DE102009044272A1

DE102009044272A1 - Abgassystem

Info

Publication number: DE102009044272A1
Application number: DE102009044272A
Authority: DE
Inventors: Jin Ha Lee; Jin Woo Suwon Park; Hyokyung Yongin Lee; Jun Sung Yongin Park; Sangmin Yongin Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2011-02-03
Also published as: KR20110012498A; JP5676093B2; CN101988413B; US20110023464A1; US8375704B2; CN101988413A; JP2011033017A

Abstract

Ein Abgassystem kann eine Abgasleitung, durch welche ein verbranntes Abgas nach außen ausströmt, einen Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator, der an der Abgasleitung befestigt ist und unverbrannten Treibstoff oder Kohlenwasserstoff verwendet, um einen Teil des Stickstoffoxids in dem Abgas zu reduzieren und den anderen Teil davon zu diffundieren, um ihn darin zu speichern, ein Einspritzventil, das Treibstoff in die Abgasleitung einspritzt, einen Treibstoff-Crack-Katalysator, der zwischen dem Einspritzventil und dem Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator angeordnet ist, um den von dem Einspritzventil zusätzlich eingespritzten Treibstoff durch thermische Zersetzung zu aktivieren, um ein Reduktionsmittel mit hoher Reaktivität zu erzeugen und ein Kontrollteil beinhaltet, der das Einspritzventil kontrolliert, um zusätzlich den Treibstoff in einer vorherbestimmten Bedingung einzuspritzen, so dass der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator das aktivierte Reduktionsmittel verwendet, um das Stickstoffoxid, das darin gespeichert ist, abzulösen und zu reduzieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgassystem. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Abgassystem zur Verringerung von Stickstoffoxid, das in dem Abgas enthalten ist.
Im Allgemeinen wird Abgas, dass durch einen Abgaskrümmer eines Motors ausströmt, dazu gebracht, einen Katalysator zu durchströmen, der in der Mitte eines Abgasrohrs befestigt ist, um gereinigt zu werden, und der Lärm davon wird verringert während es einen Dämpfer durchströmt bevor das Abgas durch ein Auspuffrohr nach außen abgelassen werden.
Der Katalysator verarbeitet die Schadstoffmaterialien, die in dem Abgas enthalten sind. Des Weiteren ist ein Teilchenfilter an dem Abgasrohr befestigt, um Teilchen (PM), die in dem Abgas enthalten sind, einzufangen.
Eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion ist eine Art von Katalysator. Reduktionsmittel wie zum Beispiel Kohlenmonooxid, Gesamtkohlenwasserstoff (THC) usw. reagieren eher gut mit Stickstoffoxid als mit Sauerstoff in der selektiven Katalysator-Reduktions-Apparatur (SCR), weshalb sie eine selektive Katalysator-Reduktions-Apparatur (SCR) genannt wird.
Bei einem Verbrennungsmotor an den die selektive Katalysator-Reduktions-Apparatur angebracht wird, wird der Treibstoff kontinuierlich und zusätzlich eingespritzt, zusätzlich gemäß der Menge des Stickstoffoxids in dem Abgas. Entsprechend kann der Kohlenwasserstoff aus der selektiven Katalysator-Reduktions-Apparatur schlupfen und der Treibstoffverbrauch ist erhöht.
Wenn das Reduktionsmittel kontinuierlich bereitgestellt wird, wird eine Oxidations-/Reduktionsreaktion ebenso kontinuierlich in dem Abgasrohr durchgeführt. Entsprechend ist die Lebensdauer des Katalysators durch Reaktionswärme, die sich während der Oxidations-/Reduktionsreaktion bildet, verschlechtert.
Die obige, in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte Information dient nur zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und deshalb kann er Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der in diesem Land einem Durchschnittsfachmann bereits bekannt ist.
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, ein Abgassystem bereitzustellen, das Vorteile hat, dass es Stickstoffoxid aus Abgas speichert und es zusätzlich Treibstoff in einer vorherbestimmten Bedingung einspritzt, um das gespeicherte Stickstoffoxid zu desorbieren, so dass die Reinigungseffizienz des Stickstoffoxids verbessert ist.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Abgassystem eine Abgasleitung, durch welche verbranntes Abgas nach außen ausströmt, einen Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator, der an der Abgasleitung befestigt ist und unverbrannten Treibstoff oder Kohlenwasserstoff verwendet, um einen Teil des Stickstoffoxids in dem Abgas zu reduzieren, und den anderen Teil davon zu diffundieren, um darin zu speichern, ein Einspritzventil, das Treibstoff in die Abgasleitung einspritzt, einen Treibstoff-Crack-Katalysator, der zwischen dem Einspritzventil und dem Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator angeordnet ist, um den zusätzlich eingespritzten Treibstoff von dem Einspritzventil durch thermische Zersetzung zu aktivieren, um ein Reduktionsmittel mit hoher Reaktivität zu erzeugen, und einen Kontrollteil beinhalten, der das Einspritzventil kontrolliert, um zusätzlich den Treibstoff in einer vorherbestimmten Bedingung einzuspritzen, so dass der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator das aktivierte Reduktionsmittel verwendet, um das Stickstoffoxid, das darin gespeichert ist, abzulösen und zu reduzieren.
Das Abgassystem kann weiter einen katalysierten Teilchenfilter haben, der an der Abgasleitung befestigt ist, um Teilchen in dem Abgas einzufangen und zu eliminieren.
Das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator, der katalysierte Teilchenfilter und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator können der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sein.
Der katalysierte Teilchenfilter, das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator können der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sein.
Das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator, der Stickstoffoxid-Katalysator und der katalysierte Teilchenfilter können der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sein.
Mindestens einer des Treibstoff-Crack-Katalysators und des katalysierten Teilchenfilters kann eine Oxidationskatalysatorfunktion beinhalten, die Schadstoffmaterialien, die in dem Abgas beinhaltet sind, oxidiert.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Abgassystem einen Oxidationskatalysator beinhalten, der Schadstoffmaterialien, die in dem Abgas beinhaltet sind, oxidiert.
Das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator, der Oxidationskatalysator, der katalysierte Teilchenfilter und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator können der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sein.
Das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator, der katalysierte Teilchenfilter, der Oxidationskatalysator und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator können der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sein.
Das Einspritzventil, der Oxidationskatalysator, der Treibstoff-Crack-Katalysator, der katalysierte Teilchenfilter und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator können der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sein.
Das Einspritzventil, der Oxidationskatalysator, der katalysierte Teilchenfilter, der Treibstoff-Crack-Katalysator und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator können der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sein.
Das Einspritzventil, der katalysierte Teilchenfilter, der Oxidationskatalysator, der Treibstoff-Crack-Katalysator und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator können der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sein.
Das Einspritzventil, der katalysierte Teilchenfilter, der Treibstoff-Crack-Katalysator, der Oxidationskatalysator und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator können der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sein.
Das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator, der Stickstoffoxid-Katalysator, der Oxidationskatalysator und der katalysierte Teilchenfilter können der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sein.
Das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator, der Stickstoffoxid-Katalysator, der katalysierte Teilchenfilter und der Oxidationskatalysator können der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sein.
Das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator, der katalysierte Teilchenfilter, Stickstoffoxid-Katalysator und der Oxidationskatalysator können der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sein.
Das Oxidationskatalysator, der katalysierte Teilchenfilter, das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator können der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sein.
Der katalysierte Teilchenfilter, der Oxidationskatalysator, das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator können der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sein.
Das Einspritzventil kann ein erstes Einspritzventil beinhalten, das den Treibstoff in Ansaugluft oder in einen Zylinder des Motors einspritzt, und ein zweites Einspritzventil, das vor dem Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator angeordnet ist, um zusätzlich Treibstoff in die Abgasleitung einzuspritzen, getrennt von dem ersten Einspritzventil.
Wie oben erwähnt wird in einem Fall, bei dem die Menge an Stickstoffoxid, die in dem Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator gespeichert ist, kleiner ist als ein vorherbestimmter Wert gemäß der vorliegenden Erfindung, der Treibstoff von dem Einspritzventil der Abgasleitung eingespritzt, wobei der zusätzlich eingespritzte Treibstoff aktiviert wird, um ein Reduktionsmittel in dem Treibstoff-Crack-Katalysator zu sein und das Stickstoffoxid, das in dem Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator gespeichert ist, wird von dem Reduktionsmittel desorbiert, um gereinigt zu werden.
Die Verfahren und Apparate der vorliegenden Erfindung haben weitere Merkmale und Vorteile, die aus den beigefügten Zeichnungen, die hier eingefügt sind, und der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung offensichtlich werden oder darin detaillierter dargelegt sind, welche zusammen dazu dienen, bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erklären.
1 ist ein schematisches Diagramm eines Abgassystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein grundlegendes schematisches Diagramm eines Abgassystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt transformierte beispielhafte Ausführungsformen eines Abgassystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein schematisches Diagramm, das einen Fall zeigt, bei dem Stickstoffoxid in dem Abgassystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingefangen ist.
5 ist ein schematisches Diagramm, das einen Fall zeigt, bei dem Stickstoffoxid von dem Abgassystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgelöst wird.
Es sollte verständlich sein, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, wobei sie eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener Merkmale, die für die grundlegenden Prinzipien der Erfindung veranschaulichend sind, darstellen. Die spezifischen Aufbaumerkmale der vorliegenden Erfindung wie hier offenbart, einschließlich zum Beispiel spezifischer Größenordnungen, Orientierungen, Positionen und Formen, werden teilweise durch die besonders beabsichtigte Anwendung und Verwendungsumgebung bestimmt werden.
In den Figuren beziehen sich die Bezugszeichen auf die gleichen oder äquivalenten Teile der vorliegenden Erfindung überall in den verschiedenen Figuren der Zeichnungen.
Es wird nun im Detail Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en), wobei Beispiele davon in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht und unten beschrieben sind. Während die Erfindung(en) in Zusammenhang mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden, wird es verständlich sein, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu beabsichtigt ist die Erfindung(en) auf die beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil ist/sind die Erfindung(en) beabsichtigt, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern ebenfalls verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche innerhalb des Geistes und dem Umfang der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, beinhaltet sein können.
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird hier im Anschluss im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
1 ist ein schematisches Diagramm eines Abgassystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf 1 beinhaltet ein Abgassystem eine Ansaugleitung 100, einen Kontrollteil 104, einen Motor 110, ein erstes Einspritzventil 102, eine Abgasleitung 112, einen Turbolader 111, ein zweites Einspritzventil 116, einen Treibstoff-Crack-Katalysator 118, einen katalysierten Teilchenfilter 120, einen Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator 130, einen Differenzdrucksensor 124, einen ersten Temperatursensor 114, einen zweiten Temperatursensor 122, einen dritten Temperatursensor 126 und einen vierten Temperatursensor 132.
Verbrennungsluft wird der Ansaugleitung 100 zugeführt und das erste Einspritzventil 102, das in dem Motor 110 befestigt ist, spritzt Benzin- oder Dieseltreibstoff in einen Zylinder.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Luft und der Treibstoff innerhalb des Ansaugrohrs der Ansaugleitung 110 gemischt, um zugeführt zu werden.
Das verbrannte Abgas in dem Zylinder des Motors 110 strömt nach außen durch die Abgasleitung 112, der Turbolader 111 (zum Beispiel eine Turbine) ist an der Abgasleitung am hinteren Teil („at the rear”) des Motors 110 angeordnet und der Turbolader 111 ist mit der Ansaugleitung 100 verbunden, um die Luft in den Motor vorzuverdichten.
Das zweite Einspritzventil 116, der Treibstoff-Crack-Katalysator 118, der katalysierte Teilchenfilter 120 und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator 130 sind der Reihe nach an der Abgasleitung 112 am hinteren Teil des Turboladers 111 und des zweiten Einspritzventils 116 angeordnet, und der zweite Temperatursensor 122 ist zwischen dem Treibstoff-Crack-Katalysator 118 und dem katalysierten Teilchenfilter 120 angeordnet.
Der Differenzdrucksensor 124 detektiert die Druckdifferenz zwischen dem vorderen Teil und dem hinteren Teil des katalysierten Teilchenfilters 120, um ein Signal davon zu dem Kontrollteil 104 zu übertragen.
Der dritte Temperatursensor 126 ist vor dem Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator 130 angeordnet und der vierte Temperatursensor 132 und ein Stickstoffoxidsensor können am hinteren Teil davon angeordnet sein. Die ersten, zweiten, dritten und vierten Temperatursensoren (114, 122, 126 und 132) detektieren die Temperatur des Abgases, das sie passiert, und der Stickstoffoxidsensor detektiert die Menge an Stickstoffoxid, die in dem Abgas beinhaltet ist.
Der katalysierte Teilchenfilter 120 fängt Teilchen (PM) in dem Abgas und verbrennt sie nach einer vorherbestimmten Bedingung.
Der Kontrollteil 104 kontrolliert, um den katalysierten Teilchenfilter 120 zu regenerieren, bei einem Fall, bei dem die Druckdifferenz, die von dem Differenzdrucksensor gemessen wird, höher ist als ein vorherbestimmter Wert. In diesem Fall spritzt das erste Einspritzventil 102 oder das zweite Einspritzventil 116 zusätzlich Treibstoff ein, um den Ruß, der innerhalb des katalysierten Teilchenfilters 120 gefangen ist, zu verbrennen.
Das zweite Einspritzventil 116 spritzt gemäß der Kontrolle des Kontrollteils 104 Treibstoff in die Abgasleitung 112 ein. Insbesondere kann der Treibstoff unter einer Bedingung eingespritzt werden, bei der die Temperatur des Abgases höher als 200°C ist, um wirksam verdammt zu werden.
Das Verhältnis des HC in dem Abgas zum Stickstoffoxid, das in dem Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator 130 gespeichert ist, wird in Plandaten („map data”) festgesetzt, wobei der Kontrollteil 104 das Verhältnis von HC zu NOx mit einem vorherbestimmten Wert in den Plandaten unter einer realen Fahrbedingung vergleicht und in einem Fall, bei dem der Wert geringer ist als der vorherbestimmte Wert wird das zweite Einspritzventil 116 betrieben, um Treibstoff in die Abgasleitung einzuspritzen. D. h., das Verhältnis HC zu NOx wird erhöht.
Der Treibstoff-Crack-Katalysator 118 zerschneidet den Kettenring der Kohlenstoffverbindung innerhalb des Treibstoffs durch eine Katalysatorreaktion, um den Treibstoff zu zerlegen. D. h. der Treibstoff-Crack-Katalysator 118 zerschneidet den Verbindungsring, der den Kohlenwasserstoff bildet, durch ein thermisches Cracken, um den Treibstoff zu zerlegen. Hier wird das thermische Cracken wie in den folgenden Verfahren durchgeführt. C₁₆H₃₄ → 2n-C₈H₁₇* → n-C₆H₁₃* → n-C₄H₉* → C₂H₅* → C₂H₄ C₁₆H₃₄ → 8C₂H₄ + H₂, * kennzeichnet einen Radikal.
Der Treibstoff-Crack-Katalysator 118 wandelt ebenso einen Teil des Kohlenwasserstoffs zu Kohlenwasserstoff um, der sich mit Sauerstoff verbindet, um den Treibstoff zu aktivieren, der von dem zweiten Einspritzventil 116 eingespritzt wird.
Des Weiteren wandelt der Treibstoff-Crack-Katalysator 118 den Treibstoff um, der als Flüssigkeit eingespritzt wird, um zu dem hochreaktiven Reduktionsmittel verdampft zu werden, verringert gleichzeitig die Sauerstoffkonzentration durch die Sauerstoffreaktion und erhöht die Temperatur des Abgases. Hier werden Pt, Pd und Rh als Katalysatorkomponenten verwendet.
Ein Stickstoffoxid-Detektionssensor kann am hinteren Teil des Stickstoffoxid-Reinigungskatalysators 130 angeordnet sein und der Stickstoffoxid-Detektionssensor detektiert die Menge an Stickstoffoxid innerhalb des Abgases, um das entsprechende Signal zum Kontrollteil 104 zu übertragen. Anstelle der Verwendung eines Stickstoffoxid-Detektionssensors kann indessen die Speichermenge des NOx von vorherbestimmten Plandaten durch experimentelle Werte vorhergesagt werden.
Der Kontrollteil 104 kontrolliert die Menge der Treibstoffeinspritzung und die zeitliche Planung der Treibstoffeinspritzung basierend auf Signalen, die durch Sensoren detektiert werden, und der Plandaten, um das Stickstoffoxid, das in dem Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator 130 gefangen ist, zu desorbieren und zu reduzieren.
Zum Beispiel kontrolliert der Kontrollteil 104 das Einspritzventil, um zusätzlich Treibstoff in einem Fall einzuspritzen, bei dem die Menge des Stickstoffoxids, die in dem Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator 130 gespeichert ist, größer ist als ein vorherbestimmter Wert.
Der Kontrollteil 104 kontrolliert hier das Verhältnis von Kohlenwasserstoff (HC) zu Stickstoffoxid (NOx) damit es größer wird als ein vorherbestimmtes Verhältnis, um das Stickstoffoxid, das in dem Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator 130 gespeichert ist, zu desorbieren und zu reduzieren. Hier kann der vorherbestimmte Wert 8 sein.
Mit erneutem Bezug auf 1 beinhaltet der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator 130 einen ersten Katalysator 130a und einen zweiten Katalysator 130b, wobei der zweite Katalysator 130b im hinteren Teil des ersten Katalysators 130a mit einer Lücke angeordnet ist und es wünschenswert ist, dass die Wärmebeständigkeitseigenschaft des ersten Katalysators 130a verstärkt ist und dass die Kohlenwasserstoff-Reduzierungseigenschaft des zweiten Katalysators 130b verstärkt ist.
2 ist ein grundlegendes schematisches Diagramm eines Abgassystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf 2 ist an der Abgasleitung 112 das zweite Einspritzventil 116 stromabwärts des Motors 110 angeordnet, ist der Treibstoff-Crack-Katalysator 118 stromabwärts des zweiten Einspritzventils 116 angeordnet und ist der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator 130 stromabwärts des Treibstoff-Crack-Katalysators 118 angeordnet.
3 zeigt transformierte beispielhafte Ausführungsformen eines Abgassystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf 3 kann die Anordnungsreihenfolge des zweiten Einspritzventils 116, des Treibstoff-Crack-Katalysators (118, DFC), des katalysierten Teilchenfilters (120, DPF), des Stickstoffoxid-Reinigungskatalysators 130 und des Oxidationskatalysators (300, DOC) in einer Vielzahl von Ausführungsformen variiert werden.
Mit Bezug auf 4 und 5 wird das Abgassystem im Anschluss gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genau beschrieben.
4 ist ein schematisches Diagramm, das einen Fall zeigt, bei dem Stickstoffoxid in dem Abgassystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingefangen ist und 5 ist ein schematisches Diagramm, das einen Fall zeigt, bei dem Stickstoffoxid von dem Abgassystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgelöst wird.
Wie in 4 und 5 gezeigt beinhaltet der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator 130 erste und zweite Schichten 444 und 446, die auf einen Träger beschichtet sind. Die erste Katalysatorschicht 444 ist an das Abgas angrenzend angeordnet und die zweite Katalysatorschicht 446 ist an den Träger angrenzend angeordnet.
Die erste Katalysatorschicht 444 oxidiert das Stickstoffoxid des Abgases und reduziert einen Teil des oxidierten Stickstoffoxids durch eine Oxidations-/Reduktionsreaktion mit dem nicht verbrannten Treibstoff oder dem Kohlenwasserstoff, die in dem Abgas beinhaltet sind.
Ebenso diffundiert der andere Teil des oxidierten Stickstoffoxids in die zweite Katalysatorschicht 446 ein. Wie in 4 und 5 gezeigt beinhaltet die erste Katalysatorschicht 444 mindestens einen von einem Zeolith-Katalysator 412 und einem Metallkatalysator 414, der auf porösem Aluminiumoxid gebildet wird.
Der Zeolith-Katalysator 412 ist ein Katalysator, bei dem mindestens ein Element von Kupfer, Platin, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Zink, Silber, Cer und Gallium davon Ionen-ausgetauscht ist. Die chemische Reaktion in dem Zeolith-Katalysator 412 wird wie folgt beschrieben. Z-Cu²⁺O^– + NO → Z-Cu²⁺(NO₂ ^–)_ads → Z-Cu²⁺ + NO₂ Z⁺O^– + NO → Z⁺(NO₂ ^–)_ads → Z⁺ + NO₂ Z-Cu²⁺(NO₂ ^–)_ads + NO → Z-Cu²⁺N₂O₃ ^– _ads → Z-Cu²⁺O^– + N₂ + O₂ Z-H⁺ + C_nH_2n → Z-C_nH_2n+1 ⁺ → n(Z-H) + C_nH_2n ⁺ mNO₂ + C_nH_2n ⁺ → C_nH_2nN_mO_2m → N₂ + CO₂ + H₂O
Hier kennzeichnet ”Z” das Zeolith und das tiefgestellte Suffix „ads” kennzeichnet Adsorption.
Der Metallkatalysator 414, der in dem porösen Aluminiumoxid gebildet wird, beinhaltet ebenso mindestens ein Element von Platin, Palladium, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Wolfram, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Kupfer und Zink. Die chemische Reaktion in dem Metallkatalysator 414, der in dem porösen Aluminiumoxid gebildet wird, ist wie folgt. NO + O₂ → (NO_x)_ads THC + (NO_x)_ads → THC-ONO oder THC-NO₂ THC-NO₂ → THC-NCO THC-NCO + NO + O₂ → N₂ + CO₂ + H₂O
Hier bedeutet THC Kohlenwasserstoff. Wie oben erwähnt kennzeichnet der Kohlenwasserstoff die Verbindung, die aus Kohlenstoff und Wasserstoff, die in dem Abgas und dem Treibstoff beinhaltet sind, gebildet wird.
Die zweite Katalysatorschicht 446 speichert einen Teil des oxidierten Stickstoffoxids der ersten Katalysatorschicht 444 und desorbiert das gespeicherte Stickstoffoxid über den zusätzlich eingespritzten Treibstoff in einer vorherbestimmten Bedingung, um sie in der ersten Katalysatorschicht 444 zu reduzieren.
Wie oben erwähnt ist die vorherbestimmte Bedingung der Fall, dass die Menge des Stickstoffoxids, das in der zweiten Katalysatorschicht 446 gespeichert ist, höher ist als ein vorherbestimmter Wert der Plandaten, so dass die Reduktionsreaktion des Stickstoffoxids in der ersten Katalysatorschicht 444 aktiviert wird.
Die zweite Katalysatorschicht 446 beinhaltet ein Edelmetall 408 und ein Stickstoffoxid-Speichermaterial 406. Das Stickstoffoxid-Speichermaterial 406 kann ein BaO (Bariumoxid oder Bariumhydroxid) sein. Das Edelmetall 408 fördert das Stickstoffoxid-Speichermaterial 406 Stickstoffoxid zu speichern. Eine Vielzahl von Metallmaterialien, wie zum Beispiel Platin, Palladium usw., kann ein Element des Edelmetalls 408 sein.
Im Anschluss wird das Arbeitsprinzip gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
Stickstoffoxid-Speichermodus
Bei einem Fall, bei dem die Menge von Stickstoffoxid, das in der zweiten Katalysatorschicht 446 gespeichert ist, geringer ist als ein vorherbestimmter Wert, wird das Stickstoffoxid in dem Abgas in der ersten Katalysatorschicht 444 oxidiert, wobei ein Teil des oxidierten Stickstoffoxids mit Kohlenwasserstoff des Abgases durch Oxidations-Reduktionsreaktion reagiert, um ein Stickstoffgas zu sein, und der andere Teil davon wird in der zweiten Katalysatorschicht 446 gespeichert. Bei diesem Verfahren wird der Kohlenwasserstoff in dem Abgas zu Kohlendioxid oxidiert. Die Reaktion, die sich in der ersten Katalysatorschicht 444 bildet, wird in den folgenden Formeln angegeben. NO + 1/2O₂ → NO₂ NO + HC → 1/2N₂ + CO₂
Während der andere Teil des oxidierten Stickstoffoxids und das Stickstoffoxid des Abgases in die zweite Katalysatorschicht 446 eindiffundieren, um darin gespeichert zu werden, fördert das Edelmetall 408 der zweiten Katalysatorschicht 446 ebenfalls das Stickstoffoxid-Speichermaterial 406, um Stickstoffoxid zu speichern. Die Reaktion, die sich in der zweiten Katalysatorschicht 446 bildet, wird in den folgenden Formeln angegeben. BaO + NO₂ + 1/2O₂ → Ba(NO₃)₂
Stickstoffoxid-Regenerationsmodus
In einem Fall, bei dem das Stickstoffoxid, das in der zweiten Katalysatorschicht 446 gespeichert ist, höher ist als ein vorherbestimmter Wert, kontrolliert der Kontrollteil 104 das zweite Einspritzventil 116, um den Treibstoff einzuspritzen. Der zusätzlich eingespritzte Treibstoff durchströmt den Treibstoff-Crack-Katalysator (118, DFC) und der Treibstoff wird gecrackt, um kleine Moleküle zu sein. Ein Teil des niedermolekularen Kohlenwasserstoffs wird ebenfalls umgewandelt, um ein Kohlenwasserstoff zu sein, der mit Sauerstoff gemischt wird, um den Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator 130 zu durchströmen.
Zu diesem Zeitpunkt wird das Stickstoffoxid von der zweiten Katalysatorschicht 446 durch eine Ersetzungsreaktion mit dem Kohlenwasserstoff desorbiert und dieses Verfahren wird kurz als die folgende Formel angegeben. Ba(NO₃)₂ + 3CO → BaCO₃ + 2NO + 2CO₂
Das Stickstoffoxid wird ebenfalls durch die Oxidations-Reduktionsreaktion zwischen dem Kohlenwasserstoff, der mit dem Kohlenwasserstoff/Sauerstoff gemischt ist, und dem Stickstoffoxid, das von der zweiten Katalysatorschicht 446 desorbiert ist, in der ersten Katalysatorschicht 444 reduziert, um Stickstoffgas zu sein, und der Kohlenwasserstoff, der mit dem Kohlenwasserstoff/Sauerstoff gemischt ist, wird oxidiert, um Kohlendioxid zu sein. Dies wird als die folgende Formel angegeben. NO + HC/sauerstoffhaltiger HC = 1/2N₂ + CO₂
Wie oben beschrieben werden das Stickstoffoxid und der Kohlenwasserstoff, die in dem Abgas beinhaltet sind, gereinigt.
Anstatt den Treibstoff kontinuierlich einzuspritzen, kontrolliert das Kontrollteil 104 das zweite Einspritzventil 116, um Treibstoff einzuspritzen, während das Verhältnis von HC zu NOx in dem Abgas niedriger ist als ein vorherbestimmter Wert in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Entsprechend wird der Treibstoff zusätzlich in die optimierte Bedingung gemäß dem Fahrzustand eingespritzt, so dass der Schlupf des Kohlenwasserstoffs verhindert wird und der Treibstoffverbrauch sich verringert.
Zur Erleichterung der Erklärung und einer genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „vorderer Teil” und „hinterer Teil” verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf die Positionen dieser Merkmale, wie in den Figuren angegeben, zu beschreiben.
Die vorhergehenden Beschreibungen von spezifischen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind zum Zwecke der Veranschaulichung und der Beschreibung vorgestellt worden. Sie sind nicht beabsichtigt erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die exakten offenbarten Formen zu beschränken und offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen im Lichte der obigen Lehren möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erklären, um dabei den Durchschnittsfachmann in die Lage zu versetzen, verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als auch verschiedene Alternativen und Modifikationen davon herzustellen und zu verwenden. Es ist beabsichtigt, das der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche, die hier beigefügt sind, und ihre Äquivalente definiert wird.

Claims

Ein Abgassystem, das umfasst: – eine Abgasleitung, durch welche verbranntes Abgas nach außen ausströmt; – einen Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator, der an der Abgasleitung befestigt ist und unverbrannten Treibstoff oder Kohlenwasserstoff verwendet, um einen Teil des Stickstoffoxids in dem Abgas zu reduzieren und den anderen Teil davon zu diffundieren, um ihn darin zu speichern; – ein Einspritzventil, das Treibstoff in die Abgasleitung einspritzt; – einen Treibstoff-Crack-Katalysator, der zwischen dem Einspritzventil und dem Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator angeordnet ist, um den, von dem Einspritzventil zusätzlich eingespritzten Treibstoff durch thermische Zersetzung zu aktivieren, um ein Reduktionsmittel mit hoher Reaktivität zu erzeugen; und – ein Kontrollteil, der das Einspritzventil kontrolliert, um zusätzlich den Treibstoff in einer vorherbestimmten Bedingung einzuspritzen, so dass der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator das aktivierte Reduktionsmittel verwendet, um das Stickstoffoxid, das darin gespeichert ist, abzulösen und zu reduzieren.
Das Abgassystem nach Anspruch 1, das weiter einen katalysierten Teilchenfilter umfasst, der an der Abgasleitung befestigt ist, um Teilchen in dem Abgas einzufangen und zu eliminieren.
Das Abgassystem nach Anspruch 2, wobei das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator, der katalysierte Teilchenfilter und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sind.
Das Abgassystem nach Anspruch 2, wobei der katalysierte Teilchenfilter, das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sind.
Das Abgassystem nach Anspruch 2, wobei das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator, der Stickstoffoxid-Katalysator und der katalysierte Teilchenfilter der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sind.
Das Abgassystem nach einem der Ansprüche 3, 4 und 5, wobei mindestens einer des Treibstoff-Crack-Katalysators und des katalysierten Teilchenfilters eine Oxidationskatalysatorfunktion beinhaltet, die Schadstoffmaterialien, die in dem Abgas beinhaltet sind, oxidiert.
Das Abgassystem nach Anspruch 2, das weiter einen Oxidationskatalysator umfasst, der Schadstoffmaterialien, die in dem Abgas beinhaltet sind, oxidiert.
Das Abgassystem nach Anspruch 7, wobei das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator, der Oxidationskatalysator, der katalysierte Teilchenfilter und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sind.
Das Abgassystem nach Anspruch 7, wobei das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator, der katalysierte Teilchenfilter, der Oxidationskatalysator und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sind.
Das Abgassystem nach Anspruch 7, wobei das Einspritzventil, der Oxidationskatalysator, der Treibstoff-Crack-Katalysator, der katalysierte Teilchenfilter und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sind.
Das Abgassystem nach Anspruch 7, wobei das Einspritzventil, der Oxidationskatalysator, der katalysierte Teilchenfilter, der Treibstoff-Crack-Katalysator und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sind.
Das Abgassystem nach Anspruch 7, wobei das Einspritzventil, der katalysierte Teilchenfilter, der Oxidationskatalysator, der Treibstoff-Crack-Katalysator und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sind.
Das Abgassystem nach Anspruch 7, wobei das Einspritzventil, der katalysierte Teilchenfilter, der Treibstoff-Crack-Katalysator, der Oxidationskatalysator und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sind.
Das Abgassystem nach Anspruch 7, wobei das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator, der Stickstoffoxid-Katalysator, der Oxidationskatalysator und der katalysierte Teilchenfilter der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sind.
Das Abgassystem nach Anspruch 7, wobei das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator, der Stickstoffoxid-Katalysator, der katalysierte Teilchenfilter und der Oxidationskatalysator der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sind.
Das Abgassystem nach Anspruch 7, wobei das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator, der katalysierte Teilchenfilter, der Stickstoffoxid-Katalysator und der Oxidationskatalysator der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sind.
Das Abgassystem nach Anspruch 7, wobei der Oxidationskatalysator, der katalysierte Teilchenfilter, das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sind.
Das Abgassystem nach Anspruch 7, wobei der katalysierte Teilchenfilter, der Oxidationskatalysator, das Einspritzventil, der Treibstoff-Crack-Katalysator und der Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator der Reihe nach in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet sind.
Das Abgassystem nach Anspruch 1, wobei das Einspritzventil beinhaltet: – ein erstes Einspritzventil, das den Treibstoff in Ansaugluft oder in einen Zylinder des Motors einspritzt; und – ein zweites Einspritzventil, das vor dem Stickstoffoxid-Reinigungskatalysator angeordnet ist, um zusätzlich Treibstoff in die Abgasleitung einzuspritzen, getrennt von dem ersten Einspritzventil.