DE10361791A1 - Vorrichtung zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine und Verfahren zur Regeneration einer solchen Abgasreinigungsanlage - Google Patents

Vorrichtung zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine und Verfahren zur Regeneration einer solchen Abgasreinigungsanlage Download PDF

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Regeneration einer Abgasanlage (3) einer Brennkraftmaschine (1), wobei die Abgasvorrichtung einen NOx-Speicherkatalysator (4) und einen in Abgasströmungsrichtung nachfolgenden Partikelfilter (5) aufweist, wird bei einer Desulfatierung des NOx-Speicherkatalysators (4) mit unterstöchiometrischen Abgas der Partikelfilter (5) mit Sekundärluft beaufschlagt. Dazu weist die Abgasreinigungsvorrichtung eine Sekundärluftvorrichtung (6) auf, die zwischen dem NOx-Speicherkatalysator (4) und dem Partikelfilter (5) Sekundärluft bei einer Regeneration einbläst.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine, aufweisend einen NOx-Speicherkatalysator und einen nachfolgend angeordneten Partikelfilter, und eine Vorrichtung zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 10.
  • Moderne Abgasreinigungsanlagen für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen mager betreibbaren Otto-Motor oder eine Dieselbrennkraftmaschine, umfassen einen NOx-Speicherkatalysator und einen nachfolgend angeordneten Partikelfilter. Die Systeme NOx-Speicherkatalysator und Partikelfilter müssen in bestimmten Zeitabständen, die sich nach der Beladung des jeweiligen Systems richten, regeneriert werden. Weiterhin ist es aufgrund des Schwefelgehalts in den verwendeten Kraftstoffen notwendig, das Speichermaterial des NOx-Speicherkatalysators von Zeit zu Zeit zu Entschwefeln, um die Funktionssicherheit des Speichers zu gewährleisten.
  • Die Schwefelregeneration eines NOx-Speicherkatalysators ist bei einer Vollentschwefelung, die bei einem konstanten unterstöchiometrischen Motorbetrieb stattfindet, am effizientesten. Hierbei entstehen allerdings unerwünschte H2S-Emissionen, die aufgrund ihrer Geruchsbelästigung und Toxizität unbedingt zu vermeiden sind. Bei aktuellen FSI-Motoren wird zur Unterdrückung und Vermeidung unerwünschter Sekundäremissionen, wie dem H2S, das Luftverhältnis alternierend um den stöchiometrischen Wert eingestellt, was auch im Fachjargon als Wobbelung bezeichnet wird. Diese Vorgehensweise ist beim mager betreibbaren Ottomotor jedoch weniger effektiv als eine Vollentschwefelung und bei der Dieselbrennkraftmaschine nur eingeschränkt möglich.
  • Ein gattungsgemäßes Verfahren ist beispielsweise aus der DE 100 23 439 bekannt, wo eine Abgasreinigungsanlage, bestehend aus einem NOx-Speicher und einem nachfolgend angeordneten Partikelfilter, in zwei Zyklen regeneriert wird. Dabei wird der NOx-Speicherkatalysator in einem ersten Zyklus durch Anfetten denitriert und ein einem zweiten Zyklus wird der Partikelfilter durch Anheben der Temperatur des mageren Abgases auf eine Wert größer als die Zündtemperatur des Rußes abgebrannt und anschließend wird der NOx-Speicherkatalysator durch Anfetten desulfatiert.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur verbesserten Regeneration einer Abgasreinigungsvorrichtung, bestehend aus einem NOx-Speicherkatalysator und nachgeschaltetem Partikelfilter, einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei kein H2S freigesetzt wird.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Regeneration einer Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung einen NOx-Speicherkatalysator und einen in Abgasströmungsrichtung nachfolgenden Partikelfilter aufweist, wird bei einer Desulfatierung des NOx-Speicherkatalysators mit unterstöchiometrischem Abgas der Partikelfilter mit Sekundärluft beaufschlagt.
  • Vorzugsweise erfolgt mit dem Beginn der Desulfatierung des NOx-Speicherkatalysators die Beaufschlagung des Partikelfilters mit Sekundärluft und insbesondere wird mit dem Ende der Desulfatierung des v-Speicherkatalysators die Beaufschlagung des Partikelfilters mit Sekundärluft beendet. Es wird also vorzugsweise eine synchrone, gleichzeitige Entschwefelung des v-Speicherkatalysators und Regeneration des Partikelfilters durchgeführt. Die Desulfatierung des v-Speicherkatalysators erfolgt insbesondere durch unterstöchiometrischen Betrieb der Brennkraftmaschine.
  • Insbesondere kann auch bei einer Denitrierung, d.h. Entstickung, des NOx-Partikelfilters mit unterstöchiometrischem Abgas der Partikelfilter mit Sekundärluft beaufschlagt werden, wobei die Beaufschlagung des Partikelfilters mit Sekundärluft vorzugsweise mit dem Beginn der Denitrierung des NOx-Speicherkatalysators die Beaufschlagung erfolgt und mit dem Ende der Denitrierung des NOx-Speicherkatalysators die Beaufschlagung des Partikelfilters mit Sekundärluft beendet wird. Die Denitrierung des NOx-Speicherkatalysators erfolgt vorzugsweise durch unterstöchiometrischen Betrieb der Brennkraftmaschine.
  • Vorzugsweise erfolgt die Beaufschlagung des Partikelfilters mit Sekundärluft durch Einblasung der Sekundärluft nach dem NOx-Speicherkatalysators und vor dem Partikelfilter.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine weist einen NOx-Speicherkatalysator und einen in Abgasströmungsrichtung nachfolgenden Partikelfilter auf, wobei die Vorrichtung weiterhin eine Sekundärluftvorrichtung zum Zuführen von Sekundärluft zu dem Partikelfilter aufweist. Insbesondere bläst die Sekundärluftvorrichtung die Sekundärluft nach dem NOx-Speicherkatalysator und vor dem Partikelfilter ein, um die Sekundärluft dem Partikelfilter auf seiner Abgaseintrittsseite zuzuführen. Vorzugsweise weist Sekundärluftvorrichtung eine Sekundärluftpumpe auf.
  • Insbesondere weist der Partikelfilter eine Edelmetallbeschichtung auf und die Vorrichtung umfasst vorzugsweise eine Steuereinrichtung, die die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators und des Partikelfilters sowie die Sekundärluftzufuhr steuert.
  • Durch die Vollentschwefelung des NOx-Speicherkatalysators mittels des unterstöchiometrische Abgases erfolgt zwar eine Bildung von unerwünschter Sekundäremission, d.h. Schwefelwasserstoff H2S, jedoch wird diese Sekundäremission durch die Sekundärlufteinblasung nach dem NOx-Speicherkatalysator und vor dem Partikelfilter anschließend wieder oxidiert. Mit anderen Worten, das den NOx-Speicherkatalysator während der Entschwefelung passierende unterstöchiometrische Abgas erzeugt zusammen mit der Sekundärluft im Partikelfilter, d.h. auf dem Filter, eine stark exotherme Reaktion, wodurch die Komponenten HC, CO, H2S und Ruß oxidiert werden und der Partikelfilter regeneriert wird.
  • Es ergeben sich bei dem obigen Verfahren daher die folgenden allgemeinen Vorteile:
  • Es erfolgt eine synchrone, gleichzeitige Entschwefelung des NOx-Speicherkatalysators und Regeneration des Partikelfilters und durch die synchrone Regeneration wird ein Mehrverbrauch an Kraftstoff reduziert, da beide Vorgänge gleichzeitig stattfinden.
  • Die Funktionalitäten NOx-Speicherung und Partikelfilter sind baulich voneinander getrennt, so dass jeder NOx-Speicherkatalysator mit jedem Partikelfilter kombinierbar ist.
  • Bei der Regeneration des Partikelfilters hat man den Vorteil, dass der Partikelfilter ohne zusätzliches Additiv regeneriert werden kann. Es ist kein zusätzlicher Betriebsstoff sowie kein zusätzlicher Tank nötig. So kann auch ein durch ein Additiv bedingter Ascheeintrag in den Partikelfilter vollständig ausgeschlossen werden, wie dies bei konventionellen Systemen der Fall ist.
  • Weiterhin kann der für die Regeneration zur Verfügung stehende Kennfeldbereich der Brennkraftmaschine deutlich vergrößert werden und eine im Teillastbereich nötige Partikelfilterregeneration ist auch bei geringen Abgastemperaturen möglich, da die benötigte Exothermie direkt auf dem Filter erzeugt wird. Der benötigte Energiemehraufwand für die Regeneration des Partikelfilters, d.h. die zur Erreichung des Rußflammpunktes notwendige Energie, wird reduziert, da die Temperatur direkt auf dem Filter entsteht und somit keine unnötigen Wandwärmeverluste stromauf des Filters entstehen.
  • Durch die Vollentschwefelung ergibt sich der Vorteil, dass die Emission von H2S vollständig ausgeschlossen werden kann. Die Vollentschwefelung ist effektiver, schneller und zuverlässiger als andere Verfahren wie beispielsweise die oben genannte λ-Wobbelung. Weiterhin können eventuelle Reduktionsmitteldurchbrüche während der Entschwefelung stromab des Speicherkatalysators oxidiert werden, was zu einer zusätzlichen Minimierung der Emissionskomponenten HC und CO führt.
  • Weiterhin kann die Sekundärluft auch bei der Entstickung eingesetzt werden, um auftretende Reduktionsmitteldurchbrüche zu oxidieren, was auch hier zu einer zusätzlichen Minimierung der Emissionskomponenten HC und CO führt.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Zeichnung näher erläutert.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung in schematischer Darstellung.
  • Eine Brennkraftmaschine 1, beispielsweise ein mager betreibbarer Otto-Motor oder eine Dieselbrennkraftmaschine, emittiert zu reinigendes Abgas in einen Krümmer 2, der mit einer Abgasreinigungsvorrichtung 3 verbunden ist. Die Abgasreinigungsvorrichtung 3 umfaßt einen NOx-Speicherkatalysator 4 und einen in Abgasströmungsrichtung nachfolgend angeordneten Partikelfilter 5. Dabei ist der NOx-Speicherkatalysator über ein vorderen Abgasrohr 7 mit dem Krümmer 2 und der NOx-Speicherkatalysator über ein mittleres Abgasrohr mit dem Partikelfilter 5 verbunden. Das gereinigte Abgas wird über ein ausgangsseitig mit dem Partikelfilter 5 verbundenes Endrohr 9 abgeleitet. Weiterhin weist die Abgasreinigungsvorrichtung eine Sekundärluftvorrichtung 6 auf, die Sekundärluft über ein Einblasrohr 12 in das mittlere Abgasrohr 8, d.h. zwischen NOx-Speicherkatalysator 4 und Partikelfilter 5, bei Bedarf einbläst. Die Sekundärluftvorrichtung 6 umfasst ferner eine Sekundärluftpumpe 11, die Sekundärluft über ein Ansaugrohr 10 ansaugt und in Pfeilrichtung in das Einblasrohr 12 pumpt. Durch die Einbringung der Sekundärluft wird eine stark exotherme Oxidationsreaktion auf dem Partikelfilter 5 bei einer Vollentschwefelung, d.h. bei unterstöchiometrischen Abgas, der Abgaskomponenten erzeugt, so daß die Flammtemperatur, d.h. ca. 500 bis 700°C, des im Partikelfilter 5 angesammelten Rußes erreicht und der Partikelfilter 5 regeneriert wird.
    • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Krümmer
    3
    Abgasreinigungsvorrichtung
    4
    NOx-Speicherkatalysator
    5
    Partikelfilter
    6
    Sekundärluftvorrichtung
    7
    vorderes Abgasrohr
    8
    mittleres Abgasrohr
    9
    Endrohr
    10
    Ansaugrohr
    11
    Sekundärluftpumpe
    12
    Einblasrohr

Claims (14)

  1. Verfahren zur Regeneration einer Abgasreinigungsvorrichtung (3) einer Brennkraftmaschine (1), wobei die Abgasreinigungsvorrichtung (3) einen NOx-Speicherkatalysator (4) und einen in Abgasströmungsrichtung nachfolgenden Partikelfilter (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Desulfatierung des NOx-Speicherkatalysators (4) mit unterstöchiometrischem Abgas der Partikelfilter (5) mit Sekundärluft beaufschlagt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Beginn der Desulfatierung des NOx-Speicherkatalysators (4) die Beaufschlagung des Partikelfilters (5) mit Sekundärluft erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Ende der Desulfatierung des NOx-Speicherkatalysators (4) die Beaufschlagung des Partikelfilters (5) mit Sekundärluft beendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Desulfatierung des NOx-Speicherkatalysators (4) durch unterstöchiometrischen Betrieb der Brennkraftmaschine (1) erfolgt.
  5. Verfahren, insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Denitrierung des NOx-Speicherkatalysators (4) durch unterstöchiometrisches Abgas der Partikelfilter (5) mit Sekundärluft beaufschlagt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Beginn der Denitrierung des NOx-Speicherkatalysators (4) die Beaufschlagung des Partikelfilters (5) mit Sekundärluft erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Ende der Denitrierung des NOx-Speicherkatalysators (4) die Beaufschlagung des Partikelfilters (5) mit Sekundärluft beendet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Denitrierung des NOx-Speicherkatalysators (4) durch unterstöchiometrischen Betrieb der Brennkraftmaschine erfolgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung des Partikelfilters (5) mit Sekundärluft durch Einblasung der Sekundärluft nach dem NOx-Speicherkatalysators (4) und vor dem Partikelfilter (5) erfolgt.
  10. Vorrichtung zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung (3) einen NOx-Speicherkatalysator (4) und einen in Abgasströmungsrichtung nachfolgenden Partikelfilter (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (3) eine Sekundärluftvorrichtung (6) zum Zuführen von Sekundärluft zu dem Partikelfilter (5) aufweist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftvorrichtung (6) die Sekundärluft nach dem NOx-Speicherkatalysator (4) und vor dem Partikelfilter (5) einbläst, um die Sekundärluft dem Partikelfilter (5) auf seiner Abgaseintrittsseite zuzuführen.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass Sekundärluftvorrichtung (6) eine Sekundärluftpumpe (11) aufweist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (5) eine Edelmetallbeschichtung aufweist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (3) eine Steuereinrichtung aufweist, die die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators (4) und des Partikelfilters (5) sowie die Sekundärluftvorrichtung (6) steuert.
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