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DE102009044689B4 - Abgasvorrichtung für ein Dieselfahrzeug - Google Patents

Abgasvorrichtung für ein Dieselfahrzeug Download PDF

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Abstract

Eine Abgasvorrichtung für ein Dieselfahrzeug kann einen Dieselkraftstoffkatalysator, welcher stromabwärts eines Turboladers vorgesehen ist, einen Kohlenwasserstoff-SCR-Katalysator, welcher stromabwärts des Dieselkraftstoffkatalysators bereitgestellt ist, einen katalysatorbeschichteten Dieselpartikelfilter, welcher stromabwärts des Kohlenwasserstoff-SCR-Katalysators bereitgestellt ist, und einen sekundären Kraftstoffinjektor aufweisen, der an einer Abgasleitung zwischen dem Turbolader und dem Dieselkraftstoffkatalysator bereitgestellt ist.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung mit der Nummer 10-2009-0077381 , welche am 31. August 2009 eingereicht wurde.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasvorrichtung für ein Dieselfahrzeug.
  • Beschreibung verwandter Technik
  • Eine Abgasvorrichtung für ein Dieselfahrzeug ist mit einer Vielzahl von Dieselnachbehandlungsvorrichtungen ausgerüstet, umfassend einen Dieseloxidationskatalysator (DOC; DOC = Diesel Oxidation Catalyst = Dieseloxidationskatalysator), einen Dieselpartikelfilter (DPF), einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR; SCR = Selective Catalytic Reduction = selektive katalytische Reduktion), eine Magerbetrieb-NOx-Falle (LNT; LNT = Lean NOx Trap = Magerbetrieb-NOx-Falle) etc.. Die Dieselnachbehandlungsvorrichtungen umfassen auch einen Kohlenwasserstoff-SCR-Katalysator (HC-SCR; HC-SCR = hydrocarbon SCR = Kohlenwasserstoff-SCR), welcher Dieselkraftstoff als ein Reduktionsmittel verwendet.
  • Der DOC dient hauptsächlich der Oxidation der Kohlenwasserstoffe und von CO und wird verwendet, um Ruß in einem Dieselpartikelfilter (DPF) zu oxidieren durch Oxidation von NO zu NO2 oder um ein bestimmtes Verhältnis von NO zu NO2 zu erhalten, welches die Effizienz einer Harnstoff-SCR erhöhen kann.
  • Darüber hinaus verwendet die Harnstoff-SCR, welche das am meisten verbreitete SCR-Verfahren ist, üblicherweise Fe oder ähnliches. Die Effizienz der Harnstoff-SCR ist empfindlich bezüglich des NO/NO2-Verhältnisses und ist am höchsten, wenn das NO/NO2-Verhältnis in dem Bereich von 1 ist.
  • Zudem hat die LNT den Vorteil, dass kein System zum Zuführen eines Reduktionsmittels notwendig ist, da Kraftstoff als Reduktionsmittel zugeführt wird, obgleich die Effizienz niedriger ist als die der Harnstoff-SCR.
  • Folglich sind die Harnstoff-SCR und die LNT in Nachbehandlungsvorrichtungen für Dieselfahrzeuge aufgrund einer hohen Reinigungsleistung weit verbreitet.
  • 1 ist eine schematische Ansicht, welche eine herkömmliche Abgasvorrichtung für ein Dieselfahrzeug zeigt.
  • Die herkömmliche Abgasvorrichtung für ein Dieselfahrzeug umfasst einen DOC 20, welcher mit einem Motor 10 verbunden ist, sowie einen HC-SCR-Katalysator 30, welcher mit dem DOC 20 verbunden ist.
  • Der DOC 20 dient hauptsächlich dazu, Kohlenwasserstoffe und CO zu oxidieren, und wird verwendet, um ein Verhältnis von NO zu NO2 von 1:1 zu erhalten, welches die Effizient eines HC-SCR-Katalysators 30 erhöhen kann.
  • Der HC-SCR-Katalysator 30 reduziert NOx durch Steuern/Einstellen des Verhältnisses von Kohlenwasserstoff zu NOx auf einen Wert von 5:1 oder mehr mittels einer sekundären Kraftstoffeinspritzung oder einer Motornacheinspritzung, um eine Reaktion zu aktivieren.
  • Jedoch ist die Leistung des oben erwähnten HC-SCR-Katalysators 30 schwach, da er das Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu NOx bei denjenigen Ereignissen nicht auf dem Wert von 5:1 aufrechterhalten kann, bei denen ein Dieselfahrzeug rasch beschleunigt, abbremst, Gänge wechselt oder unmittelbar nach dem Hinauffahren auf einen Berg herunterfährt.
  • Außerdem beträgt die Aktivierungstemperatur des HC-SCR-Katalysators 30 üblicherweise 300° oder mehr, wobei das Abgas von dem Dieselfahrzeug relativ kalt ist. Folglich verursacht dies ein weiteres Problem einer schwachen Reinigungsleistung.
  • Die in diesem Abschnitt der Erfindung offenbarte Information dient lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollte nicht verstanden werden als eine Würdigung oder irgendeine Form von Vorschlag, dass diese Information den Stand der Technik bildet, der Fachleuten bereits bekannt ist.
  • DE 10 2006 062 085 A1 offenbart eine Reinigungsvorrichtung für einen Dieselmotor zum Verringern der Schwebstoffteilchen und der Stickstoffoxide. Ein weiteres Abgassystem ist aus der DE 10 2009 044 272 A1 bekannt.
  • KURZE ZUSAMNENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasvorrichtung für ein Dieselfahrzeug bereitzustellen, welche konfiguriert ist, um die niedrige Reinigungseffizienz eines Kohlenwasserstoff-SCR-Katalysators (HC-SCR) zu erhöhen und um sowohl NOx als auch Feinstaub zu reduzieren.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Abgasvorrichtung für ein Dieselfahrzeug einen Dieselkraftstoffkatalysator, welcher stromabwärts eines Turboladers vorgesehen ist, einen Kohlenwasserstoff-SCR-Katalysator (HC-SCR), welcher stromabwärts des Dieselkraftstoffkatalysators vorgesehen ist, einen katalysatorbeschichteten Dieselpartikelfilter, welcher stromabwärts des HC-SCR-Katalysators vorgesehen ist, und einen sekundären Kraftstoffinjektor aufweisen, welcher an einer Abgasleitung zwischen dem Turbolader und dem Dieselkraftstoffkatalysator vorgesehen ist.
  • Der Kraftstoff, welcher durch den sekundären Kraftstoffinjektor eingespritzt wird, kann durch den Dieselkraftstoffkatalysator in sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoff zersetzt bzw. abgebaut und anschließend dem Kohlenwasserstoff-SCR-Katalysator zugeführt werden, wodurch Stickoxide gereinigt werden.
  • Die Abgasvorrichtung kann ferner einen Stickoxidsensor umfassen, welcher stromabwärts des katalysatorbeschichteten Dieselpartikelfilters vorgesehen ist, wobei der Stickoxidsensor die Menge von Stickoxid in dem Abgas ermittelt.
  • Die Menge von sauerstoffhaltigem Kohlenwasserstoff, welche nach der Reaktion in dem Kohlenwasserstoff-SCR-Katalysator noch vorhanden ist, kann mit Ruß reagieren, welcher in dem katalysatorbeschichteten Dieselpartikelfilter eingeschlossen ist, wodurch der Ruß oxidiert wird.
  • Die Abgasvorrichtung kann ferner eine elektronische Steuereinheit/Regelungseinheit umfassen, welche auf ein Signal reagiert, welches von dem Stickoxidsensor bereitgestellt wird, und welche ein Steuersignal ausgibt, welches den sekundären Kraftstoffinjektor dazu veranlasst, Kraftstoff einzuspritzen, an einem Regenerationspunkt eines Stickoxid-Reduktionskatalysators, wo in dem Abgas eine Menge von Stickoxiden ermittelt wird, die eine Referenzmenge übersteigt, wobei bestimmt wird, dass die Menge von Stickoxiden die Referenzmenge übersteigt, wenn das Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu Stickoxid unterhalb ungefähr 5,1 ist.
  • Gemäß den oben beschriebenen verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann die Abgasvorrichtung für ein Dieselfahrzeug vorteilhaft sowohl NOx als auch Feinstaub unter Verwendung des DFC (Dieselkraftstoffkatalysator) und des HC-SCR-Katalysators reduzieren.
  • Folglich hat die Abgasvorrichtung für ein Dieselfahrzeug den Effekt, eine Verschlechterung der Kraftstoffersparnis zu vermeiden, während NOx durch eine verbesserte Reaktivität effektiv entfernt wird.
  • Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, welche ersichtlich sind aus oder im Detail beschrieben sind in der angehängten Zeichnung, welche hierin mit aufgenommen ist, und der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung, welche zusammen dazu dienen, bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist eine schematische Ansicht, welche eine herkömmliche Abgasvorrichtung für ein Dieselfahrzeug veranschaulicht, und
  • 2 ist eine schematische Ansicht, welche eine Abgasvorrichtung für ein Dieselfahrzeug gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
  • Es ist verständlich, dass die angehängte Zeichnung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu ist, sondern eine etwas vereinfachte Wiedergabe von verschiedenen Merkmalen darstellt, welche illustrativ sind für die grundlegenden Prinzipien der Erfindung. Die spezifischen Designmerkmale der vorliegenden Erfindung wie sie hierin offenbart ist, umfassend z. B. spezifische Dimensionen, Orientierungen, Anordnungen und Formen, werden zum Teil durch die im Besonderen beabsichtigte Anwendung und Verwendungsumgebung bestimmt.
  • In den verschiedenen Figuren der Zeichnung beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden wird im Detail Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von der Beispiele in der angehängten Zeichnung veranschaulicht und unten beschrieben sind. Während die Erfindung in Verbindung mit als Beispiel dienenden Ausführungsformen beschrieben wird, ist es verständlich, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu dienen soll, die Erfindung auf diese als Beispiel dienenden Ausführungsformen zu beschränken. Vielmehr soll die Erfindung nicht lediglich die als Beispiel dienenden Ausführungsformen abdecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche von dem Geist und dem Umfang der Erfindung wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist umfasst sein können.
  • 2 ist eine schematische Ansicht, welche eine Abgasvorrichtung für ein Dieselfahrzeug gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
  • Bezugnehmend auf 2 umfasst die Abgasvorrichtung für ein Dieselfahrzeug gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der Erfindung eine Katalysatoreinheit 200 mit einem Dieselkraftstoffkatalysator (DFC; DFC = Diesel Fuel Catalyst = Dieselkraftstoffkatalysator) 210, einem Kohlenwasserstoff-SCR-Katalysator (HC-SCR) 220 und einem katalysatorbeschichteten Dieselpartikelfilter (CC-DPF; CC-DPF = Catalyst Coated-Diesel Pariculate Filter = katalysatorbeschichteter Dieselpartikelfilter) 230. Der DFC 210 ist in der Katalysatoreinheit 200 bereitgestellt, und zwar stromabwärts eines Turboladers 110. Der HC-SCR-Katalysator 220 ist in der Katalysatoreinheit 200 bereitgestellt, und zwar stromabwärts des DFC 210. Der CC-DPF 230 ist stromabwärts des HC-SCR-Katalysators 220 bereitgestellt und ist ein zonenbeschichteter DPF (zCDPF; zCDPF = Zoned Coated DPF = zonenbeschichteter DPF). Die Abgasvorrichtung umfasst auch einen sekundären Kraftstoffinjektor 310, einen NOx-Sensor 320 und eine elektronische Steuereinheit (ECU; ECU = Electronic Control Unit = elektronische Steuereinheit) 410. Der sekundäre Kraftstoffinjektor 310 ist stromabwärts des Turboladers 110 und stromaufwärts des DFC 210 an einer Rohrleitung bereitgestellt, welche den Turbolader 110 mit dem DFC 210 verbindet. Der NOx-Sensor 320 ist stromabwärts des DPF 230 bereitgestellt, um die Menge von NOx in dem Abgas zu ermitteln. Die ECU 410 reagiert auf ein Signal, welches von dem NOx-Sensor 320 bereitgestellt wird, und gibt ein Steuersignal aus, welches dem sekundären Kraftstoffinjektor 310 ermöglicht bzw. diesen veranlasst, Kraftstoff einzuspritzen, und welches ein Öffnen eines Abgasverteilungsventils veranlasst, und zwar an einem Regenerationspunkt eines NOx-Reduktionskatalysators, wo eine Menge von NOx, welche in dem Abgas detektiert wird, eine Referenzmenge überschreitet.
  • Die Abgasvorrichtung gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der Erfindung mit der oben beschriebenen Konfiguration kann sowohl NOx als auch Feinstaub unter Verwendung des DFC 210 sowie des HC-SCR-Katalysators 220 vorteilhaft reduzieren.
  • Kraftstoff, welcher durch den sekundären Kraftstoffinjektor 310 eingespritzt wird, wird durch den DFC 210 in sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoff gespalten bzw. abgebaut und wird anschließend dem HC-SCR-Katalysator 220 zugeführt, wodurch NOx gereinigt wird.
  • Insbesondere ist der sekundäre Kraftstoffinjektor 310 stromaufwärts des DFC 210 bereitgestellt als ein Mittel zum Aufrechterhalten des Minimalverhältnisses von Kohlenwasserstoff zu NOx auf einem Wert von 5:1 oder mehr, um die Reinigungsleistung des HC-SCR-Katalysators 220 gemäß den Fahrzuständen eines Dieselmotors zu maximieren, z. B. in dem Fall, in dem ein Dieselfahrzeug rasch beschleunigt, abbremst, Gänge wechselt oder nach dem Hinauffahren auf einen Berg herunterfährt. Gemäß den Fahrbedingungen kann der sekundäre Kraftstoffinjektor 310 das minimale Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu NOx bei 5:1 oder mehr halten durch Einspritzen einer bestimmten Menge von Kraftstoff, wenn das Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu NOx unter 5:1 ist/fällt.
  • Der Kraftstoff, welcher durch den sekundären Kraftstoffinjektor 310 eingespritzt wird, reagiert nicht. direkt mit bzw. an dem HC-SCR-Katalysator 220, sondern wird durch den DFC 210 umgewandelt, welcher stromaufwärts des HC-SCR-Katalysators 220 angeordnet ist, und zwar zu sauerstoffhaltigem Kohlenwasserstoff, welcher eine gute Reaktivität bzgl. des HC-SCR-Katalysators 220 aufweist.
  • Insbesondere trennt der DFC 210 lange Kohlenstoffketten des Dieselkraftstoffs, um eine Anzahl von kurzen Kohlenwasserstoffen zu formen, wodurch die Reaktivität verbessert werden kann aufgrund eines erhöhten effektiven Reaktionsoberflächenbereichs. Hierdurch können funktionale Gruppen oder Doppelbindungen geformt werden oder der Dieselkraftstoff in H2/CO umgewandelt werden.
  • Folglich kann die Abgasvorrichtung gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der Erfindung eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs vermeiden und NOx durch Verbesserung der Reaktivität effizient entfernen.
  • Nachdem der sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoff, welcher aus dem Kraftstoff erzeugt wird, der eingespritzt wird, um das Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu NOx anzupassen/einzustellen, an dem HC-SCR-Katalysator 220 reagiert hat, reagiert die verbleibende Menge von sauerstoffhaltigem Kohlenwasserstoff mit dem Ruß, der in dem CC-DPF 230 gefangen ist, welcher stromabwärts des HC-SCR-Katalysators 220 angeordnet ist, wodurch der Ruß oxidiert wird.
  • Zudem ist stromabwärts der Katalysatoreinheit 200, in der der DFC 210, der HC-SCR-Katalysator 220 und der CC-DPF 230 installiert sind, der NOx-Sensor 320 vorgesehen, um einen Reinigungspunkt zu bestimmen.
  • Der DFC 210 ist stromaufwärts des HC-SCR-Katalysators 220 angeordnet, um das Abgas zu puffern und zu verteilen, welches aus einem Abgaskrümmer emittiert wird und ein unregelmäßiges Strömungsmuster aufweist, sodass das Abgas dem HC-SCR-Katalysator 220 gleichmäßig zugeführt werden kann.
  • Das Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu NOx wird berechnet basierend auf einem Wert, welcher durch den NOx-Sensor 320 gemessen wird, der stromabwärts des DPF angeordnet ist, sowie einem Wert, der durch eine Lambdasonde (nicht gezeigt) gemessen wird, welche an einer Motorabgasschnittstelle montiert ist.
  • Wie oben beschrieben wurde kann die Abgasvorrichtung gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der Erfindung sowohl NOx als auch Feinstaub unter Verwendung des DFC und des HC-SCR-Katalysators reduzieren.
  • Folglich hat die Abgasvorrichtung gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der Erfindung den Effekt, eine Verschlechterung der Kraftstoffersparnis zu vermeiden, während NOx durch eine Verbesserung der Reaktivität effektiv entfernt wird.
  • Die vorhergehende Beschreibung von bestimmten als Beispiel dienenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde präsentiert zum Zwecke der Illustration und Beschreibung. Sie soll nicht erschöpfend sein oder dazu dienen, die Erfindung auf genau die offenbarten Formen zu beschränken, und selbstverständlich sind viele Modifikationen und Variationen im Lichte der obigen Lehre möglich. Die als Beispiel dienenden Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um hierdurch Fachleuten zu ermöglichen, verschiedene als Beispiel dienende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen davon herzustellen und anzuwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die hieran angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert wird.

Claims (6)

  1. Abgasvorrichtung für ein Dieselfahrzeug, aufweisend: einen Dieselkraftstoffkatalysator (210), welcher stromabwärts eines Turboladers (110) bereitgestellt ist, einen Kohlenwasserstoff-SCR-Katalysator (220), welcher stromabwärts des Dieselkraftstoffkatalysators (210) bereitgestellt ist, einen katalysatorbeschichteten Dieselpartikelfilter (230), welcher stromabwärts des Kohlenwasserstoff-SCR-Katalysators (220) bereitgestellt ist, und einen sekundären Kraftstoffinjektor (310), welcher an einer Abgasleitung zwischen dem Turbolader (110) und dem Dieselkraftstoffkatalysator (210) bereitgestellt ist.
  2. Abgasvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der durch den sekundären Kraftstoffinjektor (310) eingespritzte Kraftstoff durch den Dieselkraftstoffkatalysator (210) zu sauerstoffhaltigem Kohlenwasserstoff abgebaut wird und anschließend dem Kohlenwasserstoff-SCR-Katalysator (220) zugeführt wird, wodurch Stickoxide gereinigt werden.
  3. Abgasvorrichtung gemäß Anspruch 2, ferner aufweisend einen Stickoxidsensor (320), welcher stromabwärts des katalysatorbeschichteten Dieselpartikelfilters (230) bereitgestellt ist, wobei der Stickoxidsensor (320) die Menge von Stickoxiden in dem Abgas detektiert.
  4. Abgasvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Menge von sauerstoffhaltigem Kohlenwasserstoff, welche nach der Reaktion in dem Kohlenwasserstoff-SCR-Katalysator (220) vorhanden ist, mit dem Ruß reagiert, der in dem katalysatorbeschichteten Dieselpartikelfilter (230) eingeschlossen ist, wodurch der Ruß oxidiert wird.
  5. Abgasvorrichtung gemäß Anspruch 3, ferner aufweisend eine elektronische Steuereinheit (410), welche auf ein Signal reagiert, das von dem Stickoxidsensor (320) bereitgestellt wird, und welche ein Steuersignal ausgibt, welches den sekundären Kraftstoffinjektor (310) veranlasst, Kraftstoff einzuspritzen, an einem Regenerationspunkt eines Stickoxid-Reduktionskatalysators, an dem in dem Abgas eine Menge von Stickoxiden detektiert wird, welche eine Referenzmenge überschreitet.
  6. Abgasvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei festgelegt ist, dass die Menge von Stickoxiden die Referenzmenge überschreitet, wenn das Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu Stickoxid unterhalb ungefähr 5:1 ist.
DE102009044689A 2009-08-21 2009-11-27 Abgasvorrichtung für ein Dieselfahrzeug Expired - Fee Related DE102009044689B4 (de)

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