WO2004111401A1 - Vorrichtung zur reinigung des abgases einer brennkraftmaschine und verfahren hierzu - Google Patents

Vorrichtung zur reinigung des abgases einer brennkraftmaschine und verfahren hierzu Download PDF

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a device for cleaning the exhaust gas of an internal combustion engine with an arrangement for selective catalytic reduction.
  • the invention further relates to a method for cleaning exhaust gases from an internal combustion engine, in which an exhaust gas stream is passed through a device for selective catalytic reduction.
  • a suitable reducing agent is, for example, NH 3 , which can be introduced as a gas into the exhaust gas stream.
  • SCR selective catalytic reduction
  • the ammonia is contained in the exhaust gas
  • Nitrogen oxides selectively converted to molecular nitrogen and water are selectively converted to molecular nitrogen and water.
  • One problem the insufficient activity of the known SCR system is to be considered at exhaust temperatures below about 25O 0 C.
  • a prescreening of an oxidation catalyst the one hand ensures a reduction in the proportions of deactivating acting hydrocarbons and on the other hand for oxidation of NO to NO 2, which overall leads to a substantial increase in NOx conversion at exhaust gas temperatures above about 150 0 C.
  • MVEG Motor Vehicles Emissions Expert Group; an expert group of the European Commission
  • a mixing distance of approx. 40 cm can be provided, which may be with a
  • a mixing device for an exhaust gas cleaning system is described in the older German patent application with the file number 101 31 803.0.
  • a mixing body arranged in the exhaust pipe has a gas impact surface and a beam impact surface, so that exhaust gas flowing from the internal combustion engine onto the gas impact surface and transversely to the
  • Exhaust gas feed reductant can hit the jet impact surface.
  • DE 197 40 702 provides, by connecting an adsorption catalyst upstream of a catalyst for selective catalytic reduction, to further reduce the nitrogen oxide emission, in particular when the internal combustion engine is warming up, than is the case with conventional ones
  • the adsorption catalyst is regenerated by supplying fuel after the engine.
  • the device according to the invention and the method according to the invention have the advantage, in contrast, that denitrification of the exhaust gas is ensured with simple means even at low exhaust gas temperatures, the storage catalytic converter regenerating itself without additional means in a regulating manner depending on the temperature of the exhaust gas and the nitrogen oxides released can be eliminated by the existing arrangement for selective catalytic reduction.
  • the storage catalytic converter thus effectively buffers nitrogen oxides as long as the arrangement for selective catalytic reduction has not yet reached its working temperature.
  • a reduction in the NO x emission limit values can be achieved below an amount of NO x emitted, which ensures compliance with the permissible exhaust gas standards during the MVEG test cycle.
  • Such a reduction in the NO x emission can be achieved in that the temperature-resistant one that is already present and used for nitrogen oxidation
  • Oxidation catalyst is used in addition to NOx reduction during a cold start phase. In a close-fitting position of the oxidation catalyst has reached a temperature of more than 100 0 C after about 50 seconds, which is a NO x for reduction by means of NH3 or an NH3-releasing reducing agent is sufficient. Oxidation catalysts mainly have as an active component
  • Precious metals such as platinum. This favors oxidation reactions of hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen monoxide even at low temperatures. If NH3 is injected as a reducing agent, these catalysts show a relatively strong De-NO x activity even at temperatures below 100 ° C.
  • the invention comprises an embodiment with separate and separately controllable supply devices for reducing agents.
  • the switchover device for optionally supplying the reducing agent into the exhaust gas flow upstream or into the oxidation catalytic converter or into the SCR catalytic converter can be designed as a valve, in particular as a 3/2-way valve. In this way, the reducing agent can be supplied either to the oxidation catalytic converter or to the SCR catalytic converter, depending on which temperature levels they have reached while driving.
  • One embodiment of the invention provides that the switching device is designed as a mixing valve. In this way, simultaneous loading of the oxidation and SCR catalysts can take place during a transition period
  • the switching device is preferably temperature-controlled, so that during a cold start phase with still low exhaust gas temperatures, the oxidation catalytic converter and after a warm-up phase, the SCR catalytic converter can be charged with reducing agent.
  • the feed device preferably comprises in each case a metering device for metering quantities and nozzles for distributing or atomizing the reducing agent in the exhaust gas stream.
  • the at least one oxidation catalyst is preferably in the immediate vicinity of one
  • Exhaust gas outlet of the internal combustion engine arranged so that it reaches relatively high temperatures and thus a high cleaning effect after only a short time.
  • ammonia-containing or ammonia-releasing substance for example, can be used as the reducing agent, which can bring about NO x reduction.
  • Urea or ammonium carbamate are examples of such substances.
  • a reducing agent is supplied to the exhaust gas stream, which according to the invention the exhaust gas flow is optionally supplied upstream of or within the at least one oxidation catalytic converter.
  • the reducing agent is fed to both catalysts or only one of the catalysts at a time.
  • Reducing agent is preferably distributed or atomized by means of a nozzle.
  • One embodiment of the method according to the invention provides a temperature-controlled supply of the reducing agent into the oxidation catalyst and / or into the device for selective catalytic reduction.
  • NH3 is applied to the oxidation catalyst, it shows a relatively pronounced de-NO x activity at temperatures above 100 ° C.
  • the usable temperature window for NO x reduction is relatively limited, because above con about 250 ° C to 300 0 C there is no more nitrogen oxide reduction, but an additional Nitrogen oxide production is observed through an oxidation of ammonia. It must therefore be ensured that the oxidation catalyst is only exposed to the reducing agent in a starting phase (in the MVEG test only up to about 350 s).
  • the reducing agent into the oxidation catalytic converter at exhaust gas temperatures of less than about 15O 0 C to 200 0 C is fed in the oxidation catalyst.
  • the SCR catalytic converter After such a period of time, the SCR catalytic converter has normally also reached its working temperature and the reducing agent injection is switched over to the SCR catalytic converter. This can be done at temperatures of about 150 0 C to 200 0 C in the SCR catalyst. Reducing agent metering onto the oxidation catalytic converter is in principle possible at operating points with a low exhaust gas temperature - i.e. not only during a cold start - and provides a very effective NOx reduction potential where the SCR catalytic converter achieves insufficient activity. With an injection in front of the oxidation catalyst up to a time of about 600 s, a significant increase in sales of the exhaust gas cleaning system can be achieved.
  • a suitable meaningful switching point of the temperature-controlled switching valve can at 100 to 200 ° C, preferably at 130 to 180 0 C.
  • a practical embodiment of the system can, for example, provide a 3/2-way changeover valve, which depends on the catalyst temperatures and the
  • the oxidation catalyst can be designed as a catalytically coated particle filter.
  • the catalytic coating of the particle filter has a similar effect to the coating of a known oxidation catalyst.
  • a separate particle filter can be provided, which effects a filtering of the soot particles.
  • the oxidation catalytic converter can be omitted and the additional injection position is in front of the storage catalytic converter.
  • the platinum-containing storage catalytic converter takes over the function of the oxidation catalytic converter.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment unit in an exhaust gas duct.
  • an oxidation catalytic converter 4 and a device for selective catalytic reduction, referred to as an SCR catalytic converter 6, are arranged.
  • the internal combustion engine 2 has an inlet duct 21 for the supply of fresh gas 22 and outlet ducts 26 which are in a collector 27 to the exhaust duct
  • An exhaust gas turbine 24 of an exhaust gas turbocharger 23 is arranged in the exhaust gas duct and is coupled via a shaft 25 to a compressor (not shown here).
  • the exhaust gas turbocharger 23 is optional and serves to improve the performance and exhaust gas behavior of the internal combustion engine 2.
  • the internal combustion engine 2 is preferably a diesel internal combustion engine with auto-ignition or a gasoline engine with direct fuel injection. Both types of engine each emit a relatively oxygen-rich exhaust gas.
  • the exhaust gas stream 29 successively passes through a storage catalytic converter 111, the oxidation catalytic converter 4 and the SCR catalytic converter 6 and leaves the exhaust gas cleaning system as cleaned
  • Exhaust gas 14 which is passed into the open via a silencer (not shown).
  • the exhaust gas cleaning system furthermore has a feed device 8 for feeding a reducing agent 81 into the exhaust gas stream 29.
  • the feed device 8 comprises a switchover device 83 as well as a first connecting line 84 connected to a first nozzle 85 and a second connecting line 86 connecting to a second nozzle 87.
  • the first nozzle 85 is arranged and serves in the exhaust gas duct 28 upstream of the oxidation catalytic converter 4 for fine distribution or atomization of the reducing agent 81 upstream of the oxidation catalytic converter 4.
  • the second nozzle 87 is upstream of the SCR catalytic converter 6 and downstream of the oxidation catalytic converter 4 arranged and serves to supply reducing agent 81 into the exhaust gas stream 29 upstream of the SCR catalytic converter 6.
  • First and second connecting lines 84, 86 open into the switching device 83, which are used for an optional distribution of the reducing agent to the first and / or second
  • Connection line 84, 86 can provide.
  • the control of the switching device 83 is preferably temperature-dependent, so that the oxidation catalytic converter 4 can be acted upon in a cold-running phase and, after a certain temperature has been reached, the reducing agent 81 can be applied to the SCR catalytic converter 6.
  • the storage catalytic converter located between the exhaust gas turbocharger 23 and the nozzle 85, ie in front of the catalytic converter arrangement 4, can in particular be arranged close to the engine.
  • a storage catalytic converter provided in this way stores the nitrogen oxide emissions of the engine in the low temperature range below 100 ° C. After a certain time, the storage capacity of the storage catalytic converter is exhausted and this allows the nitrogen oxide molecules to pass through. If the storage catalytic converter is heated further, its nitrogen oxide storage capacity decreases and the previously stored amount of nitrogen oxides is released again.
  • the storage catalytic converter arranged close to the engine thus causes a delayed release of the nitrogen oxides.
  • the time delay here is given the appropriate dimensioning of the
  • Storage catalyst preferably at least 300 seconds, so that after exhausting the storage capacity of the storage catalyst, the downstream system for selective catalytic reduction has reached its working temperature and can reduce the nitrogen oxides to nitrogen and water.
  • the storage catalytic converter should have the following properties:
  • Nitrogen oxide storage even at low temperatures Decrease in the storage capacity already at temperatures of approx. 300 ° C. in order to ensure that the storage catalytic converter is driven empty towards the end of a driving cycle during normal driving operation and is available for nitrogen oxide storage at the following cold start; good regenerability solely due to heating, especially good
  • a storage catalytic converter that contains A12O3, CeO2 and ZrO2 and contains platinum in a concentration of approx. 90 g per cubic foot can be used to meet the required properties.
  • a storage catalytic converter that contains A12O3, CeO2 and ZrO2 and contains platinum in a concentration of approx. 90 g per cubic foot can be used to meet the required properties.
  • a typical transition temperature can be approximately 100 ° C. to 200 ° C., preferably approximately 130 to 180 ° C., above which a switchover to
  • the reducing agent 81 can be applied to the SCR catalytic converter 6. Switching can advantageously also take place by means of a mixing valve, which can ensure simultaneous action on the oxidation catalytic converter 4 and the SCR catalytic converter 6 in the region of the transition temperature.
  • the choice of the transition temperature is explained by a clever use of the different operating temperatures of the oxidation catalytic converter and the SCR catalytic converter. This fact is already described in Figures 4 to 6 of the German patent application with the file number 10162383.6; this description is hereby incorporated into the present patent application.
  • the invention also encompasses an alternative configuration which provides two separate feed devices for the oxidation catalytic converter and for the SCR catalytic converter.
  • the oxidation catalyst 4 can be a catalytically coated particle filter which, due to its catalytic coating, has the same effect as a known oxidation catalyst.
  • a separate particle filter can be arranged between the oxidation catalytic converter 4 and the SCR catalytic converter 6. This brings about a further improvement in the cleaning effect of the exhaust gases.
  • the storage catalytic converter and the oxidation catalytic converter or the storage catalytic converter and the catalytically coated filter can be integrated in a single component, so that the nozzle 85 is arranged in front of this single component. This can be done by using an oxidation catalyst Nitric oxide storage capacity. The simultaneous integration of the particle filter takes place via catalytic coating of a particle filter.
  • the oxidation catalyst can also be omitted.

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Abstract

Es werden eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei der bzw. bei dem das Abgas in einem ersten Schritt einen Speicherkatalysator und in einem weiteren Schritt eine Anordnung zur selektiven katalytischen Reduktion durchströmt, wobei die Anordnung zur selektiven katalytischen Reduktion Mittel zur nachmotorischen Zufuhr eines Reduktionsmittels aufweist, und wobei der Speicherkatalysator (111) derart ausgebildet ist, dass er, insbesondere bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, im Abgas enthaltene Stickoxide zumindest teilweise speichern kann, solange die Anordnung (6) zur selektiven katalytischen Reduktion ihre Arbeitstemperatur noch nicht erreicht hat, und wobei der Speicherkatalysator (111) spätestens dann, wenn die Anordnung zur selektiven katalytischen Reduktion ihre Arbeitstemperatur erreicht hat, bis dahin gespeicherte Stickoxide freigibt beziehungsweise neu von der Brennkraftmaschine hinzuströmende Stickoxide passieren lässt, so dass sowohl die bis dahin gespeicherten Stickoxide als auch die neu hinzuströmenden Stickoxide nach Verlassen des Speicherkatalysators (111) reduziert werden.

Description

Vorrichtung zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine und Verfahren hierzu
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine mit einer Anordnung zur selektiven katalytischen Reduktion. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Reinigung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, bei dem ein Abgasstrom durch eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion geleitet wird.
Stand der Technik
Zur Minderung der Stickoxidanteile in sauerstoffreichem Abgas, wie es insbesondere von
Dieselbrennkraftmaschinen und von Brennkraftmaschinen mit Benzin-Direkteinspritzung emittiert wird, ist es bekannt, ein Reduktionsmittel in einen Abgastrakt einzuführen. Als Reduktionsmittel eignet sich beispielsweise NH3, das als Gas in den Abgasstrom eingebracht werden kann. Bei dieser sogenannten selektiven katalytischen Reduktion (SCR, „selective catalytic reduction") wird das Ammoniak mit den im Abgas enthaltenen
Stickoxiden selektiv zu molekularem Stickstoff und Wasser umgesetzt. Als problematisch ist die ungenügende Aktivität des bekannten SCR-Systems bei Abgastemperaturen unterhalb ca. 25O0C anzusehen. Eine Vorschaltung eines Oxidationskatalysators sorgt einerseits für eine Minderung der Anteile an deaktivierend wirkenden Kohlenwasserstoffen und andererseits für eine Oxidation von NO zu NO2, was insgesamt zu einer deutlichen Steigerung des NOx-Umsatzes bei Abgastemperaturen oberhalb von ca. 1500C führt. Insbesondere beim Einsatz in Pkw treten allerdings Phasen mit noch niedrigeren Abgastemperaturen relativ häufig auf, was eine mittlere Katalysatorentemperatur von weniger als 18O0C im bekannten MVEG-Testzyklus (MVEG: Motor Vehicles Emissions Expert Group; eine Expertengruppe der Europäischen Kommission) verdeutlicht.
Um eine gute Verteilung des Reduktionsmittels auf den SCR-Katalysator zu gewährleisten, kann eine Mischstrecke von ca. 40 cm vorgesehen sein, die ggf. mit einer
Mischeinrichtung versehen ist. Eine derartige Mischeinrichtung für eine Abgasreinigungsanlage ist in der älteren deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 101 31 803.0 beschrieben. Hierbei weist ein im Abgasrohr angeordneter Mischkörper eine Gasaufprallfläche sowie eine Strahlaufprallfläche auf, so dass aus der Brennkraftmaschine strömendes Abgas auf die Gasaufprallfläche und quer zum
Abgasstrom zuführbares Reduktionsmittel auf die Strahlaufprallfläche treffen kann.
Die DE 197 40 702 sieht vor, durch Vorschalten eines Adsorptionskatalysators vor einem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion die Stickoxid-Emission insbesondere im Warmlauf der Brennkraftmaschine weiter zu vermindern, als es mit üblichen
Systemen zur selektiven katalytischen Reduktion möglich ist. Der Adsorptionskatalysator wird durch nachmotorische Zufuhr von Kraftstoff regeneriert.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren haben demgegenüber den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln eine Entstickung des Abgases auch bei niedrigen Abgastemperaturen gewährleistet ist, wobei sich der Speicherkatalysator ohne zusätzliche Mittel selbst regelnd in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgases regeneriert und die frei werdenden Stickoxide durch die ohnehin vorhandene Anordnung zur selektiven katalytischen Reduktion beseitigt werden. Der Speicherkatalysator puffert somit effektiv anfallende Stickoxide, solange die Anordnung zur selektiven katalytischen Reduktion noch nicht ihre Arbeitstemperatur erreicht hat.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Vorrichtungen bzw. Verfahren möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, zusätzlich einen Oxidationskatalysator vorzusehen. Mit einer solchen Konfiguration des Oxidations- sowie des sogenannten SCR-Katalysators (Anordnung zur selektiven katalytischen Reduktion) kann eine Reduzierung der NOx- Emissionsgrenzwerte unter eine Menge an emittierten NOx erreicht werden, die die Einhaltung der zulässigen Abgasnormen während des MVEG-Testzyklus gewährleistet. Eine solche Reduzierung der NOx-Emission kann dadurch erreicht werden, dass der bereits vorhandene und zur Stickstoffoxidation verwendete temperaturbeständige
Oxidationskatalysator während einer Kaltstartphase zusätzlich zur NOx-Reduktion herangezogen wird. Bei einer motornahen Einbaulage hat der Oxidationskatalysator bereits nach etwa 50 Sekunden eine Temperatur von mehr als 1000C erreicht, was für eine NOx-Reduktion mittels NH3 oder einem NH3 abspaltenden Reduktionsmittel ausreichend ist. Oxidationskatalysatoren weisen als Aktivkomponente hauptsächlich
Edelmetalle wie Platin auf. Dadurch werden Oxidationsreaktionen von Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Stickstoffmonoxid bereits bei niedrigen Temperaturen begünstigt. Wird NH3 als Reduktionsmittel eingedüst, zeigen diese Katalysatoren bereits bei Temperaturen unterhalb von 1000C eine relativ starke De-NOx- Aktivität.
Wird eine Konfiguration mit einer Umschaltvorrichtung anstatt einer separaten Zuführvorrichtung für den Oxidationskatalysator gewählt, kann dies den Bauaufwand reduzieren. Die Erfindung umfasst jedoch in gleicher Weise eine Ausgestaltung mit separaten und getrennt ansteuerbaren Zufuhreinrichtungen für Reduktionsmittel.
Die Umschaltvorrichtung zur wahlweisen Zuführung des Reduktionsmittels in den Abgasstrom vor bzw. in den Oxidationskatalysator bzw. in den SCR-Katalysator kann als Ventil, insbesondere als 3/2- Wege-Ventil, ausgebildet sein. Auf diese Weise kann das Reduktionsmittel wahlweise dem Oxidations- oder dem SCR-Katalysator zugeführt werden, je nachdem, welche Temperaturniveaus diese im Fahrbetrieb erreicht haben.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Umschaltvorrichtung als Mischventil ausgebildet ist. Auf diese Weise kann während einer Übergangszeit eine gleichzeitige Beaufschlagung des Oxidations- und des SCR-Katalysators mit
Reduktionsmittel erfolgen. Mit einem solchen Mischventil kann eine abrupte Umschaltung vermieden werden, so dass je nach erreichten Betriebstemperaturen der Katalysatoren eine optimale Reinigungswirkung erzielt werden kann. Die Umschaltvorrichtung ist vorzugsweise temperaturgesteuert, sodass während einer Kaltstartphase mit noch niedrigen Abgastemperaturen der Oxidationskatalysator und nach einer Warmlaufphase der SCR-Katalysator mit Reduktionsmittel beaufschlagt werden kann.
Die Zuführeinrichtung umfasst vorzugsweise jeweils eine Dosiervorrichtung zur Mengendosierung sowie Düsen zur Verteilung bzw. Zerstäubung des Reduktionsmittels im Abgasstrom.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine Oxidationskatalysator in unmittelbarer Nähe eines
Abgasauslasses der Brennkraftmaschine angeordnet, so dass er bereits nach kurzer Zeit relativ hohe Temperaturen und somit eine hohe Reinigungswirkung erreicht.
Als Reduktionsmittel kommt beispielsweise eine ammoniakhaltige bzw. ammoniakfreisetzende Substanz in Frage, die eine NOx-Reduktion bewirken kann. Als solche Substanz kommt beispielsweise Harnstoff oder Ammoniumcarbamat in Frage.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Reinigung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, bei den ein Abgasstrom durch wenigstens einen im Abgaskanal angeordneten Oxidationskatalysator und einer diesem nachgeschalten Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Katalysator) geleitet wird, wird dem Abgasstrom ein Reduktionsmittel zugeführt, welches gemäß der Erfindung dem Abgasstrom wahlweise vor dem bzw. innerhalb des wenigstens einen Oxidationskatalysators zugeführt wird. Wahlweise wird das Reduktionsmittel gleichzeitig beiden Katalysatoren oder jeweils nur einem der Katalysatoren zugeführt. Das
Reduktionsmittel wird vorzugsweise mittels einer Düse verteilt bzw. zerstäubt.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht eine temperaturgesteuerte Zuführung des Reduktionsmittels in den Oxidationskatalysator und/oder in die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion vor.
Wird der Oxidationskatalysator mit NH3 beaufschlagt, zeigt er bei Temperaturen oberhalb von 1000C eine relativ ausgeprägte De-NOx-Aktivität. Allerdings ist das nutzbare Temperaturfenster zur NOx-Reduzierung relativ eng begrenzt, da oberhalb con ca. 250°C bis 3000C keine Stickoxidreduktion mehr stattfindet, sondern eine zusätzliche Stickoxidproduktion durch eine Oxidation von Ammoniak beobachtet wird. Daher ist sicherzustellen, dass der Oxidationskatalysator nur in einer Startphase (im MVEG-Test nur bis etwa 350 s) mit dem Reduktionsmittel beaufschlagt wird. Vorzugsweise wird das Reduktionsmittel in den Oxidationskatalysator bei Abgastemperaturen von weniger als ca. 15O0C bis 2000C im Oxidationskatalysator zugeführt.
Nach einer solchen Zeitspanne hat normalerweise auch der SCR-Katalysator seine Arbeitstemperatur erreicht und die Reduktionsmitteleindüsung wird auf den SCR- Katalysator umgeschaltet. Dies kann bei Temperaturen von ca. 1500C bis 2000C im SCR- Katalysator erfolgen. Die Reduktionsmitteldosierung auf den Oxidationskatalysator ist prinzipiell bei Betriebspunkten mit niedriger Abgastemperatur - also nicht nur beim Kaltstart - möglich und liefert hier ein sehr effektives NOx-Minderungspotential, wo mit dem SCR-Katalysator eine nur unzureichende Aktivität erreicht wird. Mit einer Eindüsung vor dem Oxidationskatalysator bis zu einer Zeit von etwa 600 s ist somit eine deutliche Umsatzsteigerung des Abgasreinigungssystems zu erzielen. Ein geeigneter, sinnvoller Umschaltpunkt des temperaturgesteuerten Umschaltventils kann bei 100 bis 200°C, vorzugsweise bei 130 bis 1800C liegen.
Eine praktische Ausführung des Systems kann beispielsweise ein 3/2-Wege- Umschaltventil vorsehen, welches in Abhängigkeit der Katalysatortemperaturen und des
Motorbetriebspunktes betätigt wird. Eine solche Aufrüstung eines vorhandenen Systems ist relativ einfach und mit nur geringem Aufwand zu bewerkstelligen. Das Katalysatorsystem, die Temperatursensoren und das Dosiersystem sind bereits vorhanden, wobei diese Komponenten auch nicht modifiziert werden müssen. Lediglich das Umschaltventil und die Reduktionsmittelzuleitung vor dem Oxidationskatalysator muss nachgerüstet werden. Durch eine geeignete Dosierstrategie kann eine effektive Reduktion der Stickoxide über einen gesamten Testzyklus (MVEG-Zyklus) erreicht werden. Im MVEG-Test lässt sich eine NOx-Umsatzsteigerung von ca. 40 % erreichen, so dass bei verminderten Rohemissionen selbst eine Erfüllung der relativ strengen US- Normen mö -1gOl1ich ist.
Der Oxidationskatalysator kann in einer bevorzugten Ausführungsform als katalytisch beschichteter Partikelfilter ausgebildet sein. Die katalytische Beschichtung des Partikelfϊlters wirkt hierbei ähnlich der Beschichtung eines bekannten Oxidationskatalysators. Weiterhin kann zwischen dem Oxidationskatalysator und dem SCR-Katalysator ein separates Partikelfilter vorgesehen sein, der eine Filterung der Rußpartikel bewirkt.
Weiterhin kann der Oxidationskatalysator entfallen und die zusätzliche Eindüsposition sich vor dem Speicherkatalysator befinden. Der platinhaltige Speicherkatalysator übernimmt in dieser Anordnung die Funktion des Oxidationskatalysators.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungseinheit in einem Abgaskanal.
In einem Abgaskanal 28 einer Brennkraftmaschine 2 ist ein Oxidationskatalysator 4 und eine als SCR-Katalysator 6 bezeichnete Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion angeordnet. Die Brennkraftmaschine 2 weist einen Einlasskanal 21 zur Zufuhr von Frischgas 22 sowie Auslasskanäle 26 auf, die in einem Sammler 27 zum Abgaskanal
28 zusammengeführt sind. Im Abgaskanal ist eine Abgasturbine 24 eines Abgasturboladers 23 angeordnet, die über eine Welle 25 mit einem hier nicht dargestellten Verdichter gekoppelt ist. Der Abgasturbolader 23 ist optional und dient zur Verbesserung des Leistungs- und Abgasverhaltens der Brennkraftmaschine 2.
Die Brennkraftmaschine 2 ist vorzugsweise eine Diesel-Brennkraftmaschine mit Selbstzündung oder ein Benzinmotor mit Kraftstoffdirekteinspritzung. Beide Motorentypen emittieren jeweils ein relativ sauerstoffreiches Abgas. Der Abgasstrom 29 durchläuft nacheinander einen Speicherkatalysator 111, den Oxidationskatalysator 4 sowie den SCR-Katalysator 6 und verlässt die Abgasreinigungsanlage als gereinigtes
Abgas 14, das über einen Schalldämpfer (nicht dargestellt) ins Freie geleitet wird.
Die Abgasreinigungsanlage weist weiterhin eine Zuführeinrichtung 8 zur Zuführung eines Reduktionsmittels 81 in den Abgasstrom 29 auf. Die Zufύhreinrichtung 8 umfasst eine Umschalteinrichtung 83 sowie eine mit einer ersten Düse 85 in Verbindung stehende erste Verbindungsleitung 84 und eine mit einer zweiten Düse 87 in. Verbindung stehende zweite Verbindungsleitung 86. Die erste Düse 85 ist im Abgaskanal 28 stromaufwärts des Oxidationskatalysators 4 angeordnet und dient zur feinen Verteilung bzw. Zerstäubung des Reduktionsmittels 81 vor dem Oxidationskatalysator 4. Die zweite Düse 87 ist stromaufwärts des SCR-Katalysators 6 und stromabwärts des Oxidationskatalysators 4 angeordnet und dient zur Zufuhrung von Reduktionsmittel 81 in den Abgasstrom 29 vor den SCR-Katalysator 6.
Erste und zweite Verbindungsleitungen 84, 86 münden in der Umschalteinrichtung 83, die für eine wahlweise Verteilung des Reduktionsmittels auf die erste und/oder zweite
Verbindungsleitung 84, 86 sorgen kann. Die Steuerung der Umschaltvorrichtung 83 erfolgt vorzugsweise temperaturabhängig, sodass in einer Kaltlaufphase der Oxidationskatalysator 4 und nach Erreichen einer bestimmten Temperatur der SCR- Katalysator 6 mit Reduktionsmittel 81 beaufschlagt werden kann.
Der zwischen dem Abgasturbolader 23 und der Düse 85, d.h. vor der Katalysatoranordnung 4 befindliche Speicherkatalysator kann insbesondere motornah angeordnet werden. Ein solchermaßen vorgesehener Speicherkatalysator speichert im Niedertemperaturbereich unterhalb von 1000C die Stickoxidemissionen des Motors. Nach einer gewissen Zeit ist die Speicherkapazität des Speicherkatalysators ausgeschöpft und dieser lässt die Stickoxidmoleküle passieren. Wenn der Speicherkatalysator weiter erwärmt wird, lässt seine Stickoxidspeicherfähigkeit nach und die vormals gespeicherte Menge an Stickoxiden wird wieder freigegeben. Der motornah angeordnete Speicherkatalysator bewirkt also eine zeitlich verzögerte Freigabe der Stickoxide. Die Zeitverzögerung beträgt hierbei bei entsprechender Dimensionierung des
Speicherkatalysators vorzugsweise mindestens 300 Sekunden, so dass nach Ausschöpfen der Speicherkapazität des Speicherkatalysators das nachgeschaltete System zur selektiven katalytischen Reduktion seine Arbeitstemperatur erreicht hat und die Stickoxide zu Stickstoff und Wasser reduzieren kann. Der Speicherkatalysator sollte hierfür folgende Eigenschaften aufweisen:
Stickoxidspeicherung bereits bei niedrigen Temperaturen; Nachlassen der Speicherkapazität bereits beim Temperaturen von ca. 3000C, um sicherzustellen, dass der Speicherkatalysator bei üblichem Fahrbetrieb gegen Ende eines Fahrzyklus leer gefahren ist und zur Stickoxidspeicherung bei dem folgenden Kaltstart zur Verfügung steht; gute Regenerierbarkeit allein aufgrund einer erfolgten Erwärmung, insbesondere auch gute
Desulfatisierungsei genschaften. Für die Erfüllung der geforderten Eigenschaften kann insbesondere ein Speicherkatalysator verwenden der, der A12O3, CeO2 und ZrO2 aufweist sowie Platinanteile enthält in einer Konzentration von ca. 90 g pro Kubikfuss. In einer Kaltlaufphase der Abgasreinigungsanlage wird lediglich die erste Düse 85 mit Reduktionsmittel beaufschlagt durch entsprechende Einstellung der Umschaltvorrichtung 83. ■
Nachfolgend wird, wenn die Katalysatoren bereits eine vorbestimmte Betriebstemperatur erreicht haben, die zweite Verbindungsleitung 86 und die zweite Düse 87 mit Reduktionsmittel 81 beaufschlagt.
Eine typische Übergangstemperatur kann bei ca. 1000C bis 2000C, vorzugsweise ungefähr bei 130 bis 1800C liegen, oberhalb derer eine Umschaltung auf die
Beaufschlagung des SCR-Katalysators 6 mit Reduktionsmittel 81 erfolgen kann. Eine Umschaltung kann in vorteilhafter Weise auch mittels eines Mischventils erfolgen, das für eine gleichzeitige Beaufschlagung des Oxidationskatalysators 4 sowie des SCR- Katalysators 6 im Bereich der Übergangstemperatur sorgen kann. Die Wahl der Übergangstemperatur erklärt sich durch eine geschickte Ausnutzung der unterschiedlichen Betriebstemperaturen von Oxidationskatalysator und SCR-Katalysator. Dieser Sachverhalt ist bereits in den Figuren 4 bis 6 der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10162383.6 beschrieben; diese Beschreibung wird hiermit in die vorliegende Patentanmeldung einbezogen.
Von der Erfindung mit umfasst ist auch eine alternative Konfiguration, die zwei separate Zuführeinrichtungen für den Oxidationskatalysator sowie für den SCR-Katalysator vorsieht.
Der Oxidationskatalysator 4 kann in einer alternativen Ausgestaltung ein katalytisch beschichteter Partikelfilter sein, der aufgrund seiner katalytischen Beschichtung eine gleiche Wirkung aufweist wie ein bekannter Oxidationskatalysator. Zusätzlich zur gezeigten Konfiguration kann zwischen dem Oxidationskatalysator 4 und dem SCR- Katalysator 6 ein separater Partikelfilter angeordnet sein. Dieser bewirkt eine nochmalige Verbesserung der Reinigungswirkung der Abgase.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann der Speicherkatalysator und der Oxidationskatalysator bzw. der Speicherkatalysator und der katalytisch beschichtete Filter in einem einzigen Bauteil integriert sein, so dass die Düse 85 vor diesem einzigen Bauteil angeordnet ist. Dies kann durch die Verwendung eines Oxidationskatalysators mit Stickoxid-Speichervermögen erfolgen. Die gleichzeitige Integration des Partikelfilters erfolgt über katalytische Beschichtung eines Partikelfilters.
In einer einfachen Ausführungsform kann der Oxidationskatalysator auch entfallen.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung und/oder mit Kraftstoffdirekteinspritzung, bei der das Abgas in einem ersten Schritt einen Speicherkatalysator und in einem weiteren Schritt eine Anordnung zur selektiven katalytischen Reduktion durchströmt, wobei die Anordnung zur selektiven katalytischen Reduktion Mittel zur nachmotorischen Zufuhr eines Reduktionsmittels aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherkatalysator (111) derart ausgebildet ist, dass er, insbesondere bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, im Abgas enthaltene Stickoxide zumindest teilweise speichern kann, solange die
Anordnung (6) zur selektiven katalytischen Reduktion ihre Arbeitstemperatur noch nicht erreicht hat, und dass der Speicherkatalysator (111) spätestens dann, wenn die Anordnung zur selektiven katalytischen Reduktion ihre Arbeitstemperatur erreicht hat, bis dahin gespeicherte Stickoxide freigibt beziehungsweise neu von der Brennkraftmaschine hinzuströmende Stickoxide passieren lässt, so dass sowohl die bis dahin gespeicherten Stickoxide als auch die neu hinzuströmenden Stickoxide nach Verlassen des Speicherkatalysators (111) reduziert werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Speicherkatalysator (11 1) und der Anordnung (6) ein Oxidationskatalysator (4) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dass die Mittel zur nachmotorischen Reduktionsmittelzufuhr eine Umschaltvorrichtung (83) aufweisen, so dass das Reduktionsmittel wahlweise in den Abgasstrom vor dem wenigstens einen Oxidationskatalysator eingebracht werden kann.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dass die Mittel zur nachmotorischen Reduktionsmittelzufuhr eine Umschaltvorrichtung (83) aufweisen, so dass das
Reduktionsmittel wahlweise in den wenigstens einen Oxidationskatalysator eingebracht werden kann.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltvorrichtung als Ventil ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein 3/2- Wege-Ventil ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil als
Mischventil ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltvorrichtung temperaturgesteuert ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Oxidationskatalysator als katalytisch beschichtetes Partikelfilter ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem wenigstens einen Oxidationskatalysator und der Anordnung ein Partikelfilter vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur nachmotorischen Reduktionsmittelzufuhr eine Umschaltvorrichtung aufweisen, so dass das Reduktionsmitte] wahlweise in den
Abgasstrom vor dem Speicherkatalysator eingebracht werden kann.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur nachmotorischen Reduktionsmittelzufuhr eine Umschaltvorrichtung aufweisen, so dass das Reduktionsmittel wahlweise in den Speicherkatalysator eingebracht werden kann.
13. Verfahren zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung und/oder mit Kraftstoffdirekteinspritzung, bei dem das Abgas in einem ersten Schritt einen Speicherkatalysator (111) und in einem weiteren Schritt eine Anordnung (6) zur selektiven katalytischen Reduktion durchströmt, wobei die Anordnung zur selektiven katalytischen Reduktion Mittel zur nachmotorischen Zufuhr eines Reduktionsmittels aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherkatalysator, insbesondere bei einem Kaltstart der
Brennkraftmaschine, im Abgas enthaltene Stickoxide zumindest teilweise speichert, solange die Anordnung (6) zur selektiven katalytischen Reduktion ihre Arbeitstemperatur noch nicht erreicht hat, und dass der Speicherkatalysator spätestens dann, wenn die Anordnung zur selektiven katalytischen Reduktion ihre Arbeitstemperatur erreicht hat, bis dahin gespeicherte Stickoxide freigibt beziehungsweise neu von der Brennkraftmaschine hinzuströmende Stickoxide passieren lässt, so dass sowohl die bis dahin gespeicherten Stickoxide als auch die neu hinzuströmenden Stickoxide nach Verlassen des Speicherkatalysators reduziert werden.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007003380A1 (de) * 2005-07-06 2007-01-11 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Verfahren zur reduzierung des partikel- und stickoxidanteils im abgasstrom einer verbrennungskraftmaschine und entsprechende abgasaufbereitungseinheit
EP2058481A1 (de) 2006-07-12 2009-05-13 Delphi Technologies, Inc. Fluiddosiervorrichtung
EP2253814A1 (de) 2006-07-12 2010-11-24 Delphi Technologies Holding S.à.r.l. Isolierte Reaktionsmittel Dosiervorrichtung
EP2336514A2 (de) 2009-12-15 2011-06-22 Delphi Technologies, Inc. Dosiermodul für Flüssigkeitsreduziermittel mit Wärmevorrichtung
EP2336515A2 (de) 2009-12-15 2011-06-22 Delphi Technologies, Inc. Harnstoffversorgungstankmodul
US8122712B2 (en) 2008-01-03 2012-02-28 GM Global Technology Operations LLC Exhaust system with improved NOX emission control
CN103206288A (zh) * 2012-01-13 2013-07-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 排气后处理系统
WO2013127473A1 (en) * 2012-03-02 2013-09-06 Haldor Topsøe A/S Method and system for the removal of noxious compounds from engine exhaust gas
EP2787187A1 (de) 2013-04-03 2014-10-08 Delphi International Operations Luxembourg S.à r.l. Dosierpumpe für ein Reagens

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008542609A (ja) * 2005-06-03 2008-11-27 エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンス テクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング 内燃機関の排出ガスの処理方法と装置
DE102008026191B4 (de) 2008-05-30 2020-10-08 Daimler Ag Kraftfahrzeug mit Brennkraftmaschine und einer Abgasnachbehandlungseinrichtung sowie Verfahren zur Partikel- und Stickoxidverminderung
DE102009007765A1 (de) * 2009-02-06 2010-08-12 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer einen SCR-Katalysator umfassenden Abgasreinigungsanlage
JP5141819B2 (ja) * 2009-10-09 2013-02-13 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
DE102009060758B4 (de) 2009-12-30 2017-10-19 Huber Automotive Ag Vorrichtung und Verfahren zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine
GB2478132A (en) * 2010-02-25 2011-08-31 Gm Global Tech Operations Inc Device to reduce NOx for all driving profiles at both low and high exhaust temperatures.
JP2019190417A (ja) * 2018-04-27 2019-10-31 いすゞ自動車株式会社 排気浄化装置および車両
DE102018219851A1 (de) 2018-11-20 2020-05-20 Robert Bosch Gmbh Abgasnachbehandlungseinrichtung

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19740702C1 (de) 1997-09-16 1998-11-19 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer mit Luftüberschuß arbeitenden Brennkraftmaschine
WO2001064319A1 (de) * 2000-02-28 2001-09-07 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und abgasreinigungsanlage zur katalytischen reduktion von stickoxiden im abgas einer verbrennungsanlage
EP1226861A1 (de) * 2001-01-30 2002-07-31 OMG AG & Co. KG Abgasreinigungsanlage für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zum Betreiben der Anlage
DE10128414A1 (de) * 2001-06-12 2002-12-19 Daimler Chrysler Ag Abgasreinigungsanlage mit Reduktionsmittelversorgung
DE10131803A1 (de) * 2001-06-30 2003-05-28 Bosch Gmbh Robert Mischeinrichtung für eine Abgasreinigungsanlage

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19740702C1 (de) 1997-09-16 1998-11-19 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer mit Luftüberschuß arbeitenden Brennkraftmaschine
WO2001064319A1 (de) * 2000-02-28 2001-09-07 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und abgasreinigungsanlage zur katalytischen reduktion von stickoxiden im abgas einer verbrennungsanlage
EP1226861A1 (de) * 2001-01-30 2002-07-31 OMG AG & Co. KG Abgasreinigungsanlage für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zum Betreiben der Anlage
DE10128414A1 (de) * 2001-06-12 2002-12-19 Daimler Chrysler Ag Abgasreinigungsanlage mit Reduktionsmittelversorgung
DE10131803A1 (de) * 2001-06-30 2003-05-28 Bosch Gmbh Robert Mischeinrichtung für eine Abgasreinigungsanlage

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007003380A1 (de) * 2005-07-06 2007-01-11 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Verfahren zur reduzierung des partikel- und stickoxidanteils im abgasstrom einer verbrennungskraftmaschine und entsprechende abgasaufbereitungseinheit
US7563422B2 (en) 2005-07-06 2009-07-21 Emitec Gesellschaft Fuer Emissiontechnologie Mbh Method for reducing a particle and nitrogen oxide proportion in an exhaust gas flow of an internal combustion engine and corresponding exhaust gas treatment unit
EP2058481A1 (de) 2006-07-12 2009-05-13 Delphi Technologies, Inc. Fluiddosiervorrichtung
EP2253814A1 (de) 2006-07-12 2010-11-24 Delphi Technologies Holding S.à.r.l. Isolierte Reaktionsmittel Dosiervorrichtung
US8122712B2 (en) 2008-01-03 2012-02-28 GM Global Technology Operations LLC Exhaust system with improved NOX emission control
EP2336514A2 (de) 2009-12-15 2011-06-22 Delphi Technologies, Inc. Dosiermodul für Flüssigkeitsreduziermittel mit Wärmevorrichtung
EP2336515A2 (de) 2009-12-15 2011-06-22 Delphi Technologies, Inc. Harnstoffversorgungstankmodul
CN103206288A (zh) * 2012-01-13 2013-07-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 排气后处理系统
US20150020506A1 (en) * 2012-02-12 2015-01-22 Haldor Topsøe A/S Method and system for the removal of noxious compounds from engine exhaust gas
WO2013127473A1 (en) * 2012-03-02 2013-09-06 Haldor Topsøe A/S Method and system for the removal of noxious compounds from engine exhaust gas
EA027298B1 (ru) * 2012-03-02 2017-07-31 Хальдор Топсёэ А/С Способ и система для удаления вредных соединений из выхлопного газа двигателя
EP2787187A1 (de) 2013-04-03 2014-10-08 Delphi International Operations Luxembourg S.à r.l. Dosierpumpe für ein Reagens

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Publication number Publication date
DE10324013A1 (de) 2004-12-16

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