WO2009065555A1 - Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine brennkraftmaschine und verfahren zur nachbehandlung von abgasen einer brennkraftmaschine - Google Patents

Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine brennkraftmaschine und verfahren zur nachbehandlung von abgasen einer brennkraftmaschine Download PDF

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Definitions

  • Exhaust after-treatment device for an internal combustion engine and method for the after-treatment of exhaust gases of an internal combustion engine
  • the invention relates to an exhaust aftertreatment device for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1, as well as a method for the aftertreatment of exhaust gases of an internal combustion engine according to the preamble of claim 12.
  • Exhaust gas aftertreatment devices and methods of the type mentioned above are used in particular in motor vehicles and especially in motor vehicles with diesel engine in order to reduce the pollutant emissions and in particular the emissions of unburned hydrocarbons, nitrogen oxides and soot particles.
  • an exhaust gas aftertreatment device of the aforementioned type in which the exhaust gas flowing through the exhaust gas line is first passed through an oxidation catalyst and a particle filter connected downstream of the oxidation catalyst before a reducing agent, such as Ammonia (NH 3 ) or urea (NH 2 ) 2 CO in solid or liquid form, is added to the exhaust gas before it flows through a SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst in which the contained in the exhaust gas, from a mixture of nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) existing nitrogen oxides (NOx) with the formation of molecular nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) can be reduced.
  • a reducing agent such as Ammonia (NH 3 ) or urea (NH 2 ) 2 CO in solid or liquid form
  • the particulate filter acts as a heat sink, which prevents a rapid heating of the SCR catalytic converter after a start of the internal combustion engine, as a result of which the earliest possible time of addition of ammonia (NH 3 ) or urea (NH 2 ) 2 CO shifts back into the exhaust gas , because due to the risk of ammonia slip, ie an incomplete reaction of ammonia (NH 3 ) in the SCR catalyst, below an exhaust gas temperature of about 250 to 300 ° C no ammonia (NH 3 ) or urea (NH 2 ) 2 CO in the exhaust gas may be added and thus until then no implementation of the nitrogen oxides contained in the exhaust gas (NOx) is possible.
  • the degree of conversion of the nitrogen oxides (NOx) with the metered reducing agent in the SCR catalyst not only depends on the amount of reducing agent present in the exhaust gas, but especially in a lower temperature. Temperature range up to an exhaust gas temperature of about 270 ° C and the proportion of nitrogen dioxide (NO 2 ) in the total nitrogen oxides (NOx) depends on the passage of the exhaust gas through a catalytically coated particulate filter decreases, because part of the nitrogen dioxide (NO 2 ) at the Surface of the particulate filter is bound.
  • EP 1 054 722 B1 proposes an SCR catalyst system for treating combustion exhaust gas and soot particles containing nitrogen oxides (NOx), in which the exhaust gas is first passed through an oxidation catalyst, which is effective to convert at least part of the nitrogen monoxide (NO) into nitrogen dioxide (NO 2 ) and thus to increase the proportion of nitrogen dioxide in the nitrogen oxides (NO x) of the exhaust gas.
  • the SCR catalytic converter system comprises a fines filter downstream of the oxidation catalytic converter in the flow direction of the exhaust gas, behind which first an injection device for metering in a reducing fluid and then an SCR catalytic converter is arranged.
  • the fines filter acts as a heat sink and prolongs the time until sufficiently high temperatures are reached for complete conversion of the reducing fluid with the nitrogen oxides (NOx) in the SCR catalyst.
  • the object of the invention is to improve an exhaust aftertreatment device and a method of the type mentioned above in that faster high temperatures are achieved in the SCR catalyst and that by then the degree of conversion of nitrogen oxides (NOx) in the SCR catalyst improves can be.
  • NOx nitrogen oxides
  • the particle filter is arranged in the flow direction of the exhaust gas behind the SCR catalyst.
  • a urea-water mixture is metered into the exhaust gas as a reducing agent, since the so-called AdBlue technology has now prevailed in motor vehicles.
  • ammonia slip that is, leakage of ammonia (NH 3 ) into the environment, which may cause odor and health problems due to the pungent odor, toxicity and caustic effect of ammonia (NH 3 )
  • the urea-water mixture in known exhaust aftertreatment devices or processes are added only at exhaust gas temperatures in the SCR catalyst of more than 250 to 300 ° C, while in inventive exhaust aftertreatment devices and methods, the metered addition of urea-water mixture due to the favorable mixing ratio of Nitrogen dioxide (NO 2 ) to nitrogen monoxide (NO) in the exhaust gas is already possible at much lower temperatures of about 200 0 C.
  • the metering device is designed to inject the liquid contained in a reservoir, serving as a reducing agent liquid urea-water mixture in the exhaust or inject it to ensure a more uniform distribution in the exhaust stream.
  • the water of the urea-water mixture evaporates due to the high exhaust gas temperatures even before reaching the SCR catalyst, while the urea (NH 2 J 2 CO after the evaporation of water in both the exhaust line and the SCR catalyst by a hydrolysis reaction in ammonia ( NH 3 ) and water (H 2 O) is reacted, of which then the former serves to reduce the nitrogen oxides (NOx).
  • the exhaust gas is advantageously filtered immediately after passing through the SCR catalyst, preferably when passing through a particulate filter, which is expediently arranged in a common housing with the SCR catalyst.
  • a further preferred embodiment of the method according to the invention provides that the metered addition or supply of the reducing agent is controlled downstream of the oxidation filter and / or upstream of the SCR catalyst as a function of an exhaust gas temperature and behind the particulate filter as a function of the NOx content of the exhaust gases.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exhaust gas aftertreatment device according to the invention in an exhaust gas line of a diesel engine
  • Figures 2a and 2b The degree of nitrogen oxide conversion in an SCR catalyst of the exhaust gas treatment device representations in dependence on the NO 2 content of the nitrogen oxide (NOx) at temperatures of 200 0 C and 450 0 C.
  • the exhaust gas aftertreatment device 1 shown in FIG. 1 serves to reduce the emission of pollutants, in particular unburned hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx) and soot particles in the exhaust gas of a diesel engine 2 of a motor vehicle.
  • pollutants in particular unburned hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx) and soot particles in the exhaust gas of a diesel engine 2 of a motor vehicle.
  • the exhaust gas aftertreatment device 1 comprises an oxidation catalytic converter 4, arranged directly behind the diesel engine 2 in an exhaust line 3 of the diesel engine 2 and traversed by the exhaust gas, in which the unburned hydrocarbons (HC) contained in the exhaust gas are mixed with oxygen (O 2 ) to carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O) are oxidized.
  • an oxidation catalytic converter 4 arranged directly behind the diesel engine 2 in an exhaust line 3 of the diesel engine 2 and traversed by the exhaust gas, in which the unburned hydrocarbons (HC) contained in the exhaust gas are mixed with oxygen (O 2 ) to carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O) are oxidized.
  • the exhaust gas after-treatment device 1 further comprises a particle filter 8 in which the soot particles contained in the exhaust gas are separated and burned periodically.
  • the oxidation catalyst 4 is arranged near the engine behind a lambda probe 9 for measuring the combustion air ratio in the exhaust line 3 to ensure that the exhaust gas entering the oxidation catalyst 4 has the highest possible exhaust gas temperature.
  • the metering device 5 for metering in the urea-water mixture 6 is conveyed by means of a delivery pump 10 from a motor vehicle which carries urea-water. Mixture 6 containing tank 11 fed.
  • the feed pump 10 is controlled during operation of the diesel engine 2 by a controller 12 of the motor vehicle or the diesel engine 2 as a function of the exhaust gas temperature and the nitrogen oxide content of the exhaust gas.
  • the exhaust-gas temperature is decisive, above all, for the beginning of the metered addition of the urea-water mixture 6 into the exhaust line 3, the amount of urea-water mixture 6 metered into the exhaust gas depends mainly on the nitrogen oxide content of the SCR catalytic converter 7 exiting exhaust gases.
  • the SCR catalyst 7 and the particulate filter 8 have a common housing 17, in which the SCR catalyst 7 is arranged in front of the particulate filter 8, so that it is first traversed by the exhaust gas.
  • FIG. 2 a shows, in the case of an exhaust gas temperature of 200 0 C only reaches an optimum degree of conversion, when the proportion of the nitrogen dioxide (NO 2) in the nitrogen oxides (NOx) is 50%, that is, at a mixing ratio of nitrogen dioxide (NO 2) to nitrogen monoxide (NO) of 1 : 1, while the degree of conversion on both sides of the optimum mixing ratio decreases steeply.
  • the optimum mixing ratio of 1: 1 is achieved in that the particulate filter 8 is arranged in the flow direction of the exhaust gas behind the SCR catalyst 7, so that unlike in known exhaust gas after-treatment devices with an upstream of the SCR catalyst particulate filter 8 does not lead to absorption Nitrogen dioxide (NO 2 ) at the surfaces of the particulate filter catalytically coated for the combustion of the soot particles and thus may lead to a shift of the mixing ratio in favor of nitrogen monoxide (NO).
  • NO 2 Nitrogen dioxide
  • the arrangement of the particulate filter 8 behind the SCR catalyst 7 is also avoided that the particulate filter 8 acts as a heat sink after a start of the diesel engine 2, which slows down a desired fastest possible heating of the SCR catalyst and thus an early metered addition of urea water Mixing 6 opposes, since the latter can be made to prevent ammonia slip after reaching a certain minimum temperature, when in the SCR catalyst 7, a substantially complete conversion of nitrogen oxides (NOx) with ammonia (NH 3 ) is ensured.
  • This minimum temperature can be lowered by the arrangement of the particulate filter 8 behind the SCR catalyst 7 to about 200 0 C, as shown in FIG. 2a at this temperature and at the aforementioned optimal mixing ratio of nitrogen dioxide (NO 2 ) to nitric oxide (NO) in SCR catalyst 7 already takes place, a substantially complete conversion of the nitrogen oxides.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine (2) mit einem Abgasstrang (3), der einen Oxidationskatalysator (4), eine in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Oxidationskatalysator (4) angeordnete Dosiereinrichtung (5) zum Zudosieren eines Reduktionsmittels in das Abgas und einen in Strömungsrichtung des Abgases hinter der Dosiereinrichtung (5) angeordneten SCR- Katalysator (7) sowie einen Partikelfilter (8) umfasst. Um im SCR-Katalysator (7) schneller hohe Temperaturen zu erreichen und bis dahin den Grad der Umsetzung von Stickoxiden (NOx) im SCR-Katalysator (7) zu verbessern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Partikelfilter (8) in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem SCR- Katalysator (7) angeordnet ist.

Description

Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zur Nachbehandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie ein Verfahren zur Nachbehandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Abgasnachbehandlungseinrichtungen und Verfahren der eingangs genannten Art werden insbesondere in Kraftfahrzeugen und vor allem in Kraftfahrzeugen mit Dieselmotor eingesetzt, um die Schadstoffemissionen und insbesondere die Emissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Stickoxiden und Rußpartikeln zu vermindern.
Aus der DE 102 07 986 A1 ist bereits eine Abgasnachbehandlungseinrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der das durch den Abgasstrang strömende Abgas zuerst durch einen Oxidationskatalysator und einen dem Oxidationskatalysator nachgeschalteten Partikelfilter hindurchgeleitet wird, bevor in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Partikelfilter ein Reduktionsmittel, wie Ammoniak (NH3) oder Harnstoff (NH2)2CO in fester oder flüssiger Form, in das Abgas zudosiert wird, bevor dieses einen SCR(Selective Catalytic Reduction)-Katalysator durchströmt, in dem die im Abgas enthaltenen, aus einer Mischung von Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) bestehenden Stickoxide (NOx) unter Bildung von molekularem Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) reduziert werden.
Die Anordnung des Partikelfilters vor dem SCR-Katalysator hat jedoch zwei Nachteile. Zum einen wirkt der Partikelfilter als Wärmesenke, die nach einem Start der Brennkraftmaschine eine schnelle Aufheizung des SCR-Katalysators verhindert, wodurch sich der frühestmögliche Zeitpunkt der Zudosierung von Ammoniak (NH3) oder Harnstoff (NH2)2CO in das Abgas nach hinten verschiebt, da wegen der Gefahr eines Ammoniakschlupfs, d.h. einer unvollständigen Umsetzung des Ammoniaks (NH3) im SCR- Katalysator, unterhalb einer Abgastemperatur von etwa 250 bis 300°C kein Ammoniak (NH3) oder Harnstoff (NH2)2CO in das Abgas zudosiert werden darf und somit bis dahin auch keine Umsetzung der im Abgas enthaltenen Stickoxide (NOx) möglich ist. Zum anderen hat sich in Versuchen gezeigt, dass der Grad der Umsetzung der Stickoxide (NOx) mit dem zudosierten Reduktionsmittel im SCR-Katalysator nicht nur von der Menge des im Abgas enthaltenen Reduktionsmittels sondern insbesondere in einem unteren Tem- peraturbereich bis zu einer Abgastemperatur von etwa 270°C auch vom Anteil an Stickstoffdioxid (NO2) in den Gesamtstickoxiden (NOx) abhängt, der beim Hindurchtritt des Abgases durch einen katalytisch beschichteten Partikelfilter abnimmt, weil ein Teil des Stickstoffdioxids (NO2) an der Oberfläche des Partikelfilters gebunden wird.
Um die Umsetzung von Stickoxiden (NOx) zu verbessern, schlägt die EP 1 054 722 B1 ein SCR-Katalysator-System zur Behandlung von Stickoxide (NOx) enthaltendem Verbrennungsabgas und Rußpartikeln vor, bei dem das Abgas zuerst durch einen Oxida- tionskatalysator geleitet wird, der wirksam ist, um wenigstens einen Teil des Stickstoffmonoxids (NO) in Stickstoffdioxid (NO2) umzuwandeln und so den Anteil des Stickstoffdioxids in den Stickoxiden (NOx) des Abgases zu erhöhen. Das SCR-Katalysator- System umfasst dort in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Oxidationskatalysa- tor einen Feinstofffilter, hinter dem zuerst eine Einspritzvorrichtung zum Zudosieren ein er Reduktionsflüssigkeit und dann ein SCR-Katalysator angeordnet ist. Mit dem bekannten SCR-Katalysator-System lässt sich jedoch insbesondere in niedrigen Temperaturbereichen unter 2500C keine vollständige Umsetzung der Stickoxide (NOx) erreichen. Außerdem wirkt auch hier der Feinstofffilter als Wärmesenke und verlängert die Zeit bis zum Erreichen ausreichend hoher Temperaturen für eine vollständige Umsetzung der Reduktionsflüssigkeit mit den Stickoxiden (NOx) im SCR-Katalysator.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass im SCR-Katalysator schneller hohe Temperaturen erreicht werden und dass bis dahin der Grad der Umsetzung von Stickoxiden (NOx) im SCR-Katalysator verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird bei der Abgasnachbehandlungseinrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Partikelfilter in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem SCR- Katalysator angeordnet ist. Durch diese Maßnahme wird zum einen erreicht, dass sich nach einem Start der Brennkraftmaschine das Abgas bis zum Eintritt in den SCR- Katalysator weniger stark abkühlt, so dass im SCR-Katalysator schneller die für eine vollständige Umsetzung der Stickoxide (NOx) notwendigen Temperaturen erreicht werden. Zum anderen wird bewirkt, dass sich das Mischungsverhältnis von Stickstoffdioxid (NO2) zu Stickstoffmonoxid (NO) im Abgas vor dem SCR-Katalysator nicht zugunsten des Stickstoffmonoxids (NO) verschiebt und etwa 1 : 1 beträgt, wodurch bei niedrigeren Temperaturen ein höherer Grad der Umsetzung der Stickoxide und bereits bei Tempera- turen von etwa 200°C eine vollständige Umsetzung erzielt werden kann. Insgesamt kann dadurch eine deutliche Abnahme der Stickoxid-Emissionen verzeichnet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird als Reduktionsmittel ein Harnstoff-Wasser-Gemisch in das Abgas zudosiert, da sich die sogenannte AdBlue- Technik bei Kraftfahrzeugen mittlerweile durchgesetzt hat. Um einen Ammoniakschlupf zu vermeiden, das heißt einen Austritt von Ammoniak (NH3) in die Umgebung, der wegen des stechenden Geruchs, der Giftigkeit und der ätzenden Wirkung von Ammoniak (NH3) Geruchs- und Gesundheits-Beeinträchtigungen zur Folge haben kann, konnte das Hamstoff-Wasser-Gemisch bei bekannten Abgasnachbehandlungseinrichtungen bzw. Verfahren erst bei Abgastemperaturen im SCR-Katalysator von mehr als 250 bis 300°C zugesetzt werden, während bei erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtungen bzw. Verfahren die Zudosierung des Harnstoff-Wasser-Gemischs infolge des günstigeren Mischungsverhältnisses von Stickstoffdioxid (NO2) zu Stickstoffmonoxid (NO) im Abgas bereits bei erheblich niedrigeren Temperaturen von etwa 2000C möglich ist.
Bevorzugt ist die Dosiereinrichtung ausgebildet, um das in einem Vorratsbehälter enthaltene, als Reduktionsmittel dienende flüssige Harnstoff-Wasser-Gemisch in das Abgas einzuspritzen oder einzudüsen, um eine gleichmäßiger Verteilung im Abgasstrom sicherzustellen. Das Wasser des Harnstoff-Wasser-Gemischs verdunstet durch die hohen Abgastemperaturen bereits vor dem Erreichen des SCR-Katalysators, während der Harnstoff (NH2J2CO nach der Verdunstung des Wassers sowohl im Abgasstrang und im SCR- Katalysator durch eine Hydrolysereaktion in Ammoniak (NH3) und Wasser (H2O) umgesetzt wird, von denen dann das erstere zur Reduktion der Stickoxide (NOx) dient.
Um den Platzbedarf und die Kosten der Abgasnachbehandlung zu verringern, wird das Abgas vorteilhaft unmittelbar nach dem Hindurchtritt durch den SCR-Katalysator gefiltert, bevorzugt beim Hindurchtritt durch einen Partikelfilter, der zweckmäßig in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem SCR-Katalysator angeordnet ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Zudosierung oder Zufuhr des Reduktionsmittels in Abhängigkeit von einer Abgastemperatur hinter dem Oxidationskatalysator und/oder vor dem SCR-Katalysator sowie in Abhängigkeit vom NOx-Gehalt der Abgase hinter dem Partikelfilter gesteuert wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung in einem Abgasstrang eines Dieselmotors;
Fig. 2a und 2b: Darstellungen des Grades der Stickoxid-Umsetzung in einem SCR- Katalysator der Abgasnachbehandlungseinrichtung in Abhängigkeit vom NO2-Anteil im Stickoxid (NOx) bei Temperaturen von 2000C bzw. 4500C.
Die in Fig. 1 dargestellte Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 dient zur Verringerung der Emission von Schadstoffen, insbesondere unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC), Stickoxiden (NOx) und Rußpartikeln im Abgas eines Dieselmotors 2 eines Kraftfahrzeugs.
Zur Beseitigung der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) umfasst die Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 einen unmittelbar hinter dem Dieselmotor 2 in einem Abgasstrang 3 des Dieselmotors 2 angeordneten, vom Abgas durchströmten Oxidationskataly- sator 4, in dem die im Abgas enthaltenen unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) mit Sauerstoff (O2) zu Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) oxidiert werden. Die bei der Verbrennung von Dieselkraftstoff in den Zylindern des Dieselmotors 2 sowie beim Hindurchtritt des Abgases durch den Oxidationskatalysator 4 entstehenden Stickoxide (NOx) werden mit Hilfe eines durch eine Dosiervorrichtung 5 in das Abgas zudosierten flüssigen Harnstoff-Wasser-Gemischs 6 reaktiv beseitigt, indem der Harnstoff (NH2J2CO aus dem Harnstoff-Wasser-Gemisch 6 nach dessen Zufuhr in den Abgasstrang 3 durch eine Hydrolysereaktion in Ammoniak (NH3) und Wasser (H2O) umgesetzt wird, von denen das erstere die im Abgas enthaltenen Stickoxide (NOx) im Inneren eines nachgeschalteten SCR-Katalysators 7 unter Bildung von molekularem Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) reduziert. Zur Beseitigung der Rußpartikel umfasst die Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 weiter einen Partikelfilter 8, in dem die im Abgas enthaltenen Rußpartikel abgeschieden und periodisch verbrannt werden.
Der Oxidationskatalysator 4 ist in Motornähe hinter einer Lambdasonde 9 zur Messung des Verbrennungsluftverhältnisses im Abgasstrang 3 angeordnet, um sicherzustellen, dass das in den Oxidationskatalysator 4 eintretende Abgas eine möglichst hohe Abgastemperatur besitzt.
Die Dosiervorrichtung 5 zur Zudosierung des Harnstoff-Wasser-Gemischs 6 wird mittels einer Förderpumpe 10 aus einem im Kraftfahrzeug mitgeführten, das Harnstoff-Wasser- Gemisch 6 enthaltenden Tank 11 gespeist. Dabei wird die Förderpumpe 10 im Betrieb des Dieselmotors 2 von einer Steuerung 12 des Kraftfahrzeugs oder des Dieselmotors 2 in Abhängigkeit von der Abgastemperatur und dem Stickoxidgehalt des Abgases gesteuert.
Zur Messung der Abgastemperatur dient ein hinter dem Oxidationskatalysator 4 im Abgasstrang 3 angeordneter erster Temperatursensor 13 und ein hinter der Dosiervorrichtung 5 und vor dem SCR-Katalysator 7 im Abgasstrang 3 angeordneter zweiter Temperatursensor 14, während die Messung des Gesamtstickoxidgehalts des Abgases mit Hilfe eines hinter dem Partikelfilter 8 und vor einem Auspuff 16 angeordneten NOx-Sensors 15 vorgenommen wird. Während die Abgastemperatur vor allem für den Beginn der Zu- dosierung des Harnstoff-Wasser-Gemischs 6 in den Abgasstrang 3 entscheidend ist, hängt die Menge des in das Abgas zudosierten Harnstoff-Wasser-Gemischs 6 hauptsächlich vom Stickoxidgehalt der aus dem SCR-Katalysator 7 austretenden Abgase ab.
Der SCR-Katalysator 7 und der Partikelfilter 8 weisen ein gemeinsames Gehäuse 17 auf, in dem der SCR-Katalysator 7 vor dem Partikelfilter 8 angeordnet ist, so dass er zuerst vom Abgas durchströmt wird.
Bei der Reduktion der aus Stickstoffdioxid (NO2) und Stickstoffmonoxid (NO) bestehenden Stickoxide (NOx) im SCR-Katalysator 7 finden die beiden folgenden Reaktionen statt:
4 NO + 4 NH3 + O2 o 4 N2 + 6 H2O (1) NO + NO2 + 2 NH3 o 2 N2 + 3 H2O (2)
Wie sich aus den Figuren Fig. 2a und 2b entnehmen lässt, hängt bei diesen Reaktionen der Grad der Umsetzung der Stickoxide (NOx) in molekularen Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) im SCR-Katalysator 7 einerseits von der Abgastemperatur und andererseits vom Mischungsverhältnis von Stickstoffdioxid (NO2) zu Stickstoffmonoxid (NO) bzw. vom prozentualen Anteil des Stickstoffdioxids (NO2) in den Stickoxiden (NOx) ab. Während die Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis bzw. vom Stickstoffdioxidanteil bei hohen Abgastemperaturen nur sehr gering ist, so dass bei jedem Anteil zwischen O und 70 % eine fast vollständige Umsetzung erzielt wird, wie am Beispiel der Abgastemperatur von 450°C in Fig. 2b dargestellt, ist der Grad der Umsetzung bei Temperaturen unterhalb von 250 bis 3000C sehr viel stärker vom Mischungsverhältnis bzw. vom Anteil des Stickstoffdioxids (NO2) in den Stickoxiden (NOx) abhängig. Wie Fig. 2a zeigt, wird bei einer Abgastempe- ratur von 2000C nur dann ein optimaler Umsetzungsgrad erreicht, wenn der Anteil des Stickstoffdioxids (NO2) in den Stickoxiden (NOx) 50 % beträgt, das heißt, bei einem Mischungsverhältnis von Stickstoffdioxid (NO2) zu Stickstoffmonoxid (NO) von 1 : 1 , während der Grad der Umsetzung beiderseits des optimalen Mischungsverhältnisses steil abnimmt. Das optimale Mischungsverhältnis von 1 : 1 wird dadurch erreicht, dass der Partikelfilter 8 in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem SCR-Katalysator 7 angeordnet ist, so dass es anders als bei bekannten Abgasnachbehandlungseinrichtungen mit einem dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Partikelfilter 8 nicht zu einer Absorption von Stickstoffdioxid (NO2) an den zur Verbrennung der Rußpartikel katalytisch beschichteten Oberflächen des Partikelfilters und damit zu einer Verschiebung des Mischungsverhältnisses zugunsten von Stickstoffmonoxid (NO) kommen kann.
Durch die Anordnung des Partikelfilters 8 hinter dem SCR-Katalysator 7 wird darüber hinaus vermieden, dass der Partikelfilter 8 nach einem Start des Dieselmotors 2 als Wärmesenke wirkt, die eine erwünschte schnellstmögliche Aufheizung des SCR- Katalysators verlangsamt und damit einer frühzeitigen Zudosierung des Harnstoff- Wasser-Gemischs 6 entgegen steht, da diese letztere zur Vermeidung von Ammoniakschlupf erst nach dem Erreichen einer bestimmten Mindesttemperatur vorgenommen werden kann, wenn im SCR-Katalysator 7 eine im Wesentlichen vollständige Umsetzung der Stickoxide (NOx) mit Ammoniak (NH3) gewährleistet ist. Diese Mindesttemperatur kann durch die Anordnung des Partikelfilters 8 hinter dem SCR-Katalysator 7 auf etwa 2000C abgesenkt werden, da gemäß Fig. 2a bei dieser Temperatur und bei dem zuvor genannten optimalen Mischungsverhältnis von Stickstoffdioxid (NO2) zu Stickstoffmonoxid (NO) im SCR-Katalysator 7 bereits eine im Wesentlichen vollständige Umsetzung der Stickoxide stattfindet.
BEZUGSZEICHENLISTE
Abgasnachbehandluπgseinrichtung
Dieselmotor
Abgasstrang
Oxidationskatalysator
Dosiervorrichtung
Harnstoff-Wasser-Gemisch
SCR-Katalysator
Partikelfilter
Lambdasonde
Förderpumpe
Tank für Harnstoff-Wasser-Gemisch
Steuerung
Temperatursensor
Temperatursensor
NOx-Sensor
Auspuff
Gehäuse

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasstrang, der einen Oxidationskatalysator, eine in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Oxidationskatalysator angeordnete Dosiereinrichtung zum Zudosieren eines Reduktionsmittels in das Abgas und einen in Strömungsrichtung des Abgases hinter der Dosiereinrichtung angeordneten SCR-Katalysator sowie einen Partikelfilter umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (8) in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem SCR-Katalysator (7) angeordnet ist.
2. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (5) zum Zudosieren eines flüssigen Reduktionsmittels dient.
3. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (5) zum Zudosieren eines flüssigen Harnstoff-Wasser- Gemischs (6) dient.
4. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (5) mit einem das Reduktionsmittel (6) enthaltenden Vorratsbehälter (11) verbunden ist.
5. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Fördereinrichtung (10) zur Zufuhr von Reduktionsmittel (6) zur Dosiereinrichtung (5).
6. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Steuereinrichtung (12) zur Steuerung der Fördereinrichtung (10) in Abhängigkeit von mindestens einer Temperatur und/oder einem Stickoxidgehalt der Abgase im Abgasstrang (3).
7. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Oxidationskatalysator (4) im Abgasstrang (3) angeordneten Temperatursensor (13).
8. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch einen in Strömungsrichtung des Abgases hinter der Dosiereinrichtung (5) und vor dem SCR-Katalysator (7) im Abgasstrang (3) angeordneten Temperatursensor (14).
9. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch einen in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Partikelfilter (8) im Abgasstrang (3) angeordneten NOx-Sensor (15).
10. Abgasnachbehandlungseinrichtung einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (8) und der SCR-Katalysator (7) ein gemeinsames Gehäuse (17) aufweisen.
11. Abgasnachbehandlungseinrichtung einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem SCR-Katalysator (7) kein Partikelfilter (8) im Abgasstrang (3) angeordnet ist.
12. Verfahren zur Nachbehandlung von Abgas aus einer Brennkraftmaschine, bei dem das Abgas gefiltert und nacheinander durch einen Oxidationskatalysator und einen SCR-Katalysator geleitet wird, und bei dem zwischen dem Oxidationskatalysator und dem SCR-Katalysator ein Reduktionsmittel in das Abgas zudosiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas nach dem Hindurchtritt durch den SCR-Katalysator (7) gefiltert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas unmittelbar nach dem Hindurchtritt durch den SCR-Katalysator (7) gefiltert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas vor dem Hindurchtritt durch den SCR-Katalysator (7) nicht gefiltert wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel (6) in das Abgas zudosiert wird, sobald die Abgastemperatur im SCR-Katalysator 2000C übersteigt.
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