und der Gefrierpunkt der wässrigen Harnstofflösung steigt an. Daher ist es bevorzugt, dass die Menge des zu der wässrigen Harnstofflösung zugegebenen Tensids 5 % oder weniger beträgt.
In der vorliegenden Ausführungsform liegt die Konzentration an Harnstoff in der wässrigen Harnstofflösung zwischen 32,5 % und 45 %. Die wässrige Harnstofflösung weist den niedrigsten Gefrierpunkt auf, wenn die Harnstoffkonzentration 32,5 % beträgt. Daher ist es bevorzugt, dass die Konzentration an Harnstoff in der wässrigen Harnstofflösung 32,5 % oder mehr beträgt. Wie in 2 gezeigt, beträgt ferner die Harnstoffkonzentration in der das Tensid enthaltenden wässrigen Harnstofflösung, die in der Lage ist, den niedrigsten Gefrierpunkt der kein Tensid enthaltenden wässrigen Harnstofflösung von -11 °C sicherzustellen, 45 % oder weniger. Daher ist es bevorzugt, dass die Konzentration an Harnstoff in der wässrigen Harnstofflösung 45 % oder weniger beträgt.
Gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform kann der Gefrierpunkt der wässrigen Harnstofflösung durch Mischen des Tensids in die wässrige Harnstofflösung gesenkt werden. Bei einem festgesetzten Gefrierpunkt der wässrigen Harnstofflösung kann daher die Harnstoffkonzentration erhöht werden. Dementsprechend können der Harnstoffgehalt in der wässrigen Harnstofflösung erhöht und die Kapazität des Tanks 4 verringert werden. Da die Verbrauchsmenge der wässrigen Harnstofflösung verringert werden kann, kann ferner die Zahl der Nachfüllungen von Harnstoff zu dem Tank 4 verringert werden. Da der Wassergehalt in der wässrigen Harnstofflösung verringert werden kann, kann zudem die latente Verdampfungswärme von Wasser verringert werden, wenn die wässrige Harnstofflösung von dem Einspritzventil 3 in den Abgaskanal 11 eingespritzt wird.
Bei einer festgesetzten Harnstoffkonzentration in der wässrigen Harnstofflösung kann darüber hinaus der Gefrierpunkt gesenkt werden. Folglich kann ein Gefrieren der wässrigen Harnstofflösung unterdrückt werden, und kann der Energieverbrauch der Heizungen 33, 43 verringert werden.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt und kann, wie nachstehend beschrieben, auf verschiedene Arten modifiziert werden, ohne vom Kern der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen offenbarten Mittel können in geeigneter Weise in einem Bereich kombiniert werden, der implementiert werden kann.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem ein Dieselmotor als Energieumwandlungseinheit verwendet wird, jedoch ist die Energieumwandlungseinheit nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann ein Benzinmotor als Energieumwandlungseinheit verwendet werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, in dem das Abgasreinigungssystem der vorliegenden Offenbarung auf ein Harnstoff-SCR-System angewendet wird, jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt und die vorliegende Offenbarung kann auf andere Abgasreinigungssysteme angewendet werden.
Während die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf ihre Ausführungsformen beschrieben wurde, ist dies so zu verstehen, dass die Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung soll verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken. Während die verschiedenen Elemente in verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind, die beispielhaft sind, liegen auch andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger oder lediglich ein einzelnes Element umfassen, innerhalb des Geistes und Umfangs der vorliegenden Offenbarung.
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind der SCR-Katalysator 22 und der zweite Oxidationskatalysator 23, die im Abgasstrom stromabwärts des Einspritzventils 3 angeordnet sind, integral untergebracht. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und der SCR-Katalysator 22 und der zweite Oxidationskatalysator 23 können getrennt vorgesehen sein.
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind die Heizungen 33, 43 zum Verhindern eines Gefrierens der wässrigen Harnstofflösung vorgesehen, jedoch können diese Heizungen 33, 43 weggelassen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016026154 A [0001]
JP 2009035644 A [0009]

Claims

Abgasreinigungssystem, umfassend: eine Energieumwandlungseinheit (100), die konfiguriert ist zum Durchführen einer Energieumwandlung basierend auf der Oxidation eines Kraftstoffs in Gegenwart von Stickstoff und Sauerstoff und Abgeben eines Stickstoffoxid enthaltenden Abgases, eine Speichereinrichtung (4), die konfiguriert ist zum Speichern einer Reduktionslösung, die das im Abgas enthaltene Stickstoffoxid reduziert, einen Katalysator (22), der in einem Abgaskanal (11), durch den das Abgas strömt, vorgesehen ist, wobei der Katalysator eine Reduktionsreaktion des Stickstoffoxids fördert, und eine Zuführeinrichtung (3), die konfiguriert ist zum Zuführen der Reduktionslösung von der Speichereinrichtung zu dem Katalysator, wobei die Reduktionslösung enthält: ein Reduktionsmittel, das das im Abgas enthaltene Stickstoffoxid reduziert, ein Tensid und ein Lösungsmittel, das das Reduktionsmittel und das Tensid löst, und der Gehalt des Tensids in der Reduktionslösung geringer ist als sowohl der Gehalt des Reduktionsmittels als auch der Gehalt des Lösungsmittels.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei das Reduktionsmittel Harnstoff ist, das Lösungsmittel Wasser ist und das Tensid ein nichtionisches Tensid ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 2, wobei das nichtionische Tensid durch die chemische Formel 1 dargestellt wird:
wobei X, Y, Z in der chemischen Formel 1 natürliche Zahlen sind.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 3, wobei [C_XH_Y-] in der chemischen Formel 1 des nichtionischen Tensids ein Substituent ist, der durch die chemische Formel 2 dargestellt wird:
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 3, wobei [C_XH_Y-] in der chemischen Formel 1 des nichtionischen Tensids ein Substituent ist, der durch die chemische Formel 3 dargestellt wird:
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Konzentration des Reduktionsmittels in der Reduktionslösung kleiner oder gleich 45 % ist.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Konzentration des Reduktionsmittels in der Reduktionslösung größer oder gleich 32,5 % ist.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Konzentration des Tensids in der Reduktionslösung kleiner oder gleich 5 % ist.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Konzentration des Tensids in der Reduktionslösung größer oder gleich 0,1 % ist.