WO2020108991A1 - Kompakt bauendes abgasnachbehandlungssystem - Google Patents

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WO2020108991A1
WO2020108991A1 PCT/EP2019/081127 EP2019081127W WO2020108991A1 WO 2020108991 A1 WO2020108991 A1 WO 2020108991A1 EP 2019081127 W EP2019081127 W EP 2019081127W WO 2020108991 A1 WO2020108991 A1 WO 2020108991A1
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aftertreatment system
compact
operating
structural unit
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Christoph Osemann
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a particularly compact and energetically advantageous exhaust gas aftertreatment system for cleaning the exhaust gas of an internal combustion engine with at least one particle filter, at least one device with a catalytic oxidation function, at least two
  • EP 3 068 989 B1 discloses an exhaust gas aftertreatment system for cleaning the exhaust gas of an internal combustion engine, wherein a particle filter, a
  • the device with a catalytic oxidation function or a particle filter with a catalytic oxidation function and at least one
  • Mixing chamber can be detachable together to form a structural unit
  • EP 3 068 989 B1 also discloses a method for purifying exhaust gas with the following method steps: generating an exhaust gas by means of an internal combustion engine which has between 2 g NOc / kWh and 12g NOc / kWh; further routing the exhaust gas from the internal combustion engine to one
  • Exhaust aftertreatment system This comprises a particle filter with a catalytic oxidation function and at least one mixing chamber.
  • a catalytic oxidation of pollutants and a separation of particles from the exhaust gas by means of the particle filter with a catalytic oxidation function, a first treated exhaust gas being produced. That includes itself Mixing of the first treated exhaust gas with an operating agent / auxiliary, in particular a reducing agent, such as a urea-water solution, in the at least one mixing chamber to form an exhaust gas / reducing agent mixture.
  • an operating agent / auxiliary in particular a reducing agent, such as a urea-water solution
  • WO 2009/024815 discloses an exhaust gas aftertreatment system, which comprises a particle filter with a catalytic oxidation function, and one
  • US 2011/219745 also discloses an exhaust gas aftertreatment system with an oxidation catalyst, a particle filter and a mixing chamber, which are also combined to form a structural unit.
  • Controlled exhaust gas aftertreatment systems modulate the metering of auxiliary / operating material in quantity, time, duration, metering interval, intensity, distribution and / or penetration into the exhaust gas flow as a function of parameters, which ultimately depend on the operating states of the internal combustion engine
  • a particularly compact and energetically advantageous exhaust gas aftertreatment system for cleaning the exhaust gas of an internal combustion engine which comprises a particle filter, at least one component with a catalytic SCR function and two dosing points for operating materials / auxiliaries for the reduction of nitrogen oxides.
  • particularly compact structural unit at least one component with a catalytic SCR function and one in
  • the compact structural unit or the at least one component with a catalytic SCR function and the at least one subsequent compact mixing unit form a cylindrical container or are arranged in such a cylindrical container.
  • This liquid can, for example, contain urea dissolved in water or also compounds which result from its hydrolysis and those which further lower the freezing point of the liquid.
  • the proposed exhaust gas aftertreatment system also includes one or more oxidation and / or NO x storage catalysts or NO x absorbers, the mode of operation of which differs from NO x storage catalysts in that, in contrast to NO x storage catalysts, NO x absorbers do not have a catalytic function for the oxidation of nitrogen monoxide (NO), in particular in order, for example, to oxidize and / or store components of the exhaust gas before entering the compact structural unit, comprising a component with an SCR function and a compact mixing unit.
  • NO nitrogen monoxide
  • Exhaust gas aftertreatment system possible because, due to its more compact design, it can be placed closer to the internal combustion engine and thus the smaller size and / or number of components results in both a lower heat capacity and less heat loss due to wall effects.
  • the at least one compact mixing unit integrated in the compact structural unit according to the invention also has structures which
  • Exhaust gas aftertreatment system in particular in the area of the mixing unit integrated in the at least one compact structural unit, has a significantly higher tolerance with regard to the potential formation of deposits of the operating / auxiliary material and its secondary products - compared to conventionally built exhaust gas aftertreatment systems. This enables the metering of operating / auxiliary material with the exhaust gas flow at already lower exhaust gas temperatures and thus also enables the metering of operating / auxiliary material after a short operating time
  • At least one mixing unit is designed to mix a supplied exhaust gas flow with an operating agent / auxiliary, in particular a reducing agent dosed at a dosing point, to form an exhaust gas / operating agent / auxiliary agent mixture at an exhaust gas temperature of less than 150 ° C. and deposits supplied with operating agents. / Auxiliary or its secondary substances should be avoided as far as possible under these conditions.
  • an alcohol is added to the operating agent / auxiliary mixture, dosing is possible even at lower temperatures.
  • the at least reduced tendency to form deposits is further favored by a good mixing of the operating / auxiliary material with the exhaust gas flow in the at least one compact mixing unit, so that
  • Liquid wall films of metered operating / auxiliary material inside and outside the mixing unit integrated in the structural unit also for a wide range of operating states of the internal combustion engine and the amount of operating / auxiliary material correspondingly metered for the extensive reduction of nitrogen oxides can be avoided. Furthermore, in comparison to conventional building exhaust gas aftertreatment systems, the at least one component integrated in the compact structural unit with SCR function is heated up more quickly. Rapid heating of the compact structural unit, comprising at least one component with a catalytic SCR function and at least one compact one
  • each of the at least two mixing units being a metering point for operation - / auxiliaries is assigned.
  • the component with a catalytically active SCR function is either a particle filter with a catalytic SCR function, for example formed from a ceramic honeycomb with mutually closed channels, or an SC R catalyst, formed from a ceramic or metallic honeycomb structure a variety of channels open on both sides.
  • a particle filter with a catalytic SCR function for example formed from a ceramic honeycomb with mutually closed channels, or an SC R catalyst, formed from a ceramic or metallic honeycomb structure a variety of channels open on both sides.
  • the exhaust gas aftertreatment system comprises at least one further S CR catalytic converter or particle filter with SCR function downstream of the compact structural unit.
  • a reducing agent oxidation catalyst is integrated in an S CR catalytic converter or particle filter with SCR function arranged last in the flow direction of the exhaust gas.
  • the compact exhaust gas aftertreatment system proposed according to the invention comprises at least one reducing agent oxidation catalyst, which oxidizes excess operating agent / auxiliary, in particular a reducing agent.
  • the Nhh portion at temperatures of the emitted can be achieved in further areas of the exhaust gas temperature
  • Exhaust gas flow is sensed or determined using other characteristic data and taken into account in the quantities of auxiliary / operating material dosed into the exhaust gas via the individual dosing points.
  • Exhaust gas aftertreatment system characterized in that the structural unit according to the invention comprises at least one release point, which allows maintenance or disassembly of the particle filter.
  • At least one compact mixing unit is provided with structures that cause an extension of the flow path of the exhaust gas through this mixing unit.
  • This mixing unit is designed such that a supplied exhaust gas flow can be mixed with an operating agent / auxiliary, in particular a reducing agent dosed at a metering point, to form an exhaust gas / operating agent / auxiliary mixture.
  • the structures are, for example, exhaust gas aftertreatment systems
  • the proposed invention relates to a method for
  • Quantities of pollutants are determined.
  • particles are separated from the exhaust gas on at least one particle filter, particle filter with an oxidation function, or particle filter with an SCR function.
  • Process step b) the catalytic oxidation of carbon monoxide
  • an operating agent / auxiliary for example fuel
  • an operating agent / auxiliary for example fuel
  • Exhaust gas treatment system can be switched on, off and controlled in such a way that the control parameters particle mass, number of particles, exhaust gas pressure,
  • Exhaust gas treatment system can be used, for example in the case of vehicles, determined based on upcoming route profiles, including their geodetic data, weather data, traffic situations and habits of the current driver. This is also possible in particular in vehicles which have an additional drive in addition to the internal combustion engine, for example an electric drive.
  • the solution proposed according to the invention can advantageously provide a compact exhaust gas aftertreatment system which is placed closer to the internal combustion engine and has a low heat capacity. There is also less heat loss due to compact or missing components for gas routing, such as exhaust pipe and exhaust gas funnel.
  • the compact, energetically advantageous exhaust gas aftertreatment system enables the at least one S CR catalytic converter to be heated up more quickly
  • at least one of the S CR catalysts used can also be designed as a particle filter with a catalytically active SCR function.
  • the operating / auxiliary material which is usually a reducing agent such as a urea-water solution.
  • only one reducing agent delivery or supply module is generally required.
  • the transport lines for the distribution of the operating / auxiliary material are shorter or their number is reduced.
  • control units and sensors for example level sensors and the like
  • the wiring effort between control units and sensors can be reduced.
  • the outlay with regard to the periphery is significantly less if, for example, only one operating / auxiliary dosing module can be used, which doses at two dosing points.
  • the exhaust gas back pressure is kept low due to compact or missing components for gas routing, for example exhaust gas feeds and exhaust gas funnels, between the at least one S CR catalytic converter or particle filter with SCR function and the at least one mixing unit.
  • the compact assembly according to the invention comprising at least one SCR catalytic converter or particle filter with SCR function and at least one mixing unit, is in a row one behind the other in a largely linear, cylindrical arrangement and consequently there is no flow reversal of the exhaust gas flow in the opposite direction .
  • the compact assembly according to the invention deliberately dispenses with such a flow reversal. This is how it works, because the exhaust gas back pressure increases the efficiency of a
  • Combustion engine negatively affected, their fuel consumption and the corresponding CC ⁇ emissions to keep low.
  • the unit results, for example, if the variant with two compact mixing units and at least one SCR catalytic converter in between is designed as a particularly compact structural unit, the advantage with regard to the optimized utilization of the installation space, which is regularly very limited in this position in the vehicle in particular.
  • a structural unit can be placed very close to the engine.
  • the largely linear compact unit succeeds directly at the exit of a
  • Mixing units support a function of the exhaust gas-carrying components, for example when the exhaust gas duct, which strongly deflects due to the severely limited engine compartment of a vehicle, supports the swirl of the compact ones
  • deflecting exhaust gas guides can be connected directly to the compact mixing unit or use parts of this compact mixing unit.
  • the compact structural unit according to the invention is then preferably designed as an oval cylinder, which is defined by having at least one characteristic length and two or more diameters, for example as a "trioval” and possibly oblique cylinder with parallel end faces.
  • Partial cones, such as shrink cones and multi-stage cylinders, represent special forms of such performances
  • Direct heat conduction within the compact structural unit according to the invention also contributes to low heat losses.
  • a locally occurring amount of heat is passed on to the at least one neighboring unit with lower heat conduction losses, for example the exothermic reactions taking place on the SCR catalytic converter heat up the at least one compact mixing unit directly adjacent to the SCR catalytic converter due to the oxidation and condensation of components of the exhaust gas stream.
  • the compact exhaust gas aftertreatment system in particular the structural unit according to the invention, is easier to integrate into the engine compartment of the vehicle due to its compactness in such a way that no undesirable cooling wind or spray water or any other influence, for example an weather-related influence, leads to undesirably high heat losses from the exhaust gas aftertreatment system close to the engine.
  • the design of the at least one compact mixing unit also enables favorable heat transfer from the exhaust gas flow to surfaces where liquid strikes, in order to form liquid wall films and the potential trend of deposits, despite the amount of liquid reducing agent metered in at the desired nitrogen oxide conversion rate, to be avoided in a wide range of possible operating states of the internal combustion engine, in particular after it has started and during its continued operation with a relatively cool exhaust gas flow.
  • the operation of the compact assembly according to the invention is also advantageous, for example in particular in the embodiment with two compact mixing units and an intermediate particle filter with a catalytically active SCR function, to form a particularly compact structural unit in the generally necessary periodic heating measures, since these measures require comparatively high exhaust gas temperatures and
  • the overall efficiency of an exhaust gas aftertreatment system averaged over the respective operating time, essentially determines its efficiency at low exhaust gas temperatures and is influenced in particular by the generally cold start phase of the internal combustion engine, the rapid heating up of the compact structural unit enables the compact exhaust gas aftertreatment system to be operated at an early stage Efficiency with low heat input, corresponding to a short operating time after starting the internal combustion engine. This reduces the need for that
  • the energetically advantageous position of the compact unit close to the motor can change under certain operating conditions of the
  • the auxiliary / operating materials added to the exhaust gas are oxidized to a high degree by the oxygen in the exhaust gas and consequently these can only be used to a limited extent to reduce nitrogen oxides.
  • the operation of the Compact assembly according to the invention for example, also in combination with at least one further metering point for auxiliary / operating materials, if this is selected further downstream at a deliberately colder position in the exhaust tract. At these further metering points, part or, at times, the entire desired amount of auxiliary / operating material can be added to the exhaust gas.
  • FIG. 1 shows an exhaust gas aftertreatment system with double metering for an operating agent / auxiliary
  • Figure 5 shows the representation of a mixing unit in a perspective view
  • FIG. 6 shows the top view of a mixing unit as shown in FIG.
  • FIG. 7 embodiment variant of the exhaust gas aftertreatment system with in
  • FIG. 1 shows a compact exhaust gas aftertreatment system 48 for motor vehicles with an internal combustion engine and two metering points for metering operating / auxiliary material.
  • FIG. 1 shows an intake tract 10 which comprises an air filter 12 and an air mass sensor 14. Furthermore, there is a compressor part 18 and a charging device 16 of a turbocharger in the intake tract 10.
  • the charging device 16 has a turbine part 20, which forms part of an exhaust tract 26.
  • a charge air cooler 22 is connected downstream of the compressor part 18 of the charging device 16 in the flow direction, via which air is fed to an internal combustion engine 24.
  • An exhaust tract 26 has, in addition to the already mentioned turbine part 20 of the charging device 16, a bypass valve 28 for the turbine part 20. Downstream of the bypass valve 28 for the turbine part 20 there is a first metering point 30 for an operating agent / auxiliary, in particular a reducing agent, such as a urea-water solution, for treating the exhaust gas.
  • the first dosing point 30 is located on a first mixing unit 32. Downstream of the first mixing unit 32, there follows a structural unit 42 comprising an S CR catalytic converter 34 and a subsequent second mixing unit 38, which has a second dosing point 36 for the operating agent / auxiliary, in particular a Reducing agent, such as a urea-water solution is assigned. A further SCR catalytic converter 40 is provided downstream of the second mixing unit 38.
  • a particle filter 54 with a catalytically active SCR function (SPF) can be installed in the exhaust tract 26 of the internal combustion engine 24.
  • SPF catalytically active SCR function
  • FIGS. 2.1-2.4 show exemplary embodiments of an exhaust gas aftertreatment system 48 arranged in the exhaust tract 26.
  • detachable devices 56 are provided for the maintenance and removal of components of the compact structural unit 42, in particular for the maintenance or removal of components, in particular the particle filter 54.
  • Figure 2.1 shows an embodiment of the exhaust gas aftertreatment system 48 with an oxidation catalyst 50, or NO x storage catalyst 52 in the flow direction of the exhaust gas followed by a compact structural unit 42.
  • a second mixing unit 38 is assigned a second metering point 36 for operating / auxiliary material.
  • FIG. 2.2 shows an embodiment variant of the exhaust gas aftertreatment system 48 with an oxidation catalytic converter 50 or NO x storage catalytic converter 52 in
  • Flow direction of the exhaust gas followed by a compact structural unit 42 comprising an SCR catalyst 58 upstream of a particle filter with SCR function 54 and a second mixing unit 38, which is assigned a second metering point 36 for operating / auxiliary material.
  • FIG. 2.3 shows an embodiment variant of the exhaust gas aftertreatment system 48 with an oxidation catalytic converter 50 or NO x storage catalytic converter 52 in the flow direction of the exhaust gas, followed by a compact structural unit 42 comprising particle filters with an SCR function in front of an SCR catalytic converter 54 and a second mixing unit 38, which is assigned a second metering point 36 for operating / auxiliary material.
  • FIG. 2.4 shows an embodiment variant of the exhaust gas aftertreatment system 48 with an oxidation catalytic converter 50 or NO x storage catalytic converter 52 in
  • a compact structural unit 42 comprising an SCR catalytic converter 58 in front of a particle filter with SCR function 54.
  • This is arranged in front of a further SCR catalytic converter 60 with a second mixing unit 38, which has a second metering point 36 for operating / auxiliary material assigned.
  • Another SCR catalytic converter 40 connects directly to this structural unit.
  • Mode of operation differs from a NOx storage catalytic converter 52 in that it has no catalytic function for the oxidation of nitrogen monoxide (NO) in the flow direction of the exhaust gas, followed by variants 66 of the compact structural unit 42 comprising a particle filter with SCR function 54 between two mixing units 32, 38, each of which is assigned a metering point for operating / auxiliary material 30, 36.
  • Oxidation catalysts 50 and NO x storage catalysts 52, or NOx absorbers 90 are expressly not part of the linearly arranged structural unit 42 according to the invention and its variants 66 with two
  • the catalysts 50, 52, or NO x absorbers 90 which are arranged upstream of the structural unit 42 and their variants 66, can, however, connect directly to the structural unit 42, 66 in variants without longer feeds 62.
  • Exhaust gas aftertreatment system 48 used SCR catalysts and particle filters with SCR function a high ISh selectivity in the conversion of nitrogen oxides with the reducing agent to elemental nitrogen (N2). The same applies to the reducing agent oxidation catalysts 64 (ROX).
  • the reducing agent oxidation catalysts 64 used to construct the compact exhaust gas aftertreatment system 48 have an extremely high ISh selectivity, that is to say that when excess reducing agent is oxidized, the formation of nitrogen oxides, including laughing gas and others, is prevented climate-damaging gases on the reducing agent oxidation catalysts used to construct the compact exhaust gas aftertreatment system 48 are largely inhibited.
  • the person skilled in the art designates such a reducing agent oxidation catalyst 64 (ROX), provided that the operating agent / auxiliary ammonia, its chemical precursors, or their solutions are used as the ammonia oxidation catalyst (AMOX).
  • the variant 66 of the structural unit 42 comprises a first mixing unit 32, to which the first dosing point 30 for the operating / auxiliary material is assigned.
  • This is preferably a reducing agent, such as a urea-water solution.
  • the compact one is located downstream of the first mixing unit 32 Exhaust aftertreatment system 48, a particle filter 54 with a catalytically active SCR function (SPF). This is the second mixing unit 38 downstream
  • a feed 62 is located downstream of the second mixing unit 38
  • a reducing agent oxidation catalyst 64 can be integrated on the output side, which selectively oxidizes excess operating / auxiliary material in the form of the reducing agent.
  • this variant of the compact exhaust gas aftertreatment system initially comprises an oxidation catalytic converter 50 (OC), followed by the largely linear structural unit 42 in the flow direction of the exhaust gas, including the first
  • the two mixing units 32, 38 are each assigned a metering point 30, 36 for operating / auxiliary material.
  • these components of variant 66 of structural unit 42 can be separated from one another at at least one release point 56, so that the
  • Oxidation catalyst 50 (OC).
  • FIG. 3.2 shows a further embodiment variant of the compact exhaust aftertreatment system 48 proposed according to the invention.
  • the internal combustion engine 24 is either an oxidation catalytic converter 50 (OC) and / or a NO x storage catalytic converter 52 (NSC) ) downstream. If only an NO x storage catalytic converter 52 (NSC) is connected downstream of the internal combustion engine 24, this also has oxidation functions corresponding to an oxidation catalytic converter 54 (OC).
  • oxidation catalysts 50, NO x storage catalysts 52 and NO x absorbers (NA) 90 part of the structural unit 42.
  • This comprises the first mixing unit 32, the associated first metering point 30, an SCR catalyst 58 in front of the particle filter 54 with a catalytically active SCR function (SPF) and the second mixing unit 38 connected downstream thereof, which in turn is assigned the second metering point 36 for the operating / auxiliary material.
  • SPF catalytically active SCR function
  • Catalyst 40 and the reducing agent oxidation catalyst 64 (ROX) for the oxidation of excess operating / auxiliary material are reducing agent oxidation catalyst 64 (ROX) for the oxidation of excess operating / auxiliary material.
  • Exhaust gas aftertreatment system 48 according to the design variants in FIGS. 3.1 and 3.2 is to be noted that in variants 66 of structural unit 42 the individual components connect directly to one another, i.e. no longer additions exist. This means on the one hand a short structural length and on the other hand a faster possibility of heating up the components, which are combined with one another as structural unit 66, and those
  • the embodiment variant of the compact exhaust gas aftertreatment system 48 shown in FIG. 3.3 initially includes one
  • Oxidation catalytic converter 50 and, according to the present invention, in the flow direction of the exhaust gas subsequently the structural unit 66 comprising the first mixing unit 32 with the first metering point 30 and the second mixing unit 38 with the second metering point 36.
  • SPF catalytically active SCR function
  • Another SCR is located downstream of the particle filter 54 with the catalytically active SCR function (SPF)
  • the embodiment variant of the compact exhaust gas aftertreatment system 48 is constructed analogously to the embodiment variants shown in FIGS. 3.1 and 3.2.
  • the individual variants are also in the embodiment variant according to FIG. 3.3
  • Components 50, 32, 54, 60 and 38 are directly connected to one another at the release points 56, so that they can be easily dismantled and components 66 of the structural unit 42 are easily accessible.
  • variant 66 of the structural unit 42 starting with the first mixing unit 32 to which the first metering point 30 is assigned, comprises the particle filter 54 with catalytically active SCR function (SPF), the second mixing unit 38 with the latter assigned second metering point 36.
  • SPF catalytically active SCR function
  • Another SCR catalytic converter 40 is mounted on the outside directly on the structural unit 66, in which an optional reducing agent oxidation catalytic converter 64 (ROX) is integrated.
  • the feed 62 runs downstream of the reducing agent oxidation catalyst 64 (ROX)
  • FIGS. 3.1-3.4 show that the compact exhaust aftertreatment system 48 can contain different components with regard to the variants 66 of the structural unit 42.
  • the oxidation catalytic converter 50 and / or NO x storage catalytic converter 52 and / or NO absorber 90 can be connected upstream of the structural unit 66.
  • these components 50, 52 and 90 are never integrated into the structural unit 42, 66.
  • Internal combustion engine 24 arranged.
  • FIGS. 4.1-4.4 show design variants of the compact exhaust gas aftertreatment system 48, in which an S CR catalytic converter 34 is accommodated between the mixing units 32 and 38, respectively.
  • the exhaust tract 26, in which the compact exhaust aftertreatment system 48 is located extends downstream of the internal combustion engine 24. Immediately the
  • Internal combustion engine 24 are located downstream
  • Oxidation catalyst 50 OC
  • NSC NO x storage catalyst 52
  • Oxidation catalyst 50 (OC) or NO x storage catalyst 52 (NSC) include.
  • the variant 66 of the structural unit 42 includes the first
  • the individual components 32, 34 and 38 of the variants 66 of the structural unit 42 are connected to one another at loosening points 56, for example designed as flange connections, e.g. screwed together. At the release points 56, the individual
  • Components of the variants 66 of the structural unit 42 are separated from one another in order to carry out maintenance work inside the variants 66 of the structural unit 42.
  • Downstream of the second mixing unit 38 is the feed 62 to the particle filter 54 with a catalytically active SCR function (SPF), which in this exemplary embodiment is connected as a component of the variants 66 of the structural unit 42 which is separate via the feed 62.
  • SPF catalytically active SCR function
  • the particle filter 54 with a catalytically active SCR function can advantageously be one behind the second mixing unit 38 in this position Reducing oxidation catalyst 64 (ROX) included as an integrated component.
  • Reducing oxidation catalyst 64 (ROX) included as an integrated component is proposed here according to the invention. It is suitable for avoiding further installation space and heat losses by means of a separate reducing agent oxidation catalytic converter 64 (ROX) and thus representing an energetically further improved compact exhaust gas aftertreatment system 48. It is characterized by the elimination of the otherwise required separate ROX component and by its thermal conductivity between the two catalytic functions.
  • Figure 4.2 shows a variant of the compact design
  • variant 66 of structural unit 42 includes, in addition to first mixing unit 32 with first metering point 30 for the operating / auxiliary, SCR catalyst 34, second mixing unit 38 with second metering point 36 for operating / Auxiliary.
  • the components of the variants 66 of the structural unit 42 are directly connected to one another, in FIG. 4.2 at detachable locations 56.
  • SPPF catalytically active SCR function
  • Figure 4.3 shows a variant of the compact design
  • Exhaust aftertreatment system 48 in the downstream of the oxidation catalyst 50 (OC) and / or the NO x storage catalyst 52 (NSC), or
  • variant 66 of structural unit 42 includes first mixing unit 32 with assigned first metering point 30, SCR catalytic converter 34, and the second mixing unit 38, to which the second metering point 36 is assigned.
  • the exhaust gas treated in variant 66 of the structural unit 42 flows to the further catalyst 40, which also contains the reducing agent oxidation catalyst 64 (ROX) in this embodiment variant.
  • ROX reducing agent oxidation catalyst 64
  • FIG. 4.4 shows an embodiment variant of the structural unit 66 of the compact exhaust gas aftertreatment system 48, in which the particle filter with catalytic oxidation function 65 is not part of variant 66 of the structural unit 42, but is adjacent to it.
  • This embodiment is characterized in that the individual components 65, 32, 34, 38 are connected to one another at the loosening points 56, for example flange connections, with access to the components being provided by disassembly at the individual loosening points 56.
  • the feed 62 extends to the further SCR catalytic converter 40, or particle filter 54 with catalytically active SCR function (SPF), which in this embodiment variant also contains the reducing agent oxidation catalytic converter 64 (ROX) contains.
  • SCR catalytic converter 40 or particle filter 54 with catalytically active SCR function (SPF)
  • SPPF catalytically active SCR function
  • ROX reducing agent oxidation catalytic converter 64
  • FIG. 5 shows a perspective view of the second mixing unit 38.
  • the second mixing unit 38 is exhausted from the internal combustion engine 24 in
  • Main flow direction 68 flows.
  • structures 70 which impress the exhaust gas of the internal combustion engine 24 flowing in the main flow direction 68 through an extended path through the second mixing unit 38.
  • the structures 70 generate a spiral flow 72 along guide surfaces 70 which, like a thread of a screw, extend through the interior of the second mixing unit 38 and deflect the exhaust gas from a main flow direction 68 into the spiral flow 72.
  • Guide surfaces 70 can be implemented on the inner circumference of a shell 76.
  • Treated exhaust gas leaves the interior of the second mixing unit 38 at an outlet 78 as an exhaust gas flow / operating / auxiliary mixture.
  • FIG. 6 shows a top view of the first second mixing unit 38 shown in a perspective view in FIG. 5. 6 shows that the second mixing unit 38 has the first metering point 36.
  • the operating / auxiliary material preferably a reducing agent, such as a urea-water solution, is metered into the interior of the second mixing unit 38 at an injection nozzle 80.
  • the operating / auxiliary material preferably a reducing agent, is metered in a jet shape, the jets having an injection angle 82 at which they strike the inside of a circumference 86 of the second mixing unit 38. Areas of impact of the rays of the injected operating / auxiliary material are identified by reference numeral 84.
  • the structures 70 comprise the guide surfaces 74 shown in perspective in FIG. 5, which impress the spiral flow 72 through the interior of the second mixing unit 38. At the outlet 78 of the second mixing unit 38, a spiral flow 72 emerges as a mixture of exhaust gas and operating / auxiliary material.
  • FIG. 7 shows an embodiment variant of the exhaust gas aftertreatment system 48 with a total of three mixing units 32, 38, 102, to which three metering points 30, 32, 100 are assigned.
  • FIG. 7 shows the compact exhaust gas aftertreatment system 48, which treats the exhaust gases of the internal combustion engine 24.
  • Internal combustion engine 24 and a supercharger optionally include oxidation catalytic converter 50 or an NO x storage catalytic converter 52, or three-way catalytic converter 104.
  • a non-catalytic particle filter 98 (PF), or particle filter with a catalytic filter, is connected to the charging device
  • Oxidation function 65 on.
  • variant 66 of structural unit 42 is followed by first mixing unit 32, SCR catalytic converter 34 and / or particle filter 54 with a catalytically active SCR function (SPF) and second mixing unit 38.
  • First mixing unit 32 is the first Dosing point 30 assigned, while the second mixing unit 38 is assigned the second dosing point 36.
  • the mentioned components of variant 66 of the structural unit 42 are detachably connected to one another at loosening points 56.
  • the exhaust gas treated in the structural unit 66 flows through the feed 62 to a third mixing unit 102.
  • the third dosing point 100 is assigned to it.
  • a mixture of exhaust gas and Operating / auxiliary material which is supplied to an SCR catalyst 40, which may include a reducing agent oxidation catalyst 64 (AMOx).
  • AMOx reducing agent oxidation catalyst 64

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein kompakt bauendes Abgasnachbehandlungssystem (48) für eine Verbrennungskraftmaschine (24) mit zumindest einem Bauteil (34, 54) mit katalytischer SCR-Funktion, das zwischen zumindest zwei Mischeinheiten (32, 38), denen jeweils eine Dosierstelle (30, 36) für einen Betriebs-/Hilfsstoff zugeordnet ist, aufgenommen ist. Das zumindest eine Bauteil (34, 54) mit katalytischer SCR-Funktion und die zweite Mischeinheit (38) bilden eine bauliche Einheit (42).

Description

Kompakt bauendes Abgasnachbehandlungssystem
Die Erfindung bezieht sich auf ein besonders kompakt bauendes und energetisch vorteilhaftes Abgasnachbehandlungssystem zur Reinigung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Partikelfilter, mindestens einer Vorrichtung mit katalytischer Oxidationsfunktion, mindestens zwei
Dosierstellen für Betriebs-/Hilfsstoffe zur Reduktion von Stickstoffoxiden und zumindest einer kompakten baulichen Einheit gebildet aus zumindest einem Bauteil mit katalytischer SCR-Funktion und einer dieser in Strömungsrichtung der Abgase nachfolgenden kompakten Mischeinheit, der eine Dosierstelle für Betriebs-/Hilfsstoffe zugeordnet ist. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Behandlung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine unter Verwendung des besonders kompakt bauenden
Abgasnachbehandlungssystems.
Stand der Technik
EP 3 068 989 Bl offenbart ein Abgasnachbehandlungssystem zur Reinigung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, wobei ein Partikelfilter, eine
Vorrichtung mit katalytischer Oxidationsfunktion und mindestens eine
Mischkammer zu einer baulichen Einheit zusammengefasst sind. Der
Partikelfilter, die Vorrichtung mit katalytischer Oxidationsfunktion oder ein Partikelfilter mit katalytischer Oxidationsfunktion und mindestens eine
Mischkammer können lösbar miteinander zu einer baulichen Einheit
zusammengefasst sein. Die bauliche Einheit ist entweder in einem zylindrischen Behälter angeordnet oder bildet einen solchen. Aus EP 3 068 989 Bl geht ferner ein Verfahren zur Reinigung von Abgas mit nachfolgenden Verfahrensschritten hervor: Erzeugen eines Abgases mittels einer Verbrennungskraftmaschine, welches zwischen 2 g NOc/kWh und 12g NOc/kWh aufweist; ferner Leiten des Abgases aus der Verbrennungskraftmaschine zu einem
Abgasnachbehandlungssystem. Dieses umfasst einen Partikelfilter mit katalytischer Oxidationsfunktion und mindestens eine Mischkammer. Es erfolgt ein katalytisches Oxidieren von Schadstoffen und ein Abscheiden von Partikeln aus dem Abgas mittels des Partikelfilters mit katalytischer Oxidationsfunktion, wobei ein erstes behandeltes Abgas entsteht. Daran schließt sich ein Vermischen des ersten behandelten Abgases mit einem Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere einem Reduktionsmittel, wie beispielsweise eine Harnstoff-Wasser- Lösung, in der mindestens einen Mischkammer zu einem Abgas- /Reduktionsmittelgemisch an.
WO 2009/024815 offenbart ein Abgasnachbehandlungssystem, welches einen Partikelfilter mit katalytischer Oxidationsfunktion umfasst, sowie eine
Mischkammer, die beide zu einer baulichen Einheit zusammengefasst sind.
US 2011/219745 offenbart ebenfalls ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem Oxidationskatalysator, einem Partikelfilter und einer Mischkammer, die ebenfalls zu einer baulichen Einheit zusammengefasst sind.
Aus US 8015802 B2 und WO 2004 113690 Al sind kompakte
Abgasnachbehandlungssysteme bekannt, die auf ringförmigen Strukturen von Katalysatoren beruhen und zumindest eine Strömungsumkehrung des
Abgasstroms zwischen diesen Katalysatoren aufweisen.
Aus US 9,057,307 B2, US 8,151,558 B2, CN 101932803 B, WO 2009/099528 A3 sowie EP 2 597 297 A gehen Abgasnachbehandlungssysteme hervor, die ein oder mehrere SCR-Katalysatoren verwenden und zwei oder mehr Dosierstellen für ein Reduktionsmittel wie beispielsweise einer Harnstoff- Wasser- Lösung aufweisen.
Dem Fachmann sind Ablagerungen von der Abgasnachbehandlungsanlage zugesetztem Hilfs-/Betriebsstoff bekannt, beispielsweise bei Verwendung einer wässrigen Harnstofflösung. Derartige Ablagerungen erhöhen den
Abgasgegendruck des Abgasnachbehandlungssystems und verschlechtern damit den energetischen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine. Es resultiert ein Leistungsverlust und/oder bei einem unveränderten Leistungsabruf resultiert ein höherer Kraftstoffverbrauch und ein diesem entsprechender höherer C02-Ausstoß. Auch Beispiele höherer Stickstoffemissionen sind bekannt. Diese bedingen dann ihrerseits wiederum eine erhöhte Menge dosierten Hilfs- /Betriebsmittels, das seinerseits einen weiteren Anstieg der Ablagerungen begünstigen kann. Es wurde beschrieben, dass die Bildung derartiger Ablagerungen mit
intermediären Flüssigkeitswandfilmen nicht vollständig verdampften Hilfs- /Betriebsstoffes im Zusammenhang stehen.
Gesteuerte Abgasnachbehandlungsanlagen modulieren die Dosierung von Hilfs- /Betriebsstoff in Menge, Zeitpunkt, Dauer, Dosierintervall, Intensität, Verteilung und/oder Penetration in den Abgasstrom in Anhängigkeit von Parametern, die letztlich auf die Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine
zurückzuführen sind. Dies erfolgt auch, um den Aufbau von Ablagerungen aus dem Hilfs-/Betriebsstoff zu verringern oder zu vermeiden. Nachteilig ist dabei, dass unter zumindest einigen dieser Betriebszustände der
Verbrennungskraftmaschine eine verringerte katalytische Reduktion der von der Verbrennungskraftmaschine in das Abgasnachbehandlungssystem überführten Stickstoffoxide stattfindet, beispielsweise bei vergleichsweise energetisch günstigen, zuweilen ein vergleichsweise kaltes Abgas generierenden
Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine oder direkt nach dem Start der noch kalten Verbrennungskraftmaschine, wenn sich das
Abgasnachbehandlungsanlage bedingt durch deren Wärmekapazität erwärmt.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein besonders kompakt bauendes und energetisch vorteilhaftes Abgasnachbehandlungssystem zur Reinigung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, das einen Partikelfilter, mindestens ein Bauteil mit katalytischer SCR-Funktion und zwei Dosierstellen für Betriebs- /Hilfsstoffe zur Reduktion von Stickstoffoxiden umfasst, wobei in einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen, besonders kompakten baulichen Einheit zumindest ein Bauteil mit katalytischer SCR-Funktion und eine diesem in
Strömungsrichtung des Abgases direkt nachfolgende kompakte Mischeinheit, der eine Dosierstelle für Betriebs/Hilfsstoff zugeordnet ist, besonders kompakt und energetisch vorteilhaft zusammengefasst sind. Die kompakte bauliche Einheit oder das zumindest eine Bauteil mit katalytischer SCR-Funktion und die zumindest eine nachfolgende kompakte Mischeinheit bilden einen zylindrischen Behälter oder sind in einem solchen zylindrischen Behälter angeordnet. In dem kompakt bauenden und energetisch vorteilhaften
Abgasnachbehandlungssystem wird ein flüssiger Betriebs-/Hilfsstoff zur
Reduktion von Stickstoffoxiden mittels Dosierstellen, in den Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine dosiert. Diese Flüssigkeit kann beispielsweise in Wasser gelösten Harnstoff enthalten oder auch Verbindungen, die aus dessen Hydrolyse resultieren und solche, die den Gefrierpunkt der Flüssigkeit weiter erniedrigen.
Optional umfasst das vorgeschlagene Abgasnachbehandlungssystem zudem ein oder mehrere Oxidations- und/oder NOx-Speicherkatalysatoren oder NOx- Absorber, deren Wirkungsweise sich darin von NOx-Speicherkatalysatoren unterscheidet, dass NOx-Absorber, im Gegensatz zu NOx-Speicherkatalysatoren, nicht über eine katalytische Funktion zur Oxidation von Stickstoffmonoxid (NO) verfügen, insbesondere, um beispielsweise Bestandteile des Abgases vor dem Eintritt in die kompakte bauliche Einheit, umfassend ein Bauteil mit SCR-Funktion und eine kompakte Mischeinheit, zu oxidieren und/oder zu speichern.
Die Vorteile des erfindungsgemäß vorgeschlagenen kompakt bauenden
Abgasnachbehandlungssystems sind zum einen darin zu sehen, dass ein geringer Bauraum beansprucht wird, vor allem auf Grund der geringen Größe und/oder Anzahl von Bauteilen zur Gasführung und der daraus resultierenden geringen baulichen Länge. Dies ermöglicht eine energetisch begünstigte
Positionierung in der Nähe der Verbrennungskraftmaschine.
Des Weiteren ist ein schnelleres Aufheizen des kompakt bauenden
Abgasnachbehandlungssystems möglich, da dieses auf Grund seiner kompakteren Bauweise näher an der Verbrennungskraftmaschine platziert werden kann und somit durch die geringe Größe und/oder Anzahl von Bauteilen sowohl eine geringere Wärmekapazität als auch ein geringerer Wärmeverlust durch Wandeffekte resultiert.
Die zumindest eine in die erfindungsgemäße kompakte bauliche Einheit integrierte kompakte Mischeinheit weist zudem Strukturen auf, die den
Wärmeübergang vom Abgasstrom auf die Mischeinheit begünstigen und diese Wärme an Flächen überträgt, die zum Verdampfen von flüssigem Hilfs- /Betriebsstoff geeignet sind. Durch die kompakte Bauweise und dem damit einhergehenden vorteilhaften Wärmehaushalt des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Abgasnachbehandlungssystems besteht insbesondere im Bereich der in die zumindest eine kompakte bauliche Einheit integrierten Mischeinheit eine wesentlich höhere Toleranz gegenüber der potentiellen Bildung von Ablagerung des Betriebs-/Hilfsstoffs und dessen Folgeprodukten - im Vergleich zu herkömmlich bauenden Abgasnachbehandlungssystemen. Dies ermöglicht ein Dosieren von Betriebs-/Hilfsstoff mit dem Abgasstrom bei bereits geringeren Abgastemperaturen und ermöglicht damit auch das Dosieren von Betriebs- /Hilfsstoff bereits nach einer geringen Betriebszeit der
Verbrennungskraftmaschine nach deren Start. Zumindest eine Mischeinheit ist derart ausgebildet, einen zugeführten Abgasstrom mit einem Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere einem an einer Dosierstelle dosierten Reduktionsmittel, zu einem Abgas-/Betriebs-/Hilfsstoffgemisch bei einer Abgastemperatur von weniger als 150°C zu vermischen und Ablagerungen zugeführten Betriebs-/Hilfsstoffs oder dessen Folgestoffe bei diesen Bedingungen dauerhaft weitestgehend zu vermeiden. Bei Verwendung einer Harnstoff- Wasser- Lösung gelingt unter günstigen Bedingungen ein solches Dosieren zeitweilig bereits bei Temperaturen des emittierten Abgasstroms von weniger als 120°C und für geringere Mengen des Betriebs-/Hilfsstoffgemischs sogar unterhalb 110°C. Ist dem Betriebs- /Hilfsstoffgemisch ein Alkohol zugesetzt, so gelingt ein Dosieren bereits bei niedrigeren Temperaturen.
Weiter begünstigt wird die zumindest verringerte Tendenz zur Bildung von Ablagerungen durch eine gute Vermischung des Betriebs-/Hilfsstoffes mit dem Abgasstrom in der zumindest einen kompakten Mischeinheit, so dass
Flüssigkeitswandfilme von dosiertem Betriebs-/Hilfsstoffes innerhalb und außerhalb der in die bauliche Einheit integrierten Mischeinheit auch für ein großes Spektrum von Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine und der diesen zur weitgehenden Reduktion von Stickoxiden entsprechend dosierten Menge Betriebs-/Hilfsstoffes vermieden werden können. Des Weiteren wird im Vergleich zu herkömmlichen bauenden Abgasnachbehandlungssystemen das zumindest eine in die kompakte bauliche Einheit integrierte Bauteil mit SCR- Funktion schneller aufgeheizt. Schnelles Aufheizen der kompakt baulichen Einheit, umfassend zumindest ein Bauteil mit katalytischer SCR-Funktion und zumindest eine kompakte
Mischeinheit, der eine Dosierstelle für Betriebs-/Hilfsstoffe zugeordnet ist, ermöglicht deren Betrieb bei geringer Wärmezufuhr und ermöglicht daher eine effiziente katalytische Reduktion von Stickoxiden bei bereits geringem
Energieeintrag in das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem, beispielsweise einer kürzeren Betriebszeit nach dem Start der
Verbrennungskraftmaschine.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bildet eine erste in
Strömungsrichtung des Abgases der Verbrennungskraftmaschine vor dem zumindest einen Bauteil mit katalytischer SCR-Funktion angeordnete kompakte Mischeinheit und eine zweite, dem zumindest einen Bauteil mit katalytischer SCR-Funktion nachfolgende kompakte Mischeinheit eine erfindungsgemäße kompakte bauliche Einheit, wobei jeder der zumindest zwei Mischeinheiten eine Dosierstelle für Betriebs-/Hilfsstoffe zugeordnet ist.
In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist das Bauteil mit katalytisch aktiver SCR-Funktion entweder ein Partikelfilter mit katalytischer SCR-Funktion, beispielsweise gebildet aus einer keramischen Wabe mit wechselseitig verschlossenen Kanälen, oder ein SC R- Katalysator, gebildet aus einer keramischen oder metallischen Wabenstruktur mit einer Vielzahl beidseitig offener Kanäle. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die erfindungsgemäße bauliche Einheit mit beiden vorgenannten Bauteilen, jeweils umfassend eine katalytisch aktive SCR-Funktion, sowie mit weiteren SCR-Katalysatoren auszuführen.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung weiter folgend umfasst das Abgasnachbehandlungssystem stromab der kompakten baulichen Einheit zumindest einen weiteren S CR- Katalysator oder Partikelfilter mit SCR-Funktion.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist in einem in Strömungsrichtung des Abgases zuletzt angeordneten S CR- Katalysator oder Partikelfilter mit SCR- Funktion ein Reduktionsmittel-Oxidationskatalysator integriert. In der Weiterbildung umfasst das erfindungsgemäß vorgeschlagene kompakte Abgasnachbehandlungssystem zumindest einen Reduktionsmittel- Oxidationskatalysator, der überschüssigen Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere ein Reduktionsmittel oxidiert.
Insbesondere in dieser Weiterbildung des erfindungsgemäß kompakten und energetisch vorteilhaften Abgasnachbehandlungssystems unter Verwendung eines Reduktionsmittel-Oxidationskatalysators gelingt es, in weiteren Bereichen der Abgastemperatur den Nhh-Anteil bei Temperaturen des emittierten
Abgasstroms von mehr als 180°C, vorteilhafterweise bereits von mehr als 150°C, auf nur wenige ppm (parts per million) zu begrenzen, beispielsweise auf weniger als 20 ppm, bevorzugt auf weniger als 10 ppm und unter zumindest günstigen Betriebsbedingungen des Abgasnachbehandlungssystems auf einen mit vertretbarem technischen Aufwand in einem Fahrzeug nicht mehr messbaren Wert.
In einer vorteilhaften Ausführung des weiter unten beschriebenen Prozesses zur Abgasnachbehandlung wird die Ammoniakkonzentration im emittierten
Abgasstrom sensorisch erfasst oder anhand anderer Kenndaten ermittelt und in die über die einzelnen Dosierstellen ins Abgas dosierten Mengen des Hilfs- /Betriebsstoffs berücksichtigt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird beispielsweise das
Reduktionsmittel Ammoniak an einem solchen Reduktionsmittel- Oxidationskatalysator mit einer hohen Selektivität zu Stickstoff oxidiert. Die Bildung von Stickstoffoxiden, zu denen auch Lachgas zu zählen ist, und anderer Nebenprodukte wird dabei in einer N2-selektiven Ammoniakoxidation
weitestgehend unterdrückt.
Darüber hinaus zeichnet sich das vorgeschlagene kompakt bauende
Abgasnachbehandlungssystem dadurch aus, dass die erfindungsgemäße bauliche Einheit zumindest eine Lösestelle umfasst, die eine Wartung oder Demontage des Partikelfilters erlaubt.
Im erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungssystem ist mindestens eine kompakte bauende Mischeinheit mit Strukturen versehen, die eine Verlängerung des Ström ungsweges des Abgases durch diese Mischeinheit bewirken. Diese Mischeinheit ist derart ausgebildet, dass ein zugeführter Abgasstrom mit einem Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere einem an einer Dosierstelle dosierten Reduktionsmittel zu einem Abgas-/Betriebs- /Hilfsstoffgemisch vermischt werden kann. Im kompakt bauenden
Abgasnachbehandlungssystem sind die Strukturen beispielsweise
Führungsflächen, die dem Abgasstrom eine spiralförmige Strömung durch mindestens eine Mischeinheit aufprägen, wodurch die Durchmischung vom Abgasstrom mit Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere des dosierten
Reduktionsmittels, erheblich verbessert wird.
Darüber hinaus betrifft die vorgeschlagene Erfindung ein Verfahren zur
Behandlung von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, bei dem zumindest nachfolgende Verfahrensschritte durchlaufen werden: a) Ermitteln des Leistungsbedarfs der Verbrennungskraftmaschine, b) Erzeugen eines Abgasstroms durch eine Verbrennungskraftmaschine, der Stickoxide aufweist,
c) Leiten dieses Abgasstromes zu einem kompakt bauenden
Abgasnachbehandlungssystem,
d) vor und/oder optional nach Eintritt des Abgasstroms in eine kompakte bauliche Einheit erfolgt zumindest zeitweise ein Dosieren einer zuvor berechneten, bereitgestellten und zugemessenen ersten Menge eines ersten Betriebs-/Hilfsstoffes an einer ersten Dosierstelle,
e) Vermischen des behandelten Abgases mit dem Betriebs-/Hilfsstoff in der ersten Mischeinheit zu einem Abgas-/Betriebs-/Hilfsstoffgemisch, f) Leiten des Gemisches zu einem ersten Bauteil mit SCR-Funktion innerhalb der kompakten baulichen Einheit,
g) zumindest zeitweises Dosieren einer zuvor berechneten, bereitgestellten und zugemessenen zweiten Menge eines Betriebs-/Hilfsstoffes an einer zweiten Dosierstelle innerhalb der kompakten baulichen Einheit, h) Vermischen des behandelten Abgases mit dem Betriebs-/Hilfsstoff in der Mischeinheit zu einem Abgas-/Betriebs-/Hilfsstoffgemisch,
i) Leiten des Gemisches gemäß dem vorgenannten Verfahrensschritt zu einem weiteren SCR-Katalysator und j) Oxidieren überschüssigen Betriebs-/Hilfsstoffes an einem Reduktionsmitel- Oxid atio ns kata lysato r ,
k) Ermiteln charakteristischer Parameter, aus denen die vom
Abgasnachbehandlungssystem an die Umwelt abgegebenen
Schadstoffmengen ermitelt werden.
Zudem erfolgt im Durchlauf des Verfahrens das Abscheiden von Partikeln aus dem Abgas an zumindest einem Partikelfilter, Partikelfilter mit Oxidationsfunktion, oder Partikelfilter mit SCR-Funktion. Insbesondere zur Behandlung von otomotorischen Abgasen kann zumindest ein Partikelfilter im
erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem eine katalytische
Dreiwegefunktion aufweisen. Der Fachmann nennt einen solchen Partikelfilter zuweilen„4- Wege- Katalysator“.
Des Weiteren erfolgt während des vorgeschlagenen Verfahrens ein teils mehrfaches Analysieren von chemischen Bestandteilen und/oder physikalischen Eigenschaften des Abgasgasstroms, zu denen, neben Sauerstoff, die Art und Menge der Stickstoffverbindungen gehört und aus denen auf die Masse und Anzahl von Schadstoffpartikeln im Abgasstrom geschlossen werden kann.
In Weiterführung des vorgeschlagenen Verfahrens, kann optional nach
Verfahrensschrit b) das katalytische Oxidieren von Kohlenstoffmonoxid,
Kohlenwasserstoffen, Ruß und Stickstoffmonoxid und/oder ein zeitweiliges Speichern von CO, NO, NO2 und/oder Kohlenwasserstoffen beispielsweise an einem Oxidations- und/oder Speicherkatalysator, oder Dreiwegekatalysator erfolgen.
In einer weiteren vorteilhaften Variante des Verfahrens wird dem Abgasstrom zeitweilig vor einem solchen Katalysator ein Betriebs-/Hilfsstoff, beispielsweise Kraftstoff zugesetzt, um diesen zu oxidieren, beispielsweise um durch die entstehende Verbrennungswärme die Temperatur des Abgasstroms zu erhöhen.
Schließlich kann mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren mitels mindestens einer Steuereinheit in Abhängigkeit von einer Auswahl ermitelter und ausgewerteter Parameter, die Verbrennungskraftmaschine, das
Abgasnachbehandlungssystem derart ein-, ausgeschaltet und gesteuert werden, dass die Steuerparameter Partikelmasse, Partikelanzahl, Abgasdruck,
Temperatur, Abgasmenge, Reduktionsmittelmenge, Abgaszusammensetzung, Abgaskonzentration, insbesondere Kohlenwasserstoffe, zu denen hier auch Alkohole, Aldehyde und Ketone zu zählen sind, Kohlenmonoxid, Stickstoffoxide, zu denen Lachgas zu zählen ist, Ruß- und andere Feinstaubpartikel sowie Reduktions- und/oder Oxidationspotenziale, zu denen der Lambda-Wert zu zählen ist, berücksichtigen. Dazu kann auch auf Vorhersagen zu bevorstehenden Anforderungen an die Verbrennungskraftmaschine und an das
Abgasnachbehandlungssystem zurückgegriffen werden, beispielsweise im Fall von Fahrzeugen, ermittelt anhand von bevorstehenden Streckenprofilen, inklusive deren geodätischen Daten, Wetterdaten, Verkehrssituationen und Gewohnheiten des aktuellen Fahrzeugführers. Dies gelingt auch insbesondere bei Fahrzeugen, die neben der Verbrennungskraftmaschine über einen weiteren Antrieb verfügen, beispielsweise über einen elektrischen Antrieb.
Vorteile der Erfindung
Wie eingangs erwähnt, kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung in vorteilhafter Weise ein kompakt bauendes Abgasnachbehandlungssystem bereitgestellt werden, welches näher an der Verbrennungskraftmaschine platziert ist und eine geringe Wärmekapazität aufweist. Es ergibt sich des Weiteren ein geringerer Wärmeverlust auf Grund kompakter oder fehlender Bauteile zur Gasführung, beispielsweise Abgasrohrleitungen und Abgastrichter.
Das kompakt bauende und energetisch vorteilhafte
Abgasnachbehandlungssystem ermöglicht eine gute Vermischung eines
Abgasstromes mit einem Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere einem
Reduktionsmittel bei bereits niedrigen Abgastemperaturen. Es lässt sich eine gute Vermischung auf geringem Raum bereits nach einer kurzen Betriebszeit der Verbrennungskraftmaschine erzielen. Darüber hinaus ermöglicht das kompakt bauende, energetisch vorteilhafte Abgasnachbehandlungssystem ein schnelleres Aufheizen des mindestens einen S CR- Katalysators auf dessen
Betriebstemperatur, da dieser ebenfalls nah der Verbrennungskraftmaschine platziert werden kann. Des Weiteren wird der Wärmeverlust auf Grund kompakter oder fehlender Bauteile zur Gasführung, beispielsweise
Abgaszuführungen und Abgastrichter zwischen dem mindestens einen SCR- Katalysator und der mindestens einen Mischeinheit, verringert. Anstelle eines SCR-Katalysators kann zumindest einer der eingesetzten S CR- Katalysatoren auch als Partikelfilter mit katalytisch aktiver SCR-Funktion ausgebildet sein. Bei der Ausbildung mindestens zweier Mischeinheiten und einer jeweils dieser zugeordneten Dosierstelle ergeben sich Vorteile hinsichtlich eines schnelleren Aufheizens und geringer Wärmeverluste für beide Positionen. Des Weiteren ist regelmäßig lediglich ein Tank zur Aufnahme des Betriebs-/Hilfsstoffes erforderlich, bei dem es sich in der Regel um ein Reduktionsmittel wie beispielsweise eine Harnstoff- Wasser- Lösung handelt. Dadurch ist in der Regel nur ein Reduktionsmittelförder- bzw. Versorgungsmodul erforderlich. Die Transportleitungen zur Verteilung des Betriebs-/ Hilfsstoffes sind kürzer bzw. hinsichtlich ihrer Anzahl reduziert. Des Weiteren kann der Verkabelungsaufwand zwischen Steuereinheiten und Sensoren beispielsweise Füllstandsensoren und dergleichen verringert werden. Des Weiteren ist der Aufwand hinsichtlich der Peripherie wesentlich geringer, wenn beispielsweise lediglich ein Betriebs- /Hilfsstoffdosiermodul eingesetzt werden kann, welches an zwei Dosierstellen dosiert.
Des Weiteren wird der Abgasgegendruck aufgrund kompakter oder fehlender Bauteile zur Gasführung, beispielsweise Abgaszuführungen und Abgastrichter zwischen dem mindestens einen S CR- Katalysator oder Partikelfilter mit SCR Funktion und der mindestens einen Mischeinheit geringgehalten. Dies gelingt auch, da die erfindungsgemäße kompakte Baueinheit, umfassend mindestens einen SCR- Katalysator oder Partikelfilter mit SCR Funktion und mindestens eine Mischeinheit, in einer Reihe hintereinander in einer weitgehend linearen, zylindrischen Anordnung sind und dort folglich keine Strömungsumkehrung des Abgasstroms in die entgegengesetzte Richtung erfolgt. Die erfindungsgemäße kompakte Baueinheit verzichtet bewusst auf eine solche Strömungsumkehrung. So gelingt es, da der Abgasgegendruck den Wirkungsgrad einer
Verbrennungskraftmaschine negativ beeinflusst, deren Kraftstoffverbrauch und den entsprechenden CC^-Ausstoß geringzuhalten.
Durch die erfindungsgemäß weitgehend lineare, zylindrische kompakte
Baueinheit ergibt sich beispielsweise dann, wenn diese in der Variante mit zwei kompakten Mischeinheiten und zumindest einem dazwischenliegenden SCR- Katalysator als besonders kompakte bauliche Einheit ausgeführt ist, der Vorteil hinsichtlich der optimierten Ausnutzung des insbesondere an dieser Position im Fahrzeug regelmäßig stark begrenzten Bauraums. Eine solche bauliche Einheit kann sehr nah am Motor platziert werden. So gelingt es beispielsweise, die weitgehend lineare kompakte Baueinheit direkt an den Ausgang eines
Abgasturboladers zu montieren und im günstigen Fall dessen Abgasdrall aufzunehmen und zu verstärken oder diesem entgegenzuwirken. Derart kompakte Montagen der kompakten baulichen Einheit gelingen beispielsweise auch dann besonders vorteilhaft, wenn zumindest eine der kompakten
Mischeinheiten eine Funktion der abgasführenden Bauteile unterstützt, beispielsweise, wenn die aufgrund des stark begrenzten Motorraums eines Fahrzeugs stark umlenkende Abgasführung den Drall der kompakten
Mischeinheit aufnimmt und dadurch ein geringerer Gegendruck resultiert. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante können umlenkende Abgasführungen direkt mit der kompakten Mischeinheit verbunden sein oder Teile dieser kompakten Mischeinheit verwenden.
Unterstützt wird dies, wenn die in der kompakten Baueinheit verwendeten Bauteile mit katalytisch aktiver SCR-Funktion in Form und Dimension dem motornahen Bauraumangebot angepasst sind. Die erfindungsgemäße kompakte bauliche Einheit ist dann vorzugsweise als ovaler Zylinder ausgeführt, der durch mit zumindest einer charakteristischen Länge und zwei oder mehr Durchmessern definiert ist, beispielsweise als ein ,triovaler‘ und ggfs, schiefer Zylinder mit parallelen Stirnflächen. Teilkegel, beispielsweise Schrumpfkegel und mehrstufige Zylinder stellen dabei Sonderformen solcher Aufführungen der
erfindungsgemäßen baulichen Einheit dar.
Zu geringen Wärmeverlusten trägt auch die direkte Wärmeleitung innerhalb der erfindungsgemäßen kompakten Baueinheit bei. Eine dort lokal auftretende Wärmemenge wird mit geringeren Wärmeleitungsverlusten an die zumindest eine benachbarte Einheit weitergegeben, beispielsweise erwärmen die am SCR- Katalysator stattfindenden exothermen Reaktionen infolge der Oxidation und Kondensation von Bestandteilen des Abgasstroms die zumindest eine direkt an den SCR-Katalysator angrenzende kompakte Mischeinheit.
Neben den geringen Wärmeverlusten und der geringen Wärmekapazität der kompakten baulichen Einheit trägt auch die warme Umgebung in der Nähe der Verbrennungskraftmaschine im Motorraum eines Fahrzeugs positiv zum
Wärmehaushalt der erfindungsgemäßen kompakten
Abgasnachbehandlungsanlage bei. In den Motorraum des Fahrzeugs ist das kompakte Abgasnachbehandlungssystem, insbesondere die erfindungsgemäße bauliche Einheit aufgrund deren Kompaktheit einfacher derart zu integrieren, dass kein unerwünscht kühlender Fahrtwind oder Spritzwasser oder anderer Einfluss, beispielsweise ein witterungsbedingter Einfluss, zu unerwünscht hohen Wärmeverlusten aus dem motornahen Abgasnachbehandlungssystem führt.
Die Bauweise der zumindest einen kompakten Mischeinheit ermöglicht zudem einen günstigen Wärmeübergang vom Abgasstrom auf Flächen, auf denen Flüssigkeit auftrifft, um die Bildung flüssiger Wandfilme und den damit potentiellen Trend der Bildung von Ablagerungen, trotz der zur gewünschten Umsatzrate von Stickoxiden dosierten Menge an flüssigem Reduktionsmittel, in weiten Bereichen möglicher Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine zu vermeiden, insbesondere nach deren Start und bei deren anhaltendem Betrieb mit relativ kühlem Abgasstrom.
Unterstützt wird das zuvor beschriebene möglichst schnelle und rückstandsfreie Verdampfen von flüssigem Hilfs-/Betriebsstoff in der zumindest einen in die erfindungsgemäße kompakte, bauliche Einheit integrierten kompakten
Mischeinheit in einer Variante, bei der zudem eine zumindest zeitweise elektrische Beheizung der zumindest zeitweise mit Flüssigkeit in Kontakt stehenden Flächen erfolgt. Dies gelingt insbesondere dann, wenn eine bedarfsgerecht hohe elektrische Leistung zur Erwärmung dieser Flächen aus einer Spannung von mehr 10 Volt, insbesondere mehr als 20 Volt, insbesondere mehr als 40 Volt, beispielsweise 48 Volt bereitgestellt wird, beispielsweise aus der elektrischen Spannung von Fahrzeugen, die neben der
Verbrennungskraftmaschine über einen weiteren Antrieb verfügen,
beispielsweise über einen elektrischen Antrieb und beispielsweise aus einem Akkumulator und/oder einer Brennstoffzelle gespeist werden.
Vorteilhaft gestaltet sich zudem der Betrieb der erfindungsgemäßen kompakten Baueinheit beispielsweise insbesondere in der Ausführung mit zwei kompakten Mischeinheiten und einem dazwischenliegenden Partikelfilter mit katalytisch aktiver SCR-Funktion zu einer besonders kompakten baulichen Einheit bei den in der Regel notwendigen periodisch erfolgenden Heizmaßnahmen, da diese Maßnahmen vergleichsweise hohe Abgastemperaturen erfordern und
demzufolge potentiell hohe Wärmeverluste mit sich bringen, beispielsweise beim periodisch wiederkehrenden Anheben der Abgastemperatur zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems während dessen Betriebs (OBD), oder bei der periodisch wiederkehrenden Entfernung von Rückständen, die beispielsweise aus Hilfs-/Betriebsstoffen und deren
Folgeprodukten herrühren, beispielsweise schwerflüchtige Kohlenwasserstoffe, Schwefelverbindungen, Ruß und Harnstein. Dies trägt dazu bei, den
gesamtsystemischen Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs bzw. entsprechender Äquivalente und den entsprechenden CC^-Ausstoß geringzuhalten.
Da der über die jeweilige Betriebszeit gemittelte Gesamtwirkungsgrad einer Abgasnachbehandlungsanlage in der Regel wesentlich seinen Wirkungsgrad bei niedrigen Abgastemperaturen bestimmt und insbesondere von der in der Regel kalten Startphase der Verbrennungskraftmaschine beeinflusst wird, ermöglicht das schnelle Aufheizen der kompakt baulichen Einheit einen frühen Betrieb der kompakten Abgasnachbehandlungsanlage mit hohem Wirkungsgrad bei geringer Wärmezufuhr, entsprechend einer kurzen Betriebszeit nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine. Dies verringert die Notwendigkeit, die
Abgasnachbehandlungsanlage nach deren Start zur Erreichung eines
notwendigen Katalysatorwirkungsgrads durch das Verbrennen zusätzlicher Kraftstoffmengen, die zumindest teilweise gar nicht der Krafterzeugung dienen, oder durch elektrische Widerstandsheizungen zu erwärmen und trägt damit dazu bei, die Intensität und Dauer solcher Maßnahmen deutlich zu reduzieren. So gelingt es, den gesamtsystemischen Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs bzw. entsprechender Äquivalente und den entsprechenden CC^-Ausstoß
geringzuhalten.
Zweitweise nachteilig kann sich die energetisch vorteilhafte motornahe Position der kompakten Baueinheit unter bestimmten Betriebszuständen der
Verbrennungskraftmaschine auswirken, wenn bei den dann eventuell
vorherrschenden extrem hohen Abgastemperaturen dem Abgas zugesetzte Hilfs- /Betriebsstoffe von dem im Abgas befindlichen Sauerstoff in hohem Maß oxidiert werden und diese folglich nur eingeschränkt zur Reduktion von Stickstoffoxiden dienen können. Vorteilhaft gestaltet sich daher der Betrieb der erfindungsgemäßen kompakten Baueinheit beispielsweise auch in Kombination mit zumindest einer weiteren Dosierstelle für Hilfs-/Betriebsstoffe, wenn diese weiter stromab an einer bewusst kälteren Position im Abgastrakt gewählt wird. An diesen weiteren Dosierstellen kann ein Teil, oder zeitweilig auch die gesamte gewünschte Menge des Hilfs-/Betriebsstoffs dem Abgas zugesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 ein Abgasnachbehandlungssystem mit Doppeldosierung für einen Betriebs-/Hilfsstoff,
Figur 2.1 - 2.4 Ausführungsbeispiele eines im Abgastrakt angeordneten
Abgasnachbehandlungssystems,
Figur 3.1 - 3.4 Ausführungsvarianten einer baulichen Einheit, mit einem
zwischen den Mischeinheiten angeordneten Bauteil mit katalytisch aktiver SCR-Funktion,
Figur 4.1 - 4.4 Ausführungsvarianten der baulichen Einheit des
erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Abgasnachbehandlungssystems, wobei zwischen den beiden Mischeinheiten ein SCR-Katalysator aufgenommen ist,
Figur 5 die Darstellung einer Mischeinheit in perspektivischer Ansicht
Figur 6 die Draufsicht auf eine Mischeinheit gemäß der Darstellung in
Figur 5
und
Figur 7 Ausführungsvariante des Abgasnachbehandlungssystems mit in
Summe drei Mischeinheiten.
Au sführungs Varianten der Erfindung Figur 1 zeigt ein kompakt bauendes Abgasnachbehandlungssystem 48 für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungskraftmaschine und zwei Dosierstellen für das Dosieren von Betriebs-/Hilfsstoff.
Aus Figur 1 geht ein Ansaugtrakt 10 hervor, der einen Luftfilter 12 und einen Luftmassensensor 14 umfasst. Des Weiteren befinden sich im Ansaugtrakt 10 ein Verdichterteil 18 und eine Aufladeeinrichtung 16 eines Turboladers. Darüber hinaus weist die Aufladeeinrichtung 16 einen Turbinenteil 20 auf, der einen Teil eines Abgastraktes 26 darstellt. Dem Verdichterteil 18 der Aufladeeinrichtung 16 ist in Strömungsrichtung ein Ladeluftkühler 22 nachgeschaltet, über den einer Verbrennungskraftmaschine 24 Luft zugeleitet wird. Ein Abgastrakt 26 weist neben dem bereits erwähnten Turbinenteil 20 der Aufladeeinrichtung 16 ein Bypass- Ventil 28 für den Turbinenteil 20 auf. Stromab des Bypass- Ventiles 28 für den Turbinenteil 20 befindet sich eine erste Dosierstelle 30 für einen Betriebs- /Hilfsstoff, insbesondere ein Reduktionsmittel, wie beispielsweise eine Harnstoff- Wasser-Lösung, zur Behandlung des Abgases. Die erste Dosierstelle 30 befindet sich an einer ersten Mischeinheit 32. Stromab der ersten Mischeinheit 32 folgt eine bauliche Einheit 42 umfassend einen S CR- Katalysator 34 und eine nachfolgende zweite Mischeinheit 38, der eine zweite Dosierstelle 36 für den Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere ein Reduktionsmittel, wie beispielsweise eine Harnstoff- Wasser- Lösung zugeordnet ist. Stromab der zweiten Mischeinheit 38 ist ein weiterer SCR-Katalysator 40 vorgesehen. Anstelle eines der beiden SCR- Katalysatoren 34 und 40 kann ein Partikelfilter 54 mit katalytisch aktiver SCR- Funktion (SPF) im Abgastrakt 26 der Verbrennungskraftmaschine 24 verbaut sein.
Die Figuren 2.1 - 2.4 zeigen Ausführungsbeispiele eines im Abgastrakt 26 angeordneten Abgasnachbehandlungssystems 48. In diesen Varianten sind lösbare Vorrichtungen 56 zur Wartung und Entnahme von Bauteilen der kompakten baulichen Einheit 42, insbesondere zur Wartung, oder Entnahme von Bauteilen, insbesondere des Partikelfilters 54 vorgesehen.
Figur 2.1. zeigt eine Ausführungsvariante des Abgasnachbehandlungssystems 48 mit einem Oxidationskatalysator 50, oder NOx-Speicher- Katalysator 52 in Strömungsrichtung des Abgases gefolgt von einer kompakten baulichen Einheit 42. Einer zweiten Mischeinheit 38 ist eine zweite Dosierstelle 36 für Betriebs- /Hilfsstoff zugeordnet.
Figur 2.2 zeigt eine Ausführungsvariante des Abgasnachbehandlungssystems 48 mit einem Oxidationskatalysator 50, oder NOx-Speicher- Katalysator 52 in
Strömungsrichtung des Abgases, gefolgt von einer kompakten baulichen Einheit 42 umfassend einen SCR Katalysator 58 vor einem Partikelfilter mit SCR- Funktion 54 und eine zweite Mischeinheit 38, der eine zweite Dosierstelle 36 für Betriebs-/Hilfsstoff zugeordnet ist.
Figur 2.3 ist eine Ausführungsvariante des Abgasnachbehandlungssystems 48 zu entnehmen mit einem Oxidationskatalysator 50, oder NOx-Speicher- Katalysator 52 in Strömungsrichtung des Abgases, gefolgt von einer kompakten baulichen Einheit 42 umfassend Partikelfilter mit SCR-Funktion vor einem SCR Katalysator 54 und eine zweite Mischeinheit 38, der eine zweite Dosierstelle 36 für Betriebs-/Hilfsstoff zugeordnet ist.
Figur 2.4 zeigt eine Ausführungsvariante des Abgasnachbehandlungssystems 48 mit einem Oxidationskatalysator 50, oder NOx-Speicher- Katalysator 52 in
Strömungsrichtung des Abgases, gefolgt von einer kompakten baulichen Einheit 42 umfassend einen SCR Katalysator 58 vor einem Partikelfilter mit SCR- Funktion 54. Dieser ist vor einem weiteren SCR Katalysator 60 angeordnet mit einer zweiten Mischeinheit 38, der eine zweite Dosierstelle 36 für Betriebs- /Hilfsstoff zugeordnet ist. Besonderheit dieser Variante: Ein weiter SCR- Katalysator 40 schließt direkt an diese bauliche Einheit an.
Die Figuren 3.1-3.4 zeigen Ausführungsvarianten des
Abgasnachbehandlungssystems 48 mit optionalem Oxidationskatalysator 50, oder NOx-Speicher- Katalysator 52, oder NOx-Absorber (NA) 90, dessen
Wirkungsweise sich darin von einem NOx-Speicher- Katalysator 52 unterscheidet, dass er über keine katalytische Funktion zur Oxidation von Stickstoffmonoxid (NO) verfügt, in Strömungsrichtung des Abgases, gefolgt von Varianten 66 der kompakten baulichen Einheit 42 umfassend einen Partikelfilter mit SCR-Funktion 54 zwischen zwei Mischeinheiten 32, 38, denen jeweils eine Dosierstelle für Betriebs-/Hilfsstoff 30, 36 zugeordnet ist. Oxidationskatalysatoren 50 und NOx-Speicher- Katalysatoren 52, oder NOx- Absorber 90 sind ausdrücklich nicht Teil der erfindungsgemäßen linear angeordneten baulichen Einheit 42 und deren Varianten 66 mit zwei
Mischeinheiten 32, 38. Da diese Komponenten einen großen Bauraum erfordern, werden Sie gemäß den Erfordernissen und dem motornahen Raumangebot lediglich optional in Ausführungsvarianten des Abgasnachbehandlungssystems 48 außerhalb der baulichen Einheit 42 sowie deren Varianten 66 vorgesehen.
Die Katalysatoren 50, 52, oder NOx-Absorber 90, die vor der baulichen Einheit 42 sowie deren Varianten 66 angeordnet sind, können jedoch in Varianten direkt und ohne längere Zuführungen 62 an die bauliche Einheit 42, 66 anschließen. Gleiches gilt für den in der Regel in Strömungsrichtung der baulichen Einheit 42 sowie deren Varianten 66 nachfolgenden SCR-Katalysator 40.
Ausdrücklich besitzen die zum Aufbau des kompakten
Abgasnachbehandlungssystems 48 verwendeten SCR-Katalysatoren und Partikelfilter mit SCR-Funktion eine hohe ISh-Selektivität bei der Umsetzung von Stickoxiden mit dem Reduktionsmittel zu elementarem Stickstoff (N2). Gleiches gilt für die Reduktionsmittel-Oxidationskatalysatoren 64 (ROX).
Wird eine Stickstoffverbindung als Reduktionsmittel für Stickoxide verwendet, so weisen die zum Aufbau des kompakten Abgasnachbehandlungssystems 48 verwendeten Reduktionsmittel-Oxidationskatalysatoren 64 eine ausgesprochen hohe ISh-Selektivität auf, das heißt, bei der Oxidation von überschüssigem Reduktionsmittel wird die Bildung von Stickstoffoxiden, einschließlich Lachgas und anderen klimaschädlichen Schadgasen an zum Aufbau des kompakten Abgasnachbehandlungssystems 48 verwendeten Reduktionsmittel- Oxidationskatalysatoren weitgehend inhibiert. Der Fachmann bezeichnet einen solchen Reduktionsmittel-Oxidationskatalysator 64 (ROX), sofern der Betriebs- /Hilfsstoff Ammoniak, dessen chemischen Vorstufen, oder deren Lösungen verwendet wird als Ammoniak-Oxidationskatalysator (AMOX).
Die Variante 66 der baulichen Einheit 42 umfasst eine erste Mischeinheit 32, der die erste Dosierstelle 30 für den Betriebs-/Hilfsstoff zugeordnet ist. Bei diesem handelt es sich bevorzugt um ein Reduktionsmittel, wie beispielsweise eine Harnstoff- Wasser- Lösung. Stromab der ersten Mischeinheit 32 befindet sich in der ersten Ausführungsvariante gemäß Figur 3.1 des kompakt bauenden Abgasnachbehandlungssystems 48 ein Partikelfilter 54 mit katalytisch aktiver SCR-Funktion (SPF). Diesem ist stromab die zweite Mischeinheit 38
nachgeschaltet, die über eine zweite Dosierstelle 36 für den Betriebs-/Hilfsstoff verfügt. Stromab der zweiten Mischeinheit 38 ist eine Zuführung 62
angeschlossen, die das in der Variante 66 der baulichen Einheit 42 behandelte Abgas, d.h. ein Abgas-/Reduktionsmittelgennisch, einem weiteren SCR- Katalysator 40 zuführt. In diesen weiteren S CR- Katalysator 40 kann
beispielsweise ausgangsseitig ein Reduktionsmittel-Oxidationskatalysator 64 (ROX) integriert sein, welcher überschüssigen Betriebs-/Hilfsstoff in Gestalt des Reduktionsmittels selektiv oxidiert. Wie Figur 3.1 zeigt, umfasst diese Variante des kompakt bauenden Abgasnachbehandlungssystems zunächst einen Oxidationskatalysator 50 (OC), dem in Strömungsrichtung des Abgases die weitestgehend lineare baulichen Einheit 42 folgt, umfassend die erste
Mischeinheit 32, die zweite Mischeinheit 38 sowie den dazwischen
aufgenommenen Partikelfilter mit katalytisch aktiver SCR-Funktion 54 (SPF). Den beiden Mischeinheiten 32, 38 ist jeweils eine Dosierstelle 30, 36 für Betriebs- /Hilfsstoff zugeordnet.
Um die Zugänglichkeit zu den Komponenten 50, 32, 38 sowie insbesondere 54 zu gewährleisten, sind diese Komponenten der Variante 66 der baulichen Einheit 42 an zumindest einer Lösestelle 56 voneinander trennbar, so dass die
Innenräume der Variante 66 der baulichen Einheit 42 in Bezug auf die verbauten Komponenten zugänglich werden.
Gleiches gilt auch für die Lösestellen 56 zwischen der Zuführung und dem unmittelbar vor der Variante 66 der baulichen Einheit 42 angeordneten
Oxidationskatalysator 50 (OC).
Figur 3.2 zeigt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen kompakt bauenden Abgasnachbehandlungssystems 48. Im Unterschied zur Ausführungsvariante gemäß Figur 3.1 des kompakt bauenden Abgasnachbehandlungssystems 48 ist der Verbrennungskraftmaschine 24 entweder ein Oxidationskatalysator 50 (OC) und/oder ein NOx-Speicher- Katalysator 52 (NSC) nachgeschaltet. Ist der Verbrennungskraftmaschine 24 lediglich ein NOx-Speicher-Katalysator 52 (NSC) nachgeschaltet, verfügt dieser auch über Oxidationsfunktionen entsprechend einem Oxidationskatalysator 54 (OC). Wie zuvor begründet sind in keiner Ausführungsvariante Oxidationskatalysatoren 50, NOx-Speicher- Katalysatoren 52 und NOx- Absorber (NA) 90 Teil der baulichen Einheit 42. Diese umfasst die erste Mischeinheit 32, die dieser zugeordnete erste Dosierstelle 30, einen SCR Katalysator 58 vor dem Partikelfilter 54 mit katalytisch aktiver SCR-Funktion (SPF) und die diesem nachgeschaltete zweite Mischeinheit 38, der wiederum die zweite Dosierstelle 36 für den Betriebs-/Hilfsstoff zugeordnet ist. An diese schließen sich stromab der Varianten 66 der baulichen Einheit 42 die Zuführungen 62, der weitere
Katalysator 40 sowie der Reduktionsmittel-Oxidationskatalysator 64 (ROX) zur Oxidation überschüssigen Betriebs-/Hilfsstoffes an.
In Bezug auf die Ausführungsvarianten des kompakt bauenden
Abgasnachbehandlungssystems 48 gemäß den Ausführungsvarianten in Figur 3.1 und 3.2 ist festzu halten, dass in den Varianten 66 der baulichen Einheit 42 die einzelnen Komponenten direkt aneinander anschließen, d.h. keine längeren Zuführungen existieren. Dies bedeutet zum einen eine geringe bauliche Länge und zum anderen eine schnellere Aufheizmöglichkeit der Komponenten, die miteinander als bauliche Einheit 66 zusammengefasst sind, und jenen
Komponenten, die direkt daran anschließen. Diese Ausführungsvarianten des Abgasnachbehandlungssystems 48 sind energetisch besonders günstig.
Die in Figur 3.3 dargestellte Ausführungsvariante des kompakt bauenden Abgasnachbehandlungssystems 48 umfasst zunächst einen
Oxidationskatalysator 50 (OC) und gemäß der vorliegenden Erfindung in Strömungsrichtung des Abgases nachfolgend die bauliche Einheit 66 umfassend die erste Mischeinheit 32 mit erster Dosierstelle 30 sowie die zweite Mischeinheit 38 mit zweiter Dosierstelle 36. Dazwischen ist ein Partikelfilter 54 mit katalytisch aktiver SCR-Funktion (SPF) aufgenommen. Stromab des Partikelfilters 54 mit katalytisch aktiver SCR-Funktion (SPF) befindet sich ein weiterer SCR
Katalysator 60.
Stromab der zweiten Mischeinheit 38 ist die Ausführungsvariante des kompakt bauenden Abgasnachbehandlungssystems 48 analog zu den in Figur 3.1 und 3.2 dargestellten Ausführungsvarianten aufgebaut. Auch in der Ausführungsvariante gemäß Figur 3.3 sind die einzelnen
Komponenten 50, 32, 54, 60 und 38 direkt miteinander an den Lösestellen 56 verbunden, so dass deren einfache Demontage möglich ist und so Komponenten der Varianten 66 der baulichen Einheit 42 leicht zugänglich sind. Darüber hinaus fehlt es in der baulichen Einheit 66 gemäß der Ausführungsvariante nach Figur 3.3 an langen Zuführungen, so dass eine schnelle Aufheizung der Komponenten 54, 60 und 38 der Varianten 66 der baulichen Einheit 42 gemäß der Darstellung in Figur 3.3 möglich ist.
Der Darstellung gemäß Figur 3.4 ist eine Ausführungsvariante des kompakt bauenden Abgasnachbehandlungssystems 48 zu entnehmen, bei der die Zuführungen 62 zwischen der zweiten Mischeinheit 38 und dem weiteren SCR- Katalysator 40 entfallen. Ein Oxidationskatalysator 50 (OC) ist der Variante 66 vorgeschaltet. In der Ausführungsvariante gemäß Figur 3.4 umfasst die Variante 66 der baulichen Einheit 42, beginnend mit der ersten Mischeinheit 32, der die erste Dosierstelle 30 zugeordnet ist, den Partikelfilter 54 mit katalytisch aktiver SCR-Funktion (SPF), die zweite Mischeinheit 38 mit der dieser zugeordneten zweiten Dosierstelle 36. Außen direkt an die bauliche Einheit 66 ist ein weiterer SCR-Katalysator 40 montiert, in dem optional ein Reduktionsmittel- Oxidationskatalysator 64 (ROX) integriert ist. Stromab des Reduktionsmittel- Oxidationskatalysators 64 (ROX) verläuft die Zuführung 62. Aus den
Darstellungen gemäß Figuren 3.1 - 3.4 geht hervor, dass das kompakt bauende Abgasnachbehandlungssystem 48 hinsichtlich der Varianten 66 der baulichen Einheit 42 durchaus unterschiedliche Komponenten enthalten kann. Zudem kann beispielsweise der Oxidationskatalysator 50 und/oder NOx-Speicherkatalysator 52, und/oder NO-Absorber 90 der baulichen Einheit 66 vorgeschaltet sein. Diese Komponenten 50, 52 und 90 sind jedoch nie in die bauliche Einheit 42, 66 integriert. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, den Partikelfilter 54 mit katalytisch aktiver SCR-Funktion (SPF) mit einem SCR-Katalysator 58 vor dem Filter mit katalytisch aktiver SCR-Funktion (SPF) und/oder einem SCR- Katalysator 60 nach dem Filter mit katalytisch aktiver SCR-Funktion (SPF) zu kombinieren. Schließlich besteht die Möglichkeit gemäß der Ausführungsvariante in Figur 3.4, in die Varianten 66 der baulichen Einheit 42 den weiteren SCR- Katalysator 40 direkt von außen anzuschließen. Doch auch der weitere SCR- Katalysator 40 ist aufgrund seiner Größe aus räumlichen Gründen nie Teil der der Varianten 66 der baulichen Einheit 42. Die Variante 66 der baulichen Einheit 42 in all ihren Ausprägungen ist als Teil des kompakt bauenden Abgasnachbehandlungssystems 48 im Abgastrakt 26 der Verbrennungskraftmaschine 24 zur Behandlung von deren Abgas integriert und aufgrund ihrer kompakten Bauweise möglichst nah zur
Verbrennungskraftmaschine 24 angeordnet.
Die Figuren 4.1 - 4.4 zeigen Ausführungsvarianten des kompakt bauenden Abgasnachbehandlungssystems 48, bei denen zwischen den Mischeinheiten 32 bzw. 38 ein S CR- Katalysator 34 aufgenommen ist.
Gemäß der in Figur 4.1 dargestellten Ausführungsvariante des kompakt bauenden Abgasnachbehandlungssystems 48 erstreckt sich stromab der Verbrennungskraftmaschine 24 der Abgastrakt 26, in dem sich das kompakt bauende Abgasnachbehandlungssystem 48 befindet. Unmittelbar der
Verbrennungskraftmaschine 24 nachgeschaltet befinden sich ein
Oxidationskatalysator 50 (OC) und/oder ein NOx-Speicher Katalysator 52 (NSC). Die Variante 66 der baulichen Einheit 42 kann auch hier nicht den
Oxidationskatalysator 50 (OC) oder NOx-Speicher- Katalysator 52 (NSC) umfassen. Die Variante 66 der baulichen Einheit 42 umfasst die erste
Mischeinheit 32 mit erster Dosierstelle 30 für den Betriebs-/Hilfsstoff, sowie die zweite Mischeinheit 38 mit der zweiten Dosierstelle 36 für den Betriebs-/Hilfsstoff. Dazwischen befindet sich ein S CR- Katalysator 34. Die einzelnen Komponenten 32, 34 und 38 der Varianten 66 der baulichen Einheit 42 sind an Lösestellen 56, beispielsweise ausgeführt als Flanschverbindungen, miteinander verbunden, z.B. miteinander verschraubt. An den Lösestellen 56 können die einzelnen
Komponenten der Varianten 66 der baulichen Einheit 42 voneinander getrennt werden, um Wartungsarbeiten im Inneren der Varianten 66 der baulichen Einheit 42 vorzunehmen. Stromab der zweiten Mischeinheit 38 verläuft die Zuführung 62 zum Partikelfilter 54 mit katalytisch aktiver SCR-Funktion (SPF), der in diesem Ausführungsbeispiel als über die Zuführung 62 getrennte Komponente der Varianten 66 der baulichen Einheit 42 nachgeschaltet ist.
Im Unterschied zu den beschrieben Ausführungsbeispielen 2.1 - 2.4 und 3.1 - 3.4 kann der Partikelfilter 54 mit katalytisch aktiver SCR-Funktion (SPF) in dieser Position hinter der zweiten Mischeinheit 38 in vorteilhafter Weise einen Reduktionsmitel-Oxidationskatalysator 64 (ROX) als integrierte Komponente enthalten. Ein solcher Partikelfilter 54 mit katalytisch aktiver SCR-Funktion (SPF) mit integriertem Reduktionsmitel-Oxidationskatalysator 64 (ROX) wird hier erfindungsgemäß vorgeschlagen. Er eignet sich dazu, weiteren Bauraum und Wärmeverluste durch einen separaten Reduktionsmitel-Oxidationskatalysator 64 (ROX) zu vermeiden und so ein energetisch weiter verbessertes kompakt bauendendes Abgasnachbehandlungssystem 48 darzustellen. Er zeichnet sich dabei durch den Entfall des ansonsten erforderlichen separaten ROX-Bauteils und durch seine Wärmeleitfähigkeit zwischen beiden katalytischen Funktionen aus.
Figur 4.2 zeigt eine Ausführungsvariante des kompakt bauenden
Abgasnachbehandlungssystems 48, bei welcher, wie bei der in Figur 4.1 dargestellten Ausführungsvariante, der Oxidationskatalysator 50 (OC) von der Variante 66 der baulichen Einheit 42 gemäß der Ausführungsvariante in Figur 4.1 getrennt ist, hier jedoch unmitelbar an sie angrenzt. Hier umfasst gemäß der Ausführungsvariante in Figur 4.2 die Variante 66 der baulichen Einheit 42 neben der ersten Mischeinheit 32 mit erster Dosierstelle 30 für den Betriebs-/Hilfsstoff, den SCR-Katalysator 34, die zweite Mischeinheit 38 mit zweiter Dosierstelle 36 für den Betriebs-/Hilfsstoff. Generell sind die Komponenten der Varianten 66 der baulichen Einheit 42 direkt miteinander verbunden, in Figur 4.2 an lösbaren Stellen 56. Dies bedeutet, dass in der erfindungsgemäßen Variante 66 der baulichen Einheit 42 Zuführungen mit wesentlich geringerem Durchmesser als den Bauteildurchmessern, beispielsweise Rohre zwischen den einzelnen Bauteilen der Varianten 66 der baulichen Einheit 42 durchweg entfallen. Ein Partikelfilter 54 mit katalytisch aktiver SCR-Funktion (SPF), der des Weiteren den Reduktionsmitel-Oxidationskatalysator 64 (ROX) enthält, folgt, über einer Zuführung 62, verbunden mit der Variante 66 der baulichen Einheit 42.
Figur 4.3 zeigt eine Ausführungsvariante des kompakt bauenden
Abgasnachbehandlungssystems 48, bei der stromab des Oxidationskatalysators 50 (OC) und/oder des NOx-Speicher-Katalysators 52 (NSC), oder
Dreiwegekatalysators 104 (TWC) ein Partikelfilter 98 (PF), oder katalytischer Partikelfilter 65 (cPF) nachgeschaltet ist. In der Ausführungsvariante gemäß Figur 4.3 umfasst die Variante 66 der baulichen Einheit 42 die erste Mischeinheit 32 mit zugeordneter erster Dosierstelle 30, den SCR-Katalysator 34, sowie die zweite Mischeinheit 38, der die zweite Dosierstelle 36 zugeordnet ist. Über die Zuführung 62 strömt das in der Variante 66 der baulichen Einheit 42 behandelte Abgas dem weiteren Katalysator 40 zu, der in dieser Ausführungsvariante ebenfalls den Reduktionsmittel-Oxidationskatalysator 64 (ROX) enthält.
Figur 4.4 zeigt eine Ausführungsvariante der baulichen Einheit 66 des kompakt bauenden Abgasnachbehandlungssystems 48, bei der der Partikelfilter mit katalytischer Oxidationsfunktion 65 nicht Teil der Variante 66 der baulichen Einheit 42 ist, jedoch an diese angrenzt. Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die einzelnen Komponenten 65, 32, 34, 38 an den Lösestellen 56, beispielsweise Flanschverbindungen miteinander verbunden sind, wobei durch eine Demontage an den einzelnen Lösestellen 56 die Zugänglichkeit zu den Komponenten gegeben ist. Stromab der Varianten 66 der baulichen Einheit 42 bzw. der zweiten Mischeinheit 38 erstreckt sich die Zuführung 62 zu dem weiteren SCR-Katalysator 40, oder Partikelfilter 54 mit katalytisch aktiver SCR- Funktion (SPF), der auch in dieser Ausführungsvariante den Reduktionsmittel- Oxidationskatalysator 64 (ROX) enthält.
Figur 5 zeigt eine perspektivische Ansicht der zweiten Mischeinheit 38.
Wie aus der perspektivischen Ansicht gemäß Figur 5 hervorgeht, wird die zweite Mischeinheit 38 vom Abgas der Verbrennungskraftmaschine 24 in
Hauptströmungsrichtung 68 durchströmt. Im Inneren der zweiten Mischeinheit 38 befinden sich Strukturen 70, welche dem in Hauptströmungsrichtung 68 strömenden Abgas der Verbrennungskraftmaschine 24 einen verlängerten Weg durch die zweite Mischeinheit 38 aufprägen. Die Strukturen 70 erzeugen eine spiralförmige Strömung 72 entlang von Führungsflächen 70, die sich ähnlich eines Gewindeganges einer Schraube durch das innere der zweite Mischeinheit 38 erstrecken und das Abgas von einer Hauptströmungsrichtung 68 in die spiralförmige Strömung 72 umlenken. Führungsflächen 70 können am inneren Umfang einer Schale 76 ausgeführt sein. An einem Auslass 78 verlässt behandeltes Abgas das Innere der zweite Mischeinheit 38 als ein Abgasstrom- /Betriebs-/Hilfsstoff-Gemisch.
Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf die in Figur 5 in perspektivischer Ansicht dargestellte erste zweite Mischeinheit 38. Aus der Darstellung gemäß Figur 6 geht hervor, dass die zweite Mischeinheit 38 die erste Dosierstelle 36 aufweist. An einer Einspritzdüse 80 wird der Betriebs- /Hilfsstoff, bevorzugt ein Reduktionsmittel, wie beispielsweise eine Harnstoff- Wasser-Lösung, in das Innere der zweiten Mischeinheit 38 dosiert. Die
Dosierung des Betriebs-/Hilfsstoffes, bevorzugt eines Reduktionsmittels, erfolgt strahlförmig, wobei die Strahlen einen Einspritzwinkel 82 aufweisen können, unter dem sie an der Innenseite eines Umfangs 86 der zweiten Mischeinheit 38 auftreffen. Auftreffbereiche der Strahlen des eingespritzten Betriebs-/Hilfsstoffes sind durch Bezugszeichen 84 bezeichnet. Die Strukturen 70 umfassen die in Figur 5 perspektivisch dargestellten Führungsflächen 74, die die spiralförmige Strömung 72 durch das Innere der zweiten Mischeinheit 38 aufprägen. Am Auslass 78 der zweiten Mischeinheit 38 tritt eine spiralförmige Strömung 72 als Gemisch aus Abgas und Betriebs-/Hilfsstoff aus.
Figur 7 zeigt eine Ausführungsvariante des Abgasnachbehandlungssystems 48 mit in Summe drei Mischeinheiten 32, 38, 102, denen drei Dosierstellen 30, 32, 100 zugeordnet sind.
Figur 7 zeigt das kompakt bauende Abgasnachbehandlungssystem 48, welches die Abgase der Verbrennungskraftmaschine 24 behandelt. Zwischen
Verbrennungskraftmaschine 24 und einer Aufladeeinrichtung, hier nicht dargestellt (entsprechend der Aufladeeinrichtung 16 in Fig. 1), befindet sich optional der Oxidationskatalysator 50 oder ein NOx-Speicherkatalysator 52, oder Dreiwegekatalysator 104 . An die Aufladeeinrichtung schließt sich ein nicht katalytischer Partikelfilter 98 (PF), oder Partikelfilter mit katalytischer
Oxidationsfunktion 65 (cPF) an. In Strömungsrichtung des Abgases folgen als Variante 66 der baulichen Einheit 42 die erste Mischeinheit 32, der SCR- Katalysator 34 und/oder der Partikelfilter 54 mit katalytisch aktiver SCR-Funktion (SPF) sowie die zweite Mischeinheit 38. Der ersten Mischeinheit 32 ist die erste Eindosierstelle 30 zugeordnet, während der zweiten Mischeinheit 38 die zweite Eindosierstelle 36 zugeordnet ist. Die genannten Komponenten der Variante 66 der baulichen Einheit 42 sind an Lösestellen 56 lösbar miteinander verbunden. Das in der baulichen Einheit 66 behandelte Abgas strömt über die Zuführung 62 einer dritten Mischeinheit 102 zu. Ihr ist die dritte Eindosierstelle 100 zugeordnet. Am Auslass der dritten Mischeinheit 102 tritt ein Gemisch aus Abgas und Betriebs-/Hilfsstoff aus, das einem SCR-Katalysator 40 zugeführt wird, der einen Reduktionsmitteloxidationskatalysator 64 (AMOx) enthalten kann.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die
Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche
1. Kompakt bauendes Abgasnachbehandlungssystem (48) zur Behandlung von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine (24), dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest ein Bauteil (34, 54) mit katalytischer SCR-Funktion zwischen zumindest zwei Mischeinheiten (32, 38), denen jeweils zumindest eine Dosierstelle (30, 36) für einen Betriebs-/Hilfsstoff zugeordnet ist, aufgenommen ist, wobei das zumindest eine Bauteil (34, 54) mit katalytischer SCR-Funktion und eine diesem Bauteil in
Strömungsrichtung des Abgases nachfolgende Mischeinheit (38) eine bauliche Einheit (42) bilden.
2. Kompakt bauendes Abgasnachbehandlungssystem (48) gemäß
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bauteil (34, 54) mit katalytischer SCR-Funktion zwischen zumindest zwei
Mischeinheiten (32, 38), denen jeweils zumindest eine Dosierstelle (30, 36) für einen Betriebs-/Hilfsstoff zugeordnet ist, aufgenommen ist, wobei das zumindest eine Bauteil (34, 54) mit katalytischer SCR-Funktion und zwei Mischeinheiten (32, 38) eine Variante (66) der baulichen Einheit (42) bilden.
3. Kompakt bauendes Abgasnachbehandlungssystem (48) gemäß
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest einen Partikelfilter (54, 65, 98) umfasst.
4. Kompakt bauendes Abgasnachbehandlungssystem (48) gemäß
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine bauliche Einheit (42) oder eine Variante (66) der baulichen Einheit (42) einen Zylinder, oder Teilkegel bilden, oder in einem solchen aufgenommen sind.
5. Kompakt bauendes Abgasnachbehandlungssystem (48) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zudem zumindest einen Oxidationskatalysator (50) und/oder einen NOx- Speicher- Katalysator (52), oder NOx- Absorber (90) aufweist.
6. Kompakt bauendes Abgasnachbehandlungssystem (48) gemäß
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bauliche Einheit (42) oder Varianten 66) der baulichen Einheit (42) weitere Bauteile mit katalytischer SCR-Funktion (58; 60) umfasst.
7. Kompakt bauendes Abgasnachbehandlungssystem (48) gemäß
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite
Mischeinheit (38) in Strömungsrichtung des Abgases der
Verbrennungskraftmaschine (24) gesehen, vor zumindest einem weiteren SCR-Katalysator (40) angeordnet ist.
8. Kompakt bauendes Abgasnachbehandlungssystem (48) gemäß
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen Reduktionsmittel-Oxidationskatalysator (ROX) (64) umfasst.
9. Kompakt bauendes Abgasnachbehandlungssystem (48) gemäß
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere SCR- Katalysator (40) einen Reduktionsmittel-Oxidationskatalysator (ROX) (64) umfasst, der in zumindest einem weiteren SCR-Katalysator (40) integriert ist.
10. Kompakt bauendes Abgasnachbehandlungssystem (48) gemäß
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zumindest eine Lösestelle (56) zwischen Zuleitung (62), Mischeinheit (32; 38), Bauteile mit katalytischer SCR-Funktion (58; 60), Partikelfilter (54, 65) oder einem weiteren SCR-Katalysator (40) umfasst.
11. Kompakt bauendes Abgasnachbehandlungssystem (48) gemäß
Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die bauliche Einheit (42, 66) zumindest eine Lösestelle (56) umfasst, die einen Zugriff auf den Partikelfilter (54) von zumindest einer seiner Stirnflächen erlaubt.
12. Kompakt bauendes Abgasnachbehandlungssystem (48) gemäß
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Mischeinheit (32; 38) Strukturen (70) zur Verlängerung des
Strömungsweges durch mindestens eine Mischeinheit (32, 38) umfasst.
13. Kompakt bauendes Abgasnachbehandlungssystem (48) gemäß
Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen (70) Führungsflächen (74) umfassen, die dem Abgas eine spiralförmige Strömung (72) durch mindestens eine Mischeinheit (32, 38, 102) aufprägen.
14. Kompakt bauendes Abgasnachbehandlungssystem (48) gemäß
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Mischeinheit (32; 38) ausgebildet ist, einen zugeführten Abgasstrom mit einem Betriebs-/Hilfsstoff, insbesondere einem an einer Dosierstelle (30, 36) dosierten Reduktionsmittel zu einem Abgas-/Betriebs- /Hilfsstoffgemisch ab einer Abgastemperatur von 150°C zu vermischen und Ablagerungen zugeführten Betriebs-/Hilfsstoffs oder dessen
Folgestoffen bei diesen Bedingungen dauerhaft weitestgehend zu vermeiden.
15. Abgasnachbehandlungssystem (48) zur Behandlung von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine (24), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bauteil ein Partikelfilter (54) mit katalytisch aktiver SCR- Funktion (SPF) darstellt, der einen Reduktionsmittel- Oxidationskatalysator 64 (ROX) als integrierte Komponente enthält.
16. Verfahren zur Behandlung von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine (24) mit zumindest nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Erzeugen eines Abgasstroms durch eine
Verbrennungskraftmaschine (24), der Stickoxide aufweist, b) Leiten des Abgasstromes zu einem kompakt bauenden
Abgasnachbehandlungssystem (48) gemäß einem der
Ansprüche 1 - 15,
c) zumindest zeitweises Dosieren eines ersten Betriebs-/Hilfsstoffes an einer ersten Dosierstelle (30), d) Vermischen des behandelten Abgases mit dem Betriebs- /Hilfsstoff in der ersten Mischeinheit (32) zu einem Abgas- /Betriebs-/Hilfsstoffgemisch,
e) Leiten des Gemisches gemäß Verfahrensschritt e) zu einem Bauteil (34, 54, 58) mit katalytischer SCR-Funktion, f) zumindest zeitweises Dosieren eines zweiten Betriebs- /Hilfsstoffes oder des ersten Betriebs-/Hilfsstoffes gemäß Verfahrensschritt d) an einer zweiten Dosierstelle (36), g) Vermischen des behandelten Abgases mit dem zweiten oder ersten Betriebs-/Hilfsstoff in der zweiten Mischeinheit (38) zu einem Abgas-/Betriebs-/Hilfsstoffgemisch,
h) Leiten des Gemisches gemäß Verfahrensschritt i) zu einem weiteren S CR- Katalysator (40) und
i) Oxidieren überschüssigen Betriebs-/Hilfsstoffes an einem
Reduktionsmittel-Oxidationskatalysator (64), wobei das Verfahren das katalytische Oxidieren von
Kohlenstoffmonoxid, Kohlenwasserstoffen, Ruß und Stickstoffmonoxid und das Abscheiden von Partikeln aus dem Abgasstrom umfasst.
17. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass nach Verfahrensschritt c) das Einspeichern von Stickoxiden in einem NOx- Speicher- Katalysator (52) (NSC), oder NOx- Absorber (90) oder Dreiwegekatalysator 104 erfolgt.
18. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mittels mindestens einer Steuereinheit in Abhängigkeit von einer Auswahl von ermittelten und ausgewerteten Parametern des Abgasnachbehandlungssystems (48) gesteuert wird, wobei die Parameter umfassen: Partikelmasse, Partikelanzahl, Abgasdruck, Temperatur, Abgasdurchflussmenge, Reduktionsmittelmenge, Abgaszusammensetzung, umfassend die Konzentration von
Stickstoffverbindungen, Abgaskonzentration, Reduktions- und/oder Oxidationspotenzial.
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