WO2010020416A1 - Abgasnachbehandlungssystem - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to an exhaust aftertreatment system for a particular self-igniting internal combustion engine with a catalyst used in an exhaust line, a fines filter and an introduction device for a reducing agent in the flow direction of the exhaust gas in front of the catalyst, and a method for operating such an exhaust aftertreatment system.
  • Such an exhaust aftertreatment system is known from EP 1 054 722 B1.
  • This system provides a method and apparatus characterized in that the pollutant-carrying exhaust gas of a diesel engine is first introduced into an oxidation catalyst to convert NO in the gas stream to NO 2 and to increase the NO 2 content of the gas stream. Thereafter, the gas stream is introduced into a fines filter for the excretion of particular soot from the exhaust gas. Thereafter, the gas stream is supplied to a SCR catalyst under supply of a reducing liquid in order to reduce NOx in the exhaust gas.
  • cooling devices may be used in the exhaust aftertreatment chain especially before the SCR catalyst.
  • the invention has for its object to provide an exhaust aftertreatment system or a method for operating such a system, which is simplified and more compact compared to the prior art.
  • This object is achieved in that the catalyst is a reductively or oxidatively operable catalyst, or that the introduction device, which are used as reductively and oxidatively operable catalyst and the fines filter in this order and in the flow direction in the exhaust gas line.
  • the introduction device which are used as reductively and oxidatively operable catalyst and the fines filter in this order and in the flow direction in the exhaust gas line.
  • the catalyst is a particular vanadium-based, zeolite-based or metal oxide-based SCR catalyst. These forms of catalyst have been found to be particularly suitable for reductive and oxidative operation.
  • an introduction device for hydrocarbon in particular in the form of fuel, is arranged upstream of the catalytic converter in the flow direction.
  • the introduction device and the introduction device for introducing a reducing agent such as "AdBlue” are summarized to form a structural unit.
  • the introduction device and / or the introduction device are used directly on the internal combustion engine in the exhaust pipe, which also includes the exhaust gas streams from the individual cylinders merging exhaust collector. This is the necessary Control lines also integrated into existing harnesses and the controller can be integrated into an existing engine control unit.
  • the catalyst and the fines filter are combined to form a unit, wherein the fines filter is arranged in the flow direction behind the catalyst.
  • the single FIGURE shows a schematic representation of an internal combustion engine 1, which is designed as a self-igniting diesel engine in any desired embodiment.
  • An exhaust gas line 2 (including an exhaust gas collector) is connected to its outlet ducts, via which the exhaust gas emitted by the internal combustion engine during operation is finally supplied to the environment after exhaust aftertreatment (and optionally additional sound damping).
  • the exhaust gas is first passed through a reductively and oxidatively operable catalyst 3 and then through a fines filter 4 (soot filter).
  • a fines filter 4 fines filter 4
  • the required temperature of about 400 0 C by an exothermic oxidation of hydrocarbons Substances (especially in the form of diesel fuel) produced in the catalyst 3.
  • the hydrocarbons are introduced via a feed device 5 in the exhaust pipe.
  • the catalyst 3 oxidizes at least part of the hydrocarbons introduced exothermically and thus increases the exhaust gas temperature.
  • the same catalyst 3 is used for the remaining time as a reduction catalyst, for which purpose, for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas, through the catalyst 3 via an introduction device 6 a stored in a tank reducing agent (AdBlue) is introduced into the exhaust gas.
  • a tank reducing agent AdBlue
  • the introduction device 5 and the introduction device 6 are attached as a structural unit directly to the internal combustion engine 1 (represented by the dashed outline).
  • the catalyst 3 and the fines filter 4 are installed in a common housing optionally with the inclusion of sound-absorbing elements.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für insbesondere eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem in eine Abgasleitung eingesetzten Katalysator, einem Feinstofffilter und einer Einleitvorrichtung für ein Reduktionsmittel in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Abgasnachbehandlungssystems. Erfindungsgemäß wird ein Abgasnachbehandlungssystem bzw. ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems angegeben, das gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht und kompakter ist. Dies wird dadurch erreicht, dass der Katalysator ein reduktiv oder oxidativ betreibbarer Katalysator ist beziehungsweise dass die Einleitvorrichtung, der als reduktiv und oxidativ betreibbare Katalysator und der Feinstofffilter in dieser Reihenfolge und in Strömungsrichtung in die Abgasleitung eingesetzt sind.

Description

Abgasnachbehandlungssystem
B E S C H R E I B U N G
Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für insbesondere eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem in eine Abgasleitung eingesetzten Katalysator, einem Feinstofffilter und einer Einleitvorrichtung für ein Reduktionsmittel in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Kata- lysator, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Abgasnachbehandlungssystems.
Ein derartiges Abgasnachbehandlungssystem ist aus der EP 1 054 722 B1 bekannt. Dieses System gibt ein Verfahren und eine Vorrichtung an, die sich dadurch auszeichnet, dass das Schadstoff führende Abgas eines Dieselmotors zunächst in einen Oxidationskatalysator eingeleitet wird, um NO im Gasstrom zu NO2 umzuwandeln und den NO2-Gehalt des Gasstroms zu erhöhen. Danach wird der Gasstrom in einen Feinstofffilter zur Ausscheidung von insbesondere Ruß aus dem Abgas eingeleitet. Danach wird der Gasstrom unter Zuführung einer Reduktionsflüssigkeit einem SCR-Kataly- sator zugeführt, um NOx in dem Abgas zu reduzieren. Zusätzlich können noch insbesondere vor dem SCR-Katalysator Kühlvorrichtungen in die Abgasnachbehandlungskette eingesetzt sein. Dieses System ist bauaufwendig und benötigt durch die Aneinanderreihung der einzelnen Komponenten einen nicht unerheblichen Einbauraum.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abgasnachbehandlungssystem bzw. ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems anzugeben, das gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht und kompakter ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Katalysator ein reduktiv oder oxidativ betreibbarer Katalysator ist, beziehungsweise dass die Einleitvorrichtung, der als reduktiv und oxidativ betreibbare Katalysator und der Feinstofffilter in dieser Reihenfolge und in Strömungsrichtung in die Ab- gasleitung eingesetzt sind. Durch diese Ausgestaltung ist ein wesentlich vereinfachter Aufbau gegenüber dem Stand der Technik erreicht, der sich dadurch auszeichnet, dass der Oxikat und der SCR-Katalysator in einem Katalysator zusammengefasst sind. Bisher ist man der Ansicht gewesen, dass hier eine Entweder-oder-Funktion vorliegt und ein alternativer Betrieb eines Katalysators zumindest nicht prozesssicher durchführbar ist. Entgegen dieser Auffassung ist es unter Einsatz einer geeigneten und präzise arbeitenden Steuerung gelungen, diese Funktionen in einem einzigen Katalysator zu vereinigen. Diese Doppelfunktion macht es möglich, den bisher im Anschluss an den Feinstofffilter vorgesehenen SCR-Katalysator mit einer Einleitvorrichtung zwischen dem Feinstofffilter und dem SCR-Katalysator an dieser Stelle komplett wegzulassen. Die Einleitvorrichtung wird dementsprechend motornah vor dem reduktiv und oxidativ betreibbaren Katalysator angeordnet.
In Weiterbildung ist der Katalysator ein insbesondere vanadiumbasierender, zeolithbasierender oder metalloxidbasierender SCR-Katalysator. Diese Formen von Katalysator haben sich als besonders geeignet für einen reduktiven und oxidativen Betrieb herausgestellt.
In Weiterbildung der Erfindung ist in Strömungsrichtung vor dem Katalysator eine Einbringvorrichtung für Kohlenwasserstoff, insbesondere in Form von Brennstoff, angeordnet. Dabei sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Einbringvorrichtung und die Einleitvorrichtung zur Einleitung eines Reduktionsmittels wie beispielsweise "AdBlue" zu einer Baueinheit zusam- mengefasst. Dadurch ist ein kompakter Aufbau gewährleistet, der wenig Platz beansprucht. Bevorzugt sind die Einbringvorrichtung und/oder die Einleitvorrichtung direkt an der Brennkraftmaschine in die Abgasleitung, die auch den die Abgasströme aus den einzelnen Zylindern zusammenführenden Abgassammler umfasst, eingesetzt. Dadurch sind die notwendigen Steuerleitungen ebenfalls in vorhandene Kabelbäume integrierbar und die Steuerung in ein vorhandenes Brennkraftmaschinensteuergerät integrierbar. Wichtig, aber durch insbesondere die Zusammenfassung zu einer Baueinheit, ist der alternative Betrieb der Einbringvorrichtung und der Ein- leitvorrichtung. Es muss sichergestellt sein, dass immer nur ein System aktiviert ist, aber durch eine entsprechende Sperrvorrichtung problemlos möglich ist. Begünstigt wird dies durch die direkte Anbindung an die Brennkraftmaschine.
In Weiterbildung der Erfindung sind der Katalysator und der Feinstofffilter zu einer Baueinheit zusammengefasst, wobei der Feinstofffilter in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator angeordnet ist. Durch diese weitere Baueinheit ist ein insgesamt äußerst kompaktes System geschaffen, dass auch bei sehr beengten Einbauverhältnissen problemlos an eine Brenn- kraftmaschine bzw. ein Fahrzeug oder ein Arbeitsgerät adaptierbar ist. Begünstigt wird diese problemlose Adaptierbarkeit dadurch, dass der Katalysator und der Feinstofffilter keine externe Ansteuerung benötigen, es sind also keine Leitungen zu diesen Bauteilen zu verlegen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist.
Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung eine Brennkraftma- schine 1 , die als selbstzündender Dieselmotor in beliebiger Ausführung ausgebildet ist. An dessen Auslasskanäle ist eine Abgasleitung 2 (einschließlich eines Abgassammlers) angeschlossen, über die das von der Brennkraftmaschine beim Betrieb emittierte Abgas nach einer Abgasnachbehandlung (und gegebenenfalls einer zusätzlichen Schalldämpfung) letzt- endlich der Umgebung zugeführt wird. Zur Abgasnachbehandlung wird das Abgas zunächst durch einen reduktiv und oxidativ betreibbaren Katalysator 3 und anschließend durch einen Feinstofffilter 4 (Rußfilter) geleitet. Zur thermischen Regeneration des Feinstofffilters 4 wird die erforderliche Temperatur von ca. 400 0C durch eine exotherme Oxidation von Kohlenwasser- Stoffen (insbesondere in Form von Dieselkraftstoff) in dem Katalysator 3 erzeugt. Hierzu werden die Kohlenwasserstoffe über eine Einbringvorrichtung 5 in die Abgasleitung eingebracht. Der Katalysator 3 oxidiert zumindest einen Teil der eingebrachten Kohlenwasserstoffe exotherm und erhöht da- mit die Abgastemperatur.
Derselbe Katalysator 3 wird die restliche Zeit als Reduktionskatalysator eingesetzt, wobei hierfür, zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in dem Abgas, durch den Katalysator 3 über eine Einleitvorrichtung 6 ein in einem Tank bevorratetes Reduktionsmittel (AdBlue) in das Abgas eingeleitet wird.
Die Einbringvorrichtung 5 und die Einleitvorrichtung 6 sind als Baueinheit direkt an die Brennkraftmaschine 1 (dargestellt durch die strichlinierte Um- randung) angebracht. Der Katalysator 3 und der Feinstofffilter 4 sind in ein gemeinsames Gehäuse gegebenenfalls unter Einbezug von schalldämpfenden Elementen eingebaut.
Bezugszeichenliste
1 Brennkraftmaschine
2 Abgasleitung
3 Katalysator
4 Feinstofffilter
5 Einbringvorrichtung
6 Einleitvorrichtung

Claims

AbgasnachbehandlungssystemA N S P R Ü C H E
1. Abgasnachbehandlungssystem für insbesondere eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem in eine Abgasleitung eingesetzten Katalysator, einem Feinstofffilter und einer Einleitvorrichtung für ein Reduktionsmittel in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (3) ein reduktiv und oxidativ betreibbarer Katalysator (3) ist.
2. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (3) ein insbesondere vana- diumbasierender, zeolithbasierender oder metalloxidbasierender SCR-Ka- talysator (3) ist.
3. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vor dem Katalysator (3) eine Einbringvorrichtung (5) für Kohlenwasserstoffe, insbesondere in Form von Brennstoff, angeordnet ist.
4. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der vorherigen Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringvorrichtung (5) und die Einleitvorrichtung (6) zu einer Baueinheit zusammengefasst sind.
5. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (3) und der Feinstofffilter (4) zu einer Baueinheit zusammengefasst sind und dass der Feinstofffilter (4) in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator (3) angeordnet ist.
6. Abgasnachbehandlungssystem für insbesondere eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem in eine Abgasleitung eingesetzten Katalysator, einem Feinstofffilter und einer Einleitvorrichtung für ein Re- duktionsmittel in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitvorrichtung (6), der als reduktiv und oxidativ betreibbare Katalysator (3) und der Feinstofffilter (4) in dieser Reihenfolge und in Strömungsrichtung in die Abgasleitung (2) eingesetzt sind.
7. Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems für insbesondere eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem in eine Abgasleitung eingesetzten Katalysator, einem Feinstofffilter und einer Einleitvorrichtung für ein Reduktionsmittel in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (3) wechselweise reduktiv oder oxidativ betreibbar ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vor dem Katalysator (3) wechselweise ein Reduktionsmittel oder Kohlenwasserstoffe in die Abgasleitung (2) eingeleitet werden.
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