DE102007032734A1 - Verfahren zur Regeneration wenigstens eines Partikelagglomerators sowie Kraftfahrzeug umfassend eine Abgasnachbehandlungsanlage - Google Patents

Verfahren zur Regeneration wenigstens eines Partikelagglomerators sowie Kraftfahrzeug umfassend eine Abgasnachbehandlungsanlage Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Regeneration wenigstens eines Partikelagglomerators (1) einer Abgasnachbehandlungsanlage (2) einer Verbrennungskraftmaschine (3) eines Kraftfahrzeuges (4), bei dem die Verbrennungskraftmaschine (3) zumindest in einer Betriebsphase so betrieben wird, dass direkt ein ausreichender Anteil an Stickstoffdioxiden (NO<SUB>2</SUB>) im Abgas erzeugt wird, um eine Umsetzung von kohlenstoffhaltigen Partikeln (5) in dem wenigstens einen Partikelagglomerator (1) zu gewährleisten. Darüber hinaus wird auch noch ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Kraftfahrzeug vorgeschlagen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration wenigstens eines Partikelagglomerators einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine und eine Abgasnachbehandlungsanlage, welche mit wenigstens einem kontinuierlich regenerierbaren Partikelagglomerator ausgeführt ist. Insoweit betrifft die Erfindung insbesondere die Beseitigung von Rußpartikeln mobiler Verbrennungskraftmaschinen, wie beispielsweise Dieselmotoren.
  • Es ist bekannt, dass die im Abgasstrom mitgeführten Partikel, die im Wesentlichen Kohlenstoff enthalten, thermisch verbrannt oder mit Hilfe von extra in der Abgasnachbehandlungsanlage gebildetem Stickstoffdioxid (NO2) umgesetzt werden können. Zu diesem Zweck ist bekannt, Partikelagglomeratoren vorzusehen, beispielsweise Filter, Partikelabscheider und dergleichen, in denen die mitgeführten Partikel zumindest zeitweise aufgefangen und angelagert werden. Bei einer thermischen Regeneration wird der Partikelagglomerator so hoch erhitzt (z. B. bis oberhalb von 800°C), dass eine Umsetzung des Kohlenstoffs mit im Abgas mitgeführtem Sauerstoff einsetzt. Zu diesem Zweck können beispielsweise Brenner, Heizelemente, elektrisch beheizbare Filter oder eine exotherme Umsetzung von Kohlenwasserstoffen als Quelle für die Wärmeenergie herangezogen werden. Demgegenüber setzt die so genannte kontinuierlich regenerative Umsetzung von Partikeln (so genanntes CRT-Verfahren) auf eine Umsetzung der kohlenstoffhaltigen Partikel bei niedrigeren Temperaturen, beispielsweise unterhalb von 400°C unter Einsatz von Stickstoffdioxid. Zu diesem Zweck ist bekannt, das vom Motor generierte Abgas über einen Oxidationskatalysator zu führen und damit Stickoxide, die im Abgas bereits enthalten sind, zu oxidieren, um ausreichend Stickstoffdioxid für die Umsetzung der Rußpartikel bereitstellen zu können. Das Stickstoffdioxid hat eine hohe Affinität zum Kohlenstoff, so dass sich bei Kontakten des Stickstoffdioxids mit den Rußpartikeln regelmäßig Kohlendioxid und Stickstoff bildet.
  • Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen mit Bezug auf den passiv regenerierbaren Partikelagglomerator (CRT-Verfahren) wird stromaufwärts des Partikelagglomerators oder direkt im Partikelagglomerator eine Oxidationsbeschichtung vorgesehen. Diese, regelmäßige Platin-haltige, Beschichtung ist jedoch teuer und erfordert gegebenenfalls zusätzliche Abgasbehandlungseinrichtungen, die komplexere Abgasnachbehandlungssysteme zur Folge haben.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein praktikables und kostengünstiges Verfahren zur Regeneration wenigstens eines Partikelagglomerators angegeben werden, das insbesondere eine bedarfsgerechte passive Regeneration erlaubt. Zusätzlich soll auch eine für ein solches Verfahren geeignete Vorrichtung angegeben werden, welche sich durch einen geringen Druckabfall und einer besonders hohen Effektivität bei kleinen Partikeln (zum Beispiel mit einem mittleren Durchmesser von höchstens 500 Nanometer) auszeichnet.
  • Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einem Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, veranschaulicht weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Regeneration wenigstens eines Partikelagglomerators in einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs wird die Verbrennungskraftmaschine zumindest in einer Betriebsphase so betrieben, dass direkt ein ausreichender Anteil an Stickstoffdioxiden (NO2) im Abgas erzeugt wird, um eine Umsetzung von kohlenstoffhaltigen Partikel mit dem wenigstens einen Partikelagglomerator zu gewährleisten.
  • Damit ist insbesondere gemeint, dass der in der Verbrennungskraftmaschine nachfolgend angeordnete erste Partikelagglomerator auf die hier vorgeschlagene Weise regeneriert wird. Dabei wird auf eine thermische Regeneration verzichtet, so dass die Umsetzung von kohlenstoffhaltigen Partikeln bei Temperaturen kleiner 400°C oder sogar unterhalb von 300°C stattfindet. Grundsätzlich kann der Partikelagglomerator nach Art eines Filters, eines Partikelabscheiders oder ähnlichen einfachen Vorrichtungen zum zeitweise Aufhalten der Partikel ausgebildet sein. Bei der Verbrennungskraftmaschine handelt es sich bevorzugt um einen Magermotor, bei dem überwiegend eine Verbrennung mit Luftüberschuss stattfindet, wie beispielsweise beim Dieselmotor oder einem so genannten Magermotor. Mit anderen Worten, wird hier also vorgeschlagen, die Verbrennungskraftmaschine, zumindest in einer bestimmten Betriebsphase (Regenerationsphase), wie beispielsweise bei einer Niederlast-Situation, so zu betreiben, dass von der Verbrennungskraftmaschine direkt ein ausreichend hoher Anteil an Stickstoffdioxiden erzeugt wird. Zu den einzelnen Mechanismen, wie die Verbrennungskraftmaschine entsprechend geregelt werden kann, wird nachfolgend im Detail noch Bezug ge nommen. In diesem Zusammenhang wird also erst einmal vorgeschlagen, die Verbrennungskraftmaschine selbst als Stickstoffdioxidquelle zur Regeneration des Partikelagglomerators einzusetzen, so dass auf zusätzliche Stickstoffdioxid-Quellen, wie beispielsweise vorgelagerte Oxidationskatalysatoren, verzichtet werden kann.
  • Bevorzugt ist dabei ein Verfahren, bei dem die Verbrennungskraftmaschine einen Anteil der Stickstoffdioxide (NO2) im Bereich von 25 Vol.-% bis 60 Vol.-% aller vorhandenen Stickoxide (NOx) liegt. Insbesondere werden also die Bedingungen im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine so eingestellt, dass der Anteil der Stickstoffdioxide bezogen auf alle generierten Stickoxide einen signifikanten Bereich erreicht, insbesondere von mehr als 30 Vol.-% oder sogar 45 Vol.-% (diese Verhältnisse können ggf. gleichermaßen in Mol.-% zur Regelung herangezogen werden). Dies betrifft gerade den Stickstoffdioxid-Anteil während der Betriebsphase, in der die Regeneration des Partikelagglomerators stattfindet. Die 25 Vol.-% können dabei als Untergrenze und/oder als Mittelwert während der Betriebsphase herangezogen werden. Bevorzugt wird auch vorgeschlagen, dass der Stickstoffdioxid-Anteil 60 Vol.-% im Wesentlichen nicht überschreitet, um noch ausreichend Leistung über die Verbrennungskraftmaschine erzeugen zu können.
  • Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird auch vorgeschlagen, dass die Verbrennungskraftmaschine bis hin zum wenigstens einen Partikelagglomerator allein Stickstoffdioxid (NO2) aktiv generiert. Das bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass die Abgasnachbehandlungsanlage zwischen Verbrennungskraftmaschine und dem betroffenen Partikelagglomerator keine Mittel bzw. Maßnahmen zur gezielten Anreicherung des Abgases mit Stickstoffdioxid aufweist. Damit kann das Verfahren, beziehungsweise die Vorrichtung, besonders einfach ausgeführt werden und eine gezielte Regenerierung des Partikelagglomerators durch den entsprechenden Betrieb der Verbrennungskraftmaschine geregelt wer den. Selbstverständlich werden sich im Abgas selbst Redox-Vorgänge nicht unterbinden lassen, diese sind jedoch regelmäßig nicht geeignet, eine entsprechende aktive, signifikante Stickstoffdioxid-Generierung zu bewirken.
  • Darüber hinaus kann das Verfahren soweit gebildet werden, dass in der Betriebsphase eine Erhöhung des Anteils eines in die Verbrennungskraftmaschine zurückgeführten Abgasstromes bewirkt wird. Zu diesem Zweck ist die Abgasnachbehandlungsanlage beispielsweise mit einer so genannten Abgasrückführung (EGR = Exhaust Gas Recirculation) ausgeführt, so dass das von der Verbrennungskraftmaschine erzeugte Abgas (teilweise) wieder der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird, insbesondere bevor dieses den wenigstens einen Partikelagglomerator erreicht. Eine gezielte Anhebung der Abgasrückführungsrate kann zu einer deutlichen Erhöhung des Stickstoffdioxid-Anteils im Abgas führen und damit die hier vorgeschlagene Regeneration begünstigen. Bevorzugt liegt die Rate des zurückgeführten Stromes im Bereich bis 60 Vol.-%, insbesondere in einem BEreich von 20 Vol.-% bis 50 Vol.-%.
  • Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird in der Betriebsphase eine Absenkung der Brennraumtemperatur in der Verbrennungskraftmaschine vorgenommen. Es wurde festgestellt, dass bei Verbrennungsvorgängen, die mit geringerer Temperatur durchgeführt werden, üblicherweise ein hoher Stickstoffdioxid-Anteil im Abgas produziert wird. Insbesondere wird die Brennraumtemperatur zu diesem Zweck nach einer Spitzentemperatur der Verbrennung in einem Bereich unterhalb von 450°C geregelt.
  • Darüber hinaus wird auch als vorteilhaft erachtet, dass in der Betriebsphase, alternativ bzw. kumulativ zu den vorstehend genannten Möglichkeiten, eine Erhöhung des Ladedrucks in der Verbrennungskraftmaschine vorgenommen wird. In diesem Fall ist die Abgasnachbehandlungsanlage beispielsweise mit einem Abgasturbola der ausgeführt, der eine Verdichtung des angesaugten Luftstroms zur Folge hat. Der Ladedruck, also der Druck im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine, des Brennstoff-Luft-Gemischs liegt üblicherweise im Bereich von 30 bis 50 bar. Für die Regenerationsphase wird nunmehr insbesondere vorgeschlagen, dass eine Erhöhung des Ladedrucks auf beispielsweise mindestens 15%, ggf. sogar 25% des vorher geregelten Ladedruckes vorgenommen wird. Mit der Erhöhung des Ladedruckes wird auch die Spitzentemperatur der Verbrennung im Brennraum und damit die Stickstoffmonoxid-Bildung beeinflusst.
  • Zudem ist es auch möglich, in der Betriebsphase eine Erhöhung des Sauerstoffgehalts in der Verbrennungskraftmaschine vorzunehmen. Demnach wird die Verbrennung beispielsweise mit einem noch höheren Luftüberschuss durchgeführt. So kann der Sauerstoffgehalt im Brennstoff-Luft-Gemisch beispielsweise auf einen Wert von mindesten 1% angehoben und insbesondere in einem Bereich von Lambda 1.05 bis 1.1 (ca. 1% Sauerstoff bzw. 2% Sauerstoff) geregelt werden. Das so genannte Verbrennungsluftverhältnis (Lambda) setzt die tatsächlich für eine Verbrennung zur Verfügung stehende Luftmasse m(LUFT, tatsächlich) ins Verhältnis zur mindestens notwendigen stöchiometrischen Luftmasse m(LUFT, stöchimetrisch), die für eine vollständige Verbrennung benötigt wird. Auch dieser Effekt kann, insbesondere kurzzeitig, zu der gewünschten Generierung von Stickstoffdioxiden führen.
  • Für eine gleichermaßen effektive Umsetzung der kohlenstoffhaltigen Partikel bei gleichzeitig geringem Volumen des vorgesehenen Partikelagglomerators wird auch vorgeschlagen, dass die Verbrennungskraftmaschine so betrieben wird, dass im Abgas kohlenstoffhaltige Partikel mit mehrheitlich einem mittleren Durchmesser von höchstens 200 Nanometer [nm] erzeugt werden. Ganz besonders bevorzugt wird die Verbrennungskraftmaschine so betrieben wird, dass der mittlere Durchmesser höchstens 100 Nanometer beträgt. Grundsätzlich gilt dies bevorzugt auch in einem Betriebszustand der Verbremumgskraftmaschine, der nicht mit der Betriebsphase zur Regenerierung des Partikelagglomerators (Regenerationsphase) übereinstimmt. Die sehr kleinen Partikel können besonders günstig mit dem bereitgestellten Stickstoffdioxid zu Kohlendioxid und elementarem Stickstoff umgesetzt werden. Für die Bereitstellung der Partikel dieser Größe, sind insbesondere der Auslass des Brennraumes sowie die Abgasleitung anzupassen, so dass eine übermäßige Agglomeration von Partikeln hin zu einer Größe oberhalb des hier genannten Grenzwertes vermieden wird.
  • Weiter wird auch vorgeschlagen, dass zumindest in der Betriebsphase eine aktive Temperaturerhöhung des Abgases durchgeführt wird. Damit ist insbesondere gemeint, dass das Abgas in der Abgasnachbehandlungsanlage mit zusätzlichen Mitteln zur Temperaturerhöhung in Kontakt gebracht wird, so dass dies spätestens bei der Kontaktierung mit den umzusetzenden Partikeln eine Solltemperatur zur signifikanten Durchführung des CRT-Verfahrens aufweist. Die Mittel zur Temperaturerhöhung umfassen insbesondere (unbeschichtete) (elektrisch betriebene) Heizkörper, Wärmetauscher und dergleichen. Die Idee der gezielten bzw. geregelten (nicht-katalytsichen und/oder katalytischen) Temperaturerhöhung des Abgases zur Verbesserung der Oxidation von Stickstoffmonoxiden in der Abgasnachbehandlungsanlage kann generell wesentliche Vorteile bei der Durchführung des CRT-Verfahrens bringen – ist demnach ggf. auch unabhängig von dem hier erfindungsgemäß beschriebenen Verfahren erstrebenswert..
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine und eine Abgasnachbehandlungsanlage vorgeschlagen, welche mit wenigstens einem kontinuierlich regenerierbaren Partikelagglomerator ausgeführt ist, wobei die Verbrennungskraftmaschine alleinige aktive Stickstoffdioxid (NO2)-Quelle bis hin zum wenigstens einem Partikelagglomerator und der wenigstens eine Partikelagglomerator ein Nebenstromfilter ist.
  • Das hier vorgeschlagene Kraftfahrzeug kann insbesondere nach dem hier erfindungsgemäß beschriebenen Verfahren betrieben werden, so dass eine nicht-thermische Regenerierung des wenigstens einen Partikelagglomerators zu gewünschten Betriebsphasen möglich ist. Das hier vorgeschlagene Kraftfahrzeug zeichnet sich durch seine besonders einfach aufgebaute Abgasnachbehandlungsanlage aus, wobei eine entsprechende Steuerung der Verbrennungskraftmaschine eine sichere Regenerierung des Partikelagglomerators zur Folge hat, so dass ein Verstopfen des Partikelagglomerators und damit ein Druckanstieg über den Partikelagglomerator vermieden wird.
  • Im Wesentlichen wird bezüglich der Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine als alleinige (einzige), aktive Stickstoffdioxid-Quelle auf die obigen Erläuterungen verwiesen. Bezüglich des hier vorgeschlagenen Partikelagglomerators wird spezifiziert, dass dieser einen Nebenstromfilter umfasst. Ein solcher Nebenstromfilter zeichnet sich dadurch aus, dass dieser eine Vielzahl von Strömungspfaden für das Abgas bereitstellt, wobei das Abgas (theoretisch) die Möglichkeit hat, den Partikelagglomerator zu beströmen, ohne mit einem Filtermaterial in Kontakt zu kommen, bzw. dieses zu durchströmen. Zu diesem Zweck kann der Nebenstromfilter nach Art eines Wabenkörpers ausgebildet werden, der beispielsweise mit Kanalwänden ausgeführt ist, die wenigstens teilweise mit einem gasundurchlässigen Material gebildet sind und optional zusätzlich ein Filtermedium umfassen können. Das gasundurchlässige Material (bevorzugt eine Blechfolie) ist mm mit Erhebungen, Leitschaufel, ausgeführt, die den Kanal zumindest teilweise verschließen (bzw. umlenken) und damit eine Ablenkung wenigstens eines Teils des Abgasstrom hin zur Kanalwand (bzw. dem Filtermedium) bewirken. Dabei sind die Erhebungen so ausgebildet, dass diese an keiner Stelle den Kanal vollständig verschließen, somit einen an der Erhebung vorbei strömenden Nebenstrom ermöglichen. Ein möglicher Aufbau eines solchen Nebenstromfilter geht beispielsweise aus der WO 01/80978 A1 oder der WO 02/00326 A1 hervor, so dass zur Erläuterung insbesondere auf diese Dokumente Bezug genommen werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Kraftfahrzeugs hat der wenigstens eine Partikelagglomerator in Strömungsrichtung des Abgases zumindest eine erste Zone und eine zweite Zone, wobei die zweite Zone sich bis an eine stromabwärts angeordnete Stirnseite hin erstreckt und die zweite Zone einen Oxidationskatalysator umfasst. Damit ist insbesondere gemeint, dass sich der Partikelagglomerator in mindestens zwei, in axialer Richtung und über den gesamten Querschnitt des Partikelagglomerators erstreckende Zonen unterteilen lässt, wobei die stromabwärts angeordnete, sich bis zum stromabwärtigen Ende des Partikelagglomerators erstreckende Zone mit einem Oxidationskatalysator versehen ist. Dabei ist die erste Zone bevorzugt katalytisch inaktiv – also zum Beispiel frei von einer Beschichtung. Der Oxidationskatalysator kann beispielsweise nach Art einer üblichen Wachcoat-Beschichtung mit einer Edelmetall-Dotierung ausgeführt sein.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nun anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen, diese aber nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen schematisch:
  • 1: eine erste Ausführungsvariante einer Abgasnachbehandlungsanlage eines Kraftfahrzeugs,
  • 2: einen möglichen Verlauf der Stickstoffdioxid-Konzentration während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine,
  • 3: den Aufbau eines vorteilhaften Partikelagglomerators im Detail und
  • 4: einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung eines Partikelagglomerators.
  • 1 soll schematisch einen möglichen Aufbau für eine Abgasnachbehandlungsanlage 2 einer Verbrennungskraftmaschine 3 eines Kraftfahrzeugs 4 veranschaulichen, der grundsätzlich zur Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens geeignet ist. Das Kraftfahrzeug 4 weist somit zunächst eine Verbrennungskraftmaschine 3, insbesondere einen Dieselmotor, auf, der eine Mehrzahl von Brennräumen 21 hat, in denen das zugeführte Brennstoff-Luft-Gemisch verbrannt und von denen ausgehend das Abgas durch die Abgasleitung 19 in die Umgebung abgegeben wird.
  • Hierbei ist eine Abgasnachbehandlungsanlage 2 gezeigt, die in Strömungsrichtung 7 nach der Verbrennungskraftmaschine 3 eine Abzweigung für eine Abgasrückführung 12 aufweist, so dass geregelt ein Teil des Abgasstroms wieder den Brennräumen 21 der Verbrennungskraftmaschine 3 zugeführt werden kann. Weiter stromabwärts in Richtung der Strömungsrichtung 7 ist ein Partikelagglomerator 1 dargestellt. Diesem folgt weiter stromabwärts ein Turbolader 13, wobei beim Durchströmen des Abgases 13 gleichzeitig eine Turbine angetrieben wird, die die Luftmenge, die über den Ansaugtrakt 20 der Verbrennungskraftmaschine 3 zugeführt wird, verdichtet.
  • Nachdem nunmehr das Abgas in Strömungsrichtung 7 weiter die Abgasleitung 19, beispielsweise bis hin in einen Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs 4, geströmt ist, wird es mit weiteren Abgasnachbehandlungseinheiten 24 weiter von Schadstoffen befreit. Im hier veranschaulichten Fall durchströmt das Abgas in Strö mungsrichtung 7 einen Oxidationskatalysator 11, einen Filter 22 sowie einen SCR-Katalysator 23 (zur selektiven katalytischen Reaktion von Stickoxid), wobei das Abgas vor dem SCR-Katalysator 23 mit einem Reduktionsmittel vermengt wird, dass nur eine entsprechende Reduktionsmittel-Zugabe 25 eingeleitet wird. Das so gereinigte und umgesetzte Abgas strömt dann schließlich durch die Abgasleitung 19 in die Umgebung.
  • Der hier veranschaulichte Aufbau der Abgasnachbehandlungsanlage 2 erlaubt insbesondere eine diskontinuierliche, gezielte Regeneration des Partikelagglomerators 1 mit Stickstoffdioxiden, welche gezielt mit der Verbrennungskraftmaschine 3 bereitgestellt werden.
  • In 2 sind schematisch und beispielhaft verschiedene Verläufe der Stickstoffdioxid-Konzentration des seitens der Verbrennungskraftmaschine erzeugten Abgases für eine Regenerierung des Partikelagglomerators veranschaulicht. Die Abszisse 30 bezeichnet dabei die Zeit, während die Ordinate 31 im Wesentlichen die Stickstoffdioxid-Konzentration veranschaulicht.
  • Bezüglich eines ersten Verlaufs 26 ist festzuhalten, dass die Stickstoffdioxid-Konzentration zumeist unterhalb eines vorgegebenen Regenerationsfeldes 28 während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine 3 angeordnet ist. Soll nun eine Regeneration des Partikelagglomerators stattfinden, so wird die Stickstoffdioxid-Kontzentration im Abgas über eine Regenerationsphase 29 bzw. eine Betriebsphase der Verbrennungskraftmaschine so eingestellt, dass diese in Regenerationsfeld 28 liegt. Sollten die Anforderungen an die Verbrennungskraftmaschine sich ändern (z. B. Leistungsabfrage, Lastbereich, ...) oder die Regeneration des Partikelagglomerators beendet sein, kann die Verbrennungskraftmaschine 3 wieder mit einem geringeren Stickstoffdioxid-Anteil im Abgas betrieben werden. Damit kann ein diskontinuierlich und zu vorgegebenen und/oder berechneten Zeitpunkten eine nicht-thermische Regenerierung des Partikelagglomerators vorgenommen werden.
  • Darüber hinaus ist es aber auch möglich, dass der Stickstoffdioxid-Anteil im Abgas grundsätzlich so geregelt wird, dass dieser in regelmäßigen Abständen und/oder permanent im Bereich des Regenerationsfeldes 28 liegt, wie dies insbesondere durch den gestrichelt dargestellten zweiten Verlauf 27 veranschaulicht wird.
  • 3 veranschaulicht ein Detail einer Ausführungsvariante eines Partikelagglomerators 1. Dieser ist mit im Wesentlichen glatten Feinstdrahtlagen 15 nach Art eines metallischen Vlieses ausgeführt, zwischen denen strukturierte Metallfolien 14 vorgesehen sind, so dass sich in Strömungsrichtung 7 bzw. einer entsprechenden Achse des Partikelagglomerators 1 entlang erstreckende Kanäle 16 bilden. Im Inneren dieser Kanäle 16 sind durch Leitflächen 32 in der Metallfolie 14 Kanalengstellen 17 gebildet, die eine (teilweise) Ableitung des Abgasstromes hin zur Feinstdrahtlage 15 bewirken. Dabei sind die Kanalengstellen 17 bzw. die Leitflächen 32 so gebildet, dass der Kanal 16 nicht vollständig verschlossen ist, sondern ein Nebenstrom 33 ermöglicht bleibt. Infolge des Ausstülpen der Leitfläche 32 aus der Metallfolie 14 wird eine Durchtrittsöffnung 18 ausgebildet, die den Durchtritt von Abgas hin zu benachbarten Kanälen 16 ermöglicht.
  • Darüber hinaus wird in der 3 veranschaulicht, dass das Sickstoffdioxid (NO2), Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O2) enthaltende Abgas in den Partikelagglomerator 1 eintritt und dort eine Umsetzung der darin enthaltenen kohlenstoffhaltigen Partikel 5 mit dem Stickstoffdioxid einsetzt, so dass Stickstoffmonoxide (NO), Stickstoff (N2), Kohlendioxid (CO2) und Sauerstoff (O2) schließlich den Partikelagglomerator 1 wieder verlassen. Mit Hilfe des Partikelagglomerators wird die Wahrscheinlichkeit der Reaktion von Stickoxid und Rußpartikel deutlich erhöht, so dass sich relativ hohe Umsatzraten bei geringem Druckverlust des Abgases realisieren lassen und ein Verstopfen des Partikelagglomerators sicher vermieden wird.
  • In 4 ist ein Partikelagglomerator 1 dargestellt, der in Strömungsrichtung 7 zunächst eine erste Zone 8 und danach eine zweite Zone 9 aufweist, die sich bis hin zu einer rückwärtigen Stirnseite 10 erstreckt. Grundsätzlich ist der Partikelagglomerator 1 über seine gesamte Länge mit glatten Feinstdrahtlagen 15 und strukturierten Metallfolien 14 ausgeführt, wobei die Metallfolien 14 in benachbarten Kanälen 16 wechselseitig (entgegengesetzt angeordnete) sich verjüngende Kanalengstellen 17 aufweisen, die gleichzeitig einen Nebenstrom 33 zulassen und einen Teil des Abgases hin zur Feinstdrahtlage 15 bewirken. Auf diese Weise werden die Partikel 5, bevorzugt mit einem Durchmesser 6 kleiner 200 nm, in bzw. an den Wänden (bzw. der Feinstdrahtlage) des Partikelagglomerators 1 angelagert und mit dem bereitgestellten Stickstoffdioxid umgesetzt. Die erste Zone 8 weist dabei keine oxidativ wirksame Beschichtung auf, während die zweite Zone 9 durch einen entsprechend vorgesehenen Oxidationskatalysator 11 wieder neues Stickstoffdioxid zur Regeneration des Partikelagglomerators im hinteren Teil in-situ erzeugt.
  • Selbstverständlich können verschiedene Abwandlungen des hier vorgeschlagenen Systems ohne weiteres vorgenommen werden, ohne den hier beschriebenen Gedanken der Erfindung zu verlassen. So können beispielsweise andere Partikelagglomeratoren eingesetzt werden, es ist aber auch möglich, den Partikelagglomerator 1 beispielsweise nach einem Turbolader 13 zu positionieren. Auch die nachfolgenden Abgasnachbehandlungseinheiten 24 sind beliebig kombinierbar und ergänzbar. Außerdem kann die Erfindung auch mit einer anderen Verbrennungskraftmaschine betrieben werden – wie z. B. einen direkt einspritzenden Otto-Motor.
    • 1
    Partikelagglomerator
    2
    Abgasnachbehandlungsanlage
    3
    Verbrennungskraftmaschine
    4
    Kraftfahrzeug
    5
    Partikel
    6
    Durchmesser
    7
    Strömungsrichtung
    8
    erste Zone
    9
    zweite Zone
    10
    Stirnseite
    11
    Oxidationskatalysator
    12
    Abgasrückführung
    13
    Turbolader
    14
    Metallfolie
    15
    Feinstdrahtlage
    16
    Kanal
    17
    Kanalengstelle
    18
    Durchtrittsöffnung
    19
    Abgasleitung
    20
    Ansaugtrakt
    21
    Brennraum
    22
    Filter
    23
    SCR-Katalysator
    24
    Abgasnachbehandlungseinheit
    25
    Reduktionsmittelzugabe
    26
    erster Verlauf
    27
    zweiter Verlauf
    28
    Regenerationsfeld
    29
    Regenerationsphase
    30
    Abszisse
    31
    Ordinate
    32
    Leitfläche
    33
    Nebenstrom
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 01/80978 A1 [0018]
    • - WO 02/00326 A1 [0018]

Claims (11)

  1. Verfahren zur Regeneration wenigstens eines Partikelagglomerators (1) einer Abgasnachbehandlungsanlage (2) einer Verbrennungskraftmaschine (3) eines Kraftfahrzeuges (4), bei dem die Verbrennungskraftmaschine (3) zumindest in einer Betriebsphase so betrieben wird, dass direkt ein ausreichender Anteil an Stickstoffdioxiden (NO2) im Abgas erzeugt wird, um eine Umsetzung von kohlenstoffhaltigen Partikeln (5) in dem wenigsten einen Partikelagglomerator (1) zu gewährleisten.
  2. Verfahren nach Patentanspruch 1, bei dem die Verbrennungskraftmaschine (3) einen Anteil der Stickstoffdioxide (NO2) im Bereich von 25 Vol.-% bis 60 Vol.-% aller vorhandenen Stickoxide (NOx) liegt.
  3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, bei dem die Verbrennungskraftmaschine (3) bis hin zum wenigsten einen Partikelagglomerator (1) allein Stickstoffdioxid (NO2) aktiv generiert.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei dem in der Betriebsphase eine Erhöhung des Anteils eines in die Verbrennungskraftmaschine (3) zurück geführten Abgasstromes vorgenommen wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei dem in der Betriebsphase eine Absenkung der Brennraumtemperatur in der Verbrennungskraftmaschine (3) vorgenommen wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei dem in der Betriebsphase eine Erhöhung des Ladedruckes in der Verbrennungskraftmaschine (3) vorgenommen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei dem in der Betriebsphase eine Erhöhung des Sauerstoffgehaltes in der Verbrennungskraftmaschine (3) vorgenommen wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei dem die Verbrennungskraftmaschine (3) so betrieben wird, dass im Abgas kohlenstoffhaltige Partikel (5) mit mehrheitlich einem mittleren Durchmesser (6) von höchstens 200 Nanometer erzeugt werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei dem zumindest in der Betriebsphase eine aktive Temperaturerhöhung des Abgases durchgeführt wird.
  10. Kraftfahrzeug (4) aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (3) und eine Abgasnachbehandlungsanlage (2), welche mit wenigstens einem kontinuierlich regenerierbaren Partikelagglomerator (1) ausgeführt ist, wobei die Verbrennungskraftmaschine (3) alleinige aktive Stickstoffdioxid(NO2)-Quelle bis hin zum wenigstens einen Partikelagglomerator (1) ist und der wenigstens eine Partikelagglomerator (1) ein Nebenstromfilter ist.
  11. Kraftfahrzeug (4) nach Patentanspruch 10, bei dem der wenigstens eine Partikelagglomerator (1) in Strömungsrichtung (7) des Abgases zumindest eine erste Zone (8) und eine zweite Zone (9) hat, wobei die zweite Zone (9) sich bis an eine stromabwärts angeordnete Stirnseite (10) hin erstreckt und die zweite Zone (9) einen Oxidationskatalysator (11) umfasst.
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