DE102020100468A1

DE102020100468A1 - Abgasnachbehandlungssystem sowie Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102020100468A1
Application number: DE102020100468.0A
Authority: DE
Inventors: Johannes Bunkus; Stephan Kellner
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2021-07-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (10), mit einer Abgasanlage (20), in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors (10) durch die Abgasanlage (20) ein erster Oxidationskatalysator (28) und stromabwärts des ersten Oxidationskatalysators (28) ein Partikelfilter (36) sowie eine Abgasnachbehandlungskomponente (38, 40) zur Reduzierung der Stickoxidemissionen angeordnet sind. Es ist vorgesehen, dass der erste Oxidationskatalysator (28) eine katalytische Beschichtung (64) zur Durchführung einer kontinuierlichen Rußoxidation aufweist. Dabei wird der Oxidationskatalysator (28) mittels eines elektrisch beheizbaren Katalysators (66) auf ein Temperaturniveau aufgeheizt und auf diesem Temperaturniveau gehalten, bei dem eine kontinuierliche Oxidation der Rußpartikel mittels eines CRT-Verfahrens auf der katalytisch wirksamen Beschichtung (64) des Oxidationskatalysators (28) erfolgt.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem sowie ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellt hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen StickoxidEmissionen eine Herausforderung für die Motorenentwickler dar. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator oder einen NOx-Speicherkatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator), sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und ggf. weitere Katalysatoren, aufweisen. Um die hohen Anforderungen an minimale Stickoxidemissionen zu erfüllen, sind Abgasnachbehandlungssysteme bekannt, welche zwei in Reihe geschaltete SCR-Katalysatoren aufweisen, wobei jedem der SCR-Katalysatoren ein Dosierelement zur Eindosierung eines Reduktionsmittels vorgeschaltet ist. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wobei die wässrige Harnstofflösung Ammoniak im Abgaskanal freisetzt. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sich im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen.
Die EP 3 192 991 B1 offenbart ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Dieselmotor, welches einen elektrisch beheizbaren Oxidationskatalysator und einen stromabwärts des elektrisch beheizbaren Oxidationskatalysator angeordneten Dieselpartikelfilter sowie einen dem Dieselpartikelfilter nachgeschalteten SCR-Katalysator aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass der Dieseloxidationskatalysator durch das elektrische Heizelement auf eine Temperatur von 320°C bis 380°C aufgeheizt wird, um ein ideales Verhältnis von NO zu NO₂ für die selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden einzustellen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Rußbeladung eines Partikelfilters in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors zu verringern, um die Regenerationsintervalle des Partikelfilters zu verlängern und somit den Abgasgegendruck und den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors zu minimieren.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor gelöst, umfassend eine Abgasanlage, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors durch die Abgasanlage ein Oxidationskatalysator und stromabwärts des Oxidationskatalysators ein Partikelfilter sowie eine Abgasnachbehandlungskomponente zur Reduzierung der Stickoxidemissionen, insbesondere ein SCR-Katalysator, angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Oxidationskatalysator eine Beschichtung zur Durchführung einer kontinuierlichen Rußoxidation aufweist, wobei der Oxidationskatalysator mittels eines elektrisch beheizbaren Katalysators beheizbar ist, um auf ein Temperaturniveau gebracht und auf diesem Temperaturniveau gehalten werden zu können, bei dem eine kontinuierliche Oxidation der Rußpartikel mittels eines Continuous-Regeneration-Trap-Verfahrens (CRT-Verfahren) auf der katalytisch wirksamen Beschichtung erfolgt.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und nicht-triviale Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch genannten Abgasnachbehandlungssystems für einen Verbrennungsmotor möglich.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Partikelfilter eine katalytisch wirksame Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Beschichtung) oder eine katalytisch wirksame Beschichtung zur Durchführungen eines CRT-Verfahrens aufweist. Dadurch kann zusätzliche Katalysatorkapazität zur Verfügung gestellt werden. Durch einen Partikelfilter mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung zur kontinuierlichen Oxidation von Rußpartikeln kann die Beladung des Partikelfilters verlangsamt werden, da stets eine Teilmenge der Rußpartikel durch die Oxidation wieder abgebaut wird. Durch eine SCR-Beschichtung können zusätzlich die Stickoxidemissionen des Verbrennungsmotors gemindert werden. Dabei wird der Partikelfilter mit der SCR-Beschichtung vorzugsweise durch einen weiteren SCR-Katalysator unterstützt, welcher stromabwärts des Partikelfilters angeordnet ist, um den Kennfeldbereich des Verbrennungsmotors zu erweitern, bei dem zumindest einer der SCR-Katalysatoren in einem zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden erforderlichen Temperaturbereich betrieben wird.
In einer bevorzugter Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der elektrisch beheizbare Katalysator unmittelbar stromaufwärts des Oxidationskatalysators mit der katalytisch wirksamen Beschichtung angeordnet ist. Unter „unmittelbar stromaufwärts“ ist dabei eine Anordnung zu verstehen, bei welcher zwischen dem elektrisch beheizbaren Katalysator und dem Oxidationskatalysator keine weiteren Abgasnachbehandlungskomponenten angeordnet sind. Vorzugsweise ist der elektrisch beheizbare Katalysator mit einem Abstand von weniger als 5 cm von Oxidationskatalysator beabstandet, um einen effizienten Wärmetransport mittels Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion von dem elektrisch beheizbaren Katalysator auf den Oxidationskatalysator zu ermöglichen.
Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass der elektrisch beheizbare Katalysator unmittelbar stromabwärts des Oxidationskatalysators, mit der katalytisch wirksamen Beschichtung, angeordnet ist. Dabei ist der elektrisch beheizbare Katalysator vorzugsweise mit einem Abstand von weniger als 5 cm stromabwärts des Oxidationskatalysators angeordnet, sodass die Wärme des elektrisch beheizbaren Katalysators über die Wärmeleitung und die Wärmestrahlung auf den Oxidationskatalysator übertragen wird.
In einer weitere vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der elektrisch beheizbare Katalysator stromabwärts eines ersten Oxidationskatalysators und stromaufwärts eines zweiten Oxidationskatalysators angeordnet ist. Dadurch kann die Wärmestrahlung des elektrisch beheizbaren Katalysators zum Aufheizen des ersten Oxidationskatalysator und die Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion zum Aufheizen des zweiten Oxidationskatalysators genutzt werden. Dabei kann das Katalysatorvolumen auf die beiden Oxidationskatalysatoren aufgeteilt werden, sodass die jeweiligen Oxidationskatalysatoren kleiner und kompakter als ein leistungsgleicher einzelner Oxidationskatalysator ausgeführt werden können, wodurch sich diese schneller auf eine Betriebstemperatur erwärmen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der elektrisch beheizbare Katalysator in den Oxidationskatalysator integriert oder mit dem Oxidationskatalysator in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist. Dadurch ist eine besonders einfache Montage des Abgasnachbehandlungssystems möglich, da die Anzahl an zu montierender Bauteile für die Abgasanlage reduziert werden kann.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotos mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem vorgeschlagen, wobei der Oxidationskatalysator durch den elektrisch beheizbaren Katalysator auf eine Temperatur von mindestens 350°C, vorzugsweise von mindestens 400°C, aufgeheizt wird, um eine kontinuierliche Oxidation der Rußpartikel im Abgasstrom des Verbrennungsmotors mittels eines CRT-Verfahrens zu ermöglichen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die im Abgasstrom des Verbrennungsmotors enthaltenen Rußpartikel beim Auftreffen auf eine Oberfläche des Oxidationskatalysators mit dem im Abgasstrom des Verbrennungsmotors enthaltenen Stickoxiden oxidieren.
In einer Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen dass der elektrisch beheizbare Katalysator in Kennfeldbereichen des Verbrennungsmotors mit einer erhöhten Partikelrohemission aktiviert wird. Durch die kontinuierliche Oxidation der Rußpartikel wird zusätzlich zum Partikelfilter eine zweite Abgasnachbehandlungskomponente zur Reduzierung der Rußpartikel geschaffen. Somit können auch höhere Partikelrohemissionen durch die Abgasnachbehandlung gemindert werden, sodass ein Anstieg der Partikelrohemissionen nicht zu einem unzulässigen Anstieg der Endrohremissionen oder einer unzulässig hohen Beladung des Partikelfilters führen.
In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der elektrisch beheizbare Katalysator aktiviert wird, wenn eine Konvertierung der Stickoxidemissionen im Abgasstrom des Verbrennungsmotors eingeschränkt oder unmöglich ist. Prinzipiell besteht bei der Auslegung eines Dieselbrennverfahrens ein Zielkonflikt zwischen einer geringen Stickoxidemission und einer geringen Partikelemission (NOx-Partikel-Trade-Off). Kann eine effiziente Abgasnachbehandlung der Stickoxidemissionen nicht gewährleistet werden, so kann das Brennverfahren in Hinblick auf geringe NOx-Rohemissionen und erhöhte Partikelrohemissionen ausgelegt werden. Diese erhöhten Partikelrohemissionen können durch die kontinuierliche Oxidation des Rußes an der katalytisch wirksamen Oberfläche des Oxidationskatalysators verringert werden, wodurch minimale Endrohremissionen bzgl. Stickoxiden und Partikeln erreicht werden können.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Brennverfahren, im Wesentlichen bestehend aus der Einspritzmenge und/oder der Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffs in die Brennräume des Verbrennungsmotors, Ladedruck und -temperatur und dem Anteil des zurückgeführten Abgases, derart gewählt wird, dass die Stickoxidrohemissionen verringert und gleichzeitig die Partikelrohemissionen erhöht werden.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Abgasnachbehandlungssystem eines Verbrennungsmotors zur kontinuierlichen Oxidation von Rußpartikeln;
2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasnachbehandlungssystem zur kontinuierlichen Oxidation von Rußpartikeln mittels eines CRT-Verfahrens.
3 eine bevorzugte Katalysatoranordnung eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems zur kontinuierlichen Oxidation von Rußpartikeln;
4 eine weitere Katalysatoranordnung eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems zur kontinuierlichen Oxidation von Rußpartikeln;
5 eine weitere Katalysatoranordnung eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems zur kontinuierlichen Oxidation von Rußpartikeln;

1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10, welcher mit seinem Auslass 16 mit einer Abgasanlage 20 verbunden ist. Der Verbrennungsmotor 10 weist eine Mehrzahl von Brennräumen 12 auf, an welchen jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 zur Einspritzung eines brennbaren Kraftstoffs in den jeweiligen Brennräumen 12 des Verbrennungsmotors 10 angeordnet ist. Der Auslass 16 des Verbrennungsmotors 10 umfasst einen Abgaskrümmer 18, in welchem die Abgase der Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 gesammelt und einem gemeinsamen Abgaskanal 22 der Abgasanlage 20 zugeführt werden.
In der Abgasanlage 20 sind in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors 10 stromabwärts einer Turbine 26 eines Abgasturboladers 24 ein elektrisch beheizbarer Katalysator 66, stromabwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators 66 ein erster Oxidationskatalysator 28, und stromabwärts des ersten Oxidationskatalysators 28 ein Partikelfilter 36 angeordnet. Der Partikelfilter 36 weist vorzugsweise eine katalytische wirksame Beschichtung 38, insbesondere eine Beschichtung 38 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Beschichtung) oder eine Beschichtung zur katalytischen Oxidation von Rußpartikeln, auf. Alternativ kann der Partikelfilter 36 auch unbeschichtet ausgeführt sein. Der elektrisch beheizbare Katalysator 66 umfasst ein elektrisches Heizelement 68, insbesondere eine elektrische Heizscheibe. Stromabwärts des ersten Oxidationskatalysators 28 und stromaufwärts des Partikelfilters 36 ist ein erstes Dosierventil 58 zur Einbringung eines Reduktionsmittels 52 in den Abgaskanal 22 angeordnet. Dem ersten Dosierventil 58 ist ein erster Abgasmischer 34 nachgeschaltet, um eine homogene Vermischung des Reduktionsmittels 52 mit dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen.
Stromabwärts des Partikelfilters 36 ist eine Verzweigung 46 ausgebildet, an welcher ein Abgasrückführungskanal einer Niederdruck-Abgasrückführung 48 aus dem Abgaskanal 22 der Abgasanlage 20 abzweigt. Stromabwärts der Verzweigung 46 ist eine Abgasklappe 44 vorgesehen, mit welcher die Menge des über die Niederdruck-Abgasrückführung 48 zurückgeführten Abgases gesteuert werden kann. Das erste Dosierventil 58 ist über eine erste Reduktionsmittelleitung 54 mit einem Reduktionsmittelbehälter 50 verbunden, in welchem das Reduktionsmittel 52, insbesondere wässrige Harnstofflösung, bevorratet ist.
Dem Verbrennungsmotor 10 ist ein Steuergerät 70 zugeordnet, über welches die Kraftstoffeinspritzung durch die Injektoren 14 in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 gesteuert wird. Ferner steuert das Steuergerät 70 die Eindosierung des Reduktionsmittels 52 durch das erste Dosierventil 58 und die Heizleistung des elektrisch beheizbaren Katalysators 66.
Im Betrieb des Verbrennungsmotors 10 wird der elektrisch beheizbare Katalysator 66 durch das Steuergerät 70 angesteuert und durch das elektrische Heizelement 68 aufgeheizt. Dabei wird das elektrische Heizelement 68 derart angesteuert, dass der Oxidationskatalysator 28 sich auf eine Temperatur von mindestens 350°C, vorzugsweise von mindestens 400°C, besonders bevorzugt von mindestens 450°C, aufheizt, sodass die Rußpartikel mit den im Abgasstrom vorhandenen Stickoxiden mittels eines CRT-Verfahrens oxidiert werden können. Dadurch kann die Beladung des Partikelfilters 36 reduziert werden, wodurch der Zeitraum zwischen zwei notwendigen Regenerationen des Partikelfilters 36 verlängert werden kann. Durch die geringere Beladung des Partikelfilters 36 sinkt der Abgasgegendruck, wodurch der Verbrauch des Verbrennungsmotors 10 reduziert werden kann.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor 10 dargestellt, welcher mit seinem Auslass 16 mit einer Abgasanlage 20 verbunden ist. Der Verbrennungsmotor 10 weist eine Mehrzahl von Brennräumen 12 auf, an welchen jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 zur Einspritzung eines brennbaren Kraftstoffs in den jeweiligen Brennraum 12 des Verbrennungsmotors 10 angeordnet ist. Der Auslass 16 des Verbrennungsmotors 10 umfasst einen Abgaskrümmer 18, in welchem die Abgase der Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 gesammelt und einem gemeinsamen Abgaskanal 22 der Abgasanlage 20 zugeführt werden.
In der Abgasanlage 20 sind in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors 10 stromabwärts einer Turbine 26 eines Abgasturboladers 24 ein elektrisch beheizbarer Katalysator 66, stromabwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators 66 ein erster Katalysator, vorzugsweise ein erster Oxidationskatalysator 28 oder eine NOx-Speicherkatalysator 30, und stromabwärts des ersten Katalysators 28, 30, ein Partikelfilter 36 angeordnet. Der Partikelfilter 36 weist vorzugsweise eine katalytische Beschichtung 38, insbesondere eine Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Beschichtung) 38 auf. Alternativ kann der Partikelfilter 36 auch mit einer Beschichtung 38 zur Herabsetzung der Oxidationstemperatur von Rußpartikeln beschichtet sein. Alternativ kann der Partikelfilter 36 auch unbeschichtet ausgeführt sein. Der elektrisch beheizbare Katalysator 66 umfasst ein elektrisches Heizelement 68, insbesondere eine elektrische Heizscheibe. Stromabwärts des ersten Katalysators 28, 30 und stromaufwärts des Partikelfilters 36 ist ein erstes Dosierventil 58 zur Einbringung eines Reduktionsmittels 52 in den Abgaskanal 22 angeordnet. Dem ersten Dosierventil 58 ist ein erster Abgasmischer 34 nachgeschaltet, um eine homogene Vermischung des Reduktionsmittels 52 mit dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen.
Stromabwärts des Partikelfilters 36 ist eine Verzweigung 46 ausgebildet, an welcher ein nicht dargestellter Abgasrückführungskanal einer Niederdruck-Abgasrückführung 48 aus dem Abgaskanal 22 der Abgasanlage 20 abzweigt. Stromabwärts der Verzweigung 46 ist ein weiterer SCR-Katalysator 40 angeordnet. Diesem ist vorzugsweise ein Ammoniaksperrkatalysator 42 nachgeschaltet, um einen unkontrollierten Austritt von Ammoniak und eine damit verbundene Geruchsbelästigung zu vermeiden. Stromabwärts der Verzweigung 46 und stromaufwärts des weiteren SCR-Katalysators 40 ist ein zweites Dosierventil 60 zur Einbringung eines Reduktionsmittels 52 in den Abgaskanal 22 des Verbrennungsmotors 10 angeordnet. Dem zweiten Dosierventil 60 ist ein weiterer Abgasmischer 62 nachgeschaltet, um die Durchmischung des Abgasstroms mit dem Reduktionsmittel 52 vor dem Eintritt in den SCR-Katalysator 40 zu verbessern. Das erste Dosierventil 58 und das zweite Dosierventil 60 sind jeweils über eine Reduktionsmittelleitung 54, 56 mit einem Reduktionsmittelbehälter 50 verbunden, in welchem das Reduktionsmittel 52, insbesondere wässrige Harnstofflösung, bevorratet ist.
Dem Verbrennungsmotor 10 ist ein Steuergerät 70 zugeordnet, über welches die Kraftstoffeinspritzung durch die Injektoren 14 in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 gesteuert wird. Ferner steuert das Steuergerät 70 die Eindosierung des Reduktionsmittels 52 durch die beiden Dosierventile 58, 60 und die Heizleistung des elektrisch beheizbaren Katalysators 66.
In 3 ist eine bevorzugte Katalysatoranordnung eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems dargestellt. Dabei sind in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors 10 durch die Abgasanlage 20 ein erster Oxidationskatalysator 28 mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung 64 und stromabwärts des Oxidationskatalysators 28 ein Partikelfilter 36 mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung 38 angeordnet. Stromabwärts des Oxidationskatalysators 28 ist ein erstes Dosierventil 58 zur Eindosierung eines Reduktionsmittels 52 in den Abgaskanal 22 der Abgasanlage 20 vorgesehen. Dem Dosierventil 58 ist ein Abgasmischer 34 nachgeschaltet, um eine bessere Durchmischung des Reduktionsmittels 52 mit dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 vor dem Eintritt in den Partikelfilter 36 zu erreichen. In dieser bevorzugten Katalysatoranordnung wird die Abwärme des elektrisch beheizbaren Katalysators 66 über Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion auf den ersten Oxidationskatalysator 28 übertragen, wodurch sich dieser besonders schnell und effektiv auf seine Betriebstemperatur aufheizen lässt.
In 4 ist eine weitere Katalysatoranordnung für ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 3 ausgeführt, ist der erste Oxidationskatalysator 28 in diesem Ausführungsbeispiel in einen ersten Oxidationskatalysator 28 und einen zweiten Oxidationskatalysator 32 unterteilt, wobei der elektrisch beheizbare Katalysator 66 stromabwärts des ersten Oxidationskatalysators 28 und stromaufwärts des zweiten Oxidationskatalysators angeordnet ist.
In 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel für eine Katalysatoranordnung eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 3 ausgeführt, ist in diesem Ausführungsbeispiel der elektrisch beheizbare Katalysator 66 stromabwärts des ersten Oxidationskatalysators 28 angeordnet. Dabei wird der erste Oxidationskatalysator 28 mittels Wärmeleitung und Wärmestrahlung des elektrisch beheizbaren Katalysators 66 aufgeheizt. Eine konvektive Wärmeübertragung durch den Abgasstrom entfällt dabei, wobei die Abwärme des elektrisch beheizbaren Katalysators 66 in diesem Fall dazu genutzt werden kann, den Abgasmischer 34 und den Partikelfilter 36 elektrisch zu beheizen. Durch eine konvektive Wärmeübertragung von dem elektrisch beheizbaren Katalysator 66 auf den Abgasmischer 34 kann verhindert werden, dass sich Ablagerungen von dem Reduktionsmittel 52 auf dem Abgasmischer 34 bilden und somit den Abgasgegendruck erhöhen.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungsmotor
12: Brennraum
14: Kraftstoffinjektor
16: Auslass
18: Abgaskrümmer
20: Abgasanlage
22: Abgaskanal
24: Abgasturbolader
26: Turbine
28: erster Oxidationskatalysator
30: NOx-Speicherkatalysator
32: zweiter Oxidationskatalysator
34: erster Abgasmischer
36: Partikelfilter
38: katalytisch wirksame Beschichtung (SCR-Beschichtung)
40: SCR-Katalysator
42: Ammoniaksperrkatalysator
44: Abgasklappe
46: Verzweigung
48: Niederdruck-Abgasrückführung
50: Reduktionsmittelbehälter
52: Reduktionsmittel
54: erste Reduktionsmittelleitung
56: zweite Reduktionsmittelleitung
58: erstes Dosierventil
60: zweites Dosierventil
62: zweiter Abgasmischer
64: katalytische Beschichtung
66: elektrisch beheizbarer Katalysator
68: elektrisches Heizelement
70: Steuergerät

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3192991 B1 [0003]

Claims

Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (10), umfassend eine Abgasanlage (20), in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors (10) ein erster Oxidationskatalysator (28) und stromabwärts des ersten Oxidationskatalysators (28) ein Partikelfilter (36) sowie eine Abgasnachbehandlungskomponente (38, 40) zur Reduzierung der Stickoxidemissionen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Oxidationskatalysator (28) eine katalytische Beschichtung (64) zur Durchführung einer kontinuierlichen Rußoxidation aufweist, wobei der erste Oxidationskatalysator (28) mittels eines elektrisch beheizbaren Katalysators (66) beheizbar ist, um auf ein Temperaturniveau gebracht und auf diesem Temperaturniveau gehalten werden zu können, bei dem eine kontinuierliche Oxidation der Rußpartikel mittels eines CRT-Verfahrens auf der katalytisch wirksamen Beschichtung (64) erfolgt.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (36) eine katalytisch wirksame Beschichtung (38) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden oder eine katalytisch wirksame Beschichtung (38) zur Durchführungen eines CRT-Verfahrens aufweist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch beheizbare Katalysator (66) unmittelbar stromaufwärts des ersten Oxidationskatalysators (28) angeordnet ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch beheizbare Katalysator (66) unmittelbar stromabwärts des ersten Oxidationskatalysators (28) mit der katalytisch wirksamen Beschichtung (64) angeordnet ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch beheizbare Katalysator (66) stromabwärts eines ersten Oxidationskatalysators (28) und stromaufwärts eines zweiten Oxidationskatalysator (32) angeordnet ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch beheizbare Katalysator (66) in den ersten Oxidationskatalysator (28) integriert ist.
Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einem Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Oxidationskatalysator (28) durch den elektrisch beheizbaren Katalysator (66) auf eine Temperatur von mindestens 350°C aufgeheizt wird, um eine kontinuierliche Oxidation der Rußpartikel im Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) mittels eines CRT-Verfahrens zu ermöglichen.
Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch beheizbare Katalysator (66) in Kennfeldbereichen des Verbrennungsmotors (10) mit einer erhöhten Partikelrohemission aktiviert wird.
Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch beheizbare Katalysator (66) aktiviert wird, wenn eine Konvertierung der Stickoxidemissionen im Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) eingeschränkt oder unmöglich ist.
Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennverfahren des Verbrennungsmotors (10) derart gewählt wird, dass die NOx-Rohemissionen verringert und gleichzeitig die Partikelrohemissionen erhöht werden.