DE10321105A1

DE10321105A1 - Regeneration einer Partikelfalle

Info

Publication number: DE10321105A1
Application number: DE10321105A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Maus; Rolf BRÜCK
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2004-12-02
Also published as: WO2004099578A1; KR20060019529A; US20060080953A1; JP2006526102A; EP1625286A1; CN1813120A

Abstract

Es wird eine Abgasanlage (1) zur Reinigung eines Gasstroms (2) von Schadstoffen (3) vorgeschlagen, welche in Strömungsrichtung (4) des Gasstroms (2) durch die Abgasanlage (1) hindurch zumindest Mittel zur Zuführung eines Reduktionsmittels, einen ersten katalytischen Konverter (5) und eine Partikelfalle (8) aufweist, wobei mindestens eine weitere Abgasreinigungskomponente und/oder eine Entfernung von zumindest 0,5 Meter zwischen dem ersten katalytischen Konverter (5) und der Partikelfalle (8) vorgesehen sind, bei der ein Mischer (6) und ein zweiter katalytischer Konverter (7) der Partikelfalle (8) direkt vorangestellt sind. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Regeneration einer Partikelfalle (8), die in der Abgasanlage (1) angeordnet ist, bei dem ein Reduktionsmittel (23) (nur) stromaufwärts des Turboladers (6) zur Durchführung eines Regenerationsprozesses der Partikelfalle (8) in die Abgasanlage (1) eingeleitet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasanlage zur Reinigung eines Gasstroms von Schadstoffen, die eine Partikelfalle umfasst, welche diskontinuierlich unter Einsatz eines Reduktionsmittels regeneriert wird. Weiterhin wird ein Verfahren zur Regeneration einer Partikelfalle beschrieben.

Aufgrund gesetzlicher Bestimmungen, welche immer höhere Anforderungen an die Abgassysteme im Automobilbau stellen, wurden die Abgassysteme in der Vergangenheit stetig weiterentwickelt. Dabei werden eine Vielzahl von Komponenten eingesetzt, die jeweils unterschiedliche Funktionen innerhalb des Abgassystems erfüllen. So sind beispielsweise Startkatalysatoren bzw. Vorturbo-Katalysatoren bekannt, die ein besonders kleines Volumen haben und somit schnell nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine ihre zur katalytischen Umsetzung erforderliche Starttemperatur erreichen. Weiterhin sind elektrisch beheizbare Katalysatoren bekannt, die ebenfalls ein verbessertes Kaltstartverhalten des Abgassystems ermöglichen. Sogenannte Adsorber haben im Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine die Aufgabe, bestimmte, im Abgas enthaltene Schadstoffe für einen gewissen Zeitraum zu adsorbieren, wobei diese vorzugsweise solange gespeichert werden, bis ein nachgeschalteter Katalysator seine Betriebstemperatur erreicht hat. Insbesondere im Abgassystem von Dieselmotoren werden zudem Partikelfallen bzw. Partikelfilter eingesetzt, welche im Abgas enthaltene Rußpartikel und/oder andere feste Verunreinigungen auffangen. Die aufgefangenen Partikelansammlungen können grundsätzlich kontinuierlich oder diskontinuierlich umgesetzt werden, beispielsweise durch Zufuhr hoher thermischer Energie.

Zur Reduktion der Partikelemissionen im Abgas, insbesondere bei Dieselmotoren, sind Partikelfallen bekannt, welche aus einem keramischen Substrat aufgebaut sind. Diese weisen Kanäle auf, so dass das zu reinigende Abgas in die Partikelfalle einströmen kann. Die benachbarten Kanäle sind abwechselnd verschlossen, so dass das Abgas auf der Eintrittsseite in den Kanal einströmt, durch wenigstens eine keramische Wand hindurchtritt und durch den benachbarten Kanal auf der Austrittsseite wieder entweicht. Derartige Partikelfallen sind als „geschlossene" Partikelfilter bekannt. Sie erreichen eine Effektivität von ca. 95 % über die gesamte Breite der auftretenden Partikelgrößen.

Eine andere Art einer Partikelfalle, die hoch thermisch belastbar ist und einen deutlich geringeren Druckverlust aufweist, geht aus der nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 101 53 283 hervor. In dieser Schrift ist eine Partikelfalle beschrieben, die als „offenes" Filtersystem bezeichnet wird. Bei einem solchen offenen System wird auf ein konstruktives, wechselseitiges Verschließen der Filterkanäle verzichtet. Die Kanalwände bestehen zumindest teilweise aus porösem oder hochporösem Material. Die Strömungskanäle des offenen Filters weisen Umlenk- oder Leitstrukturen auf, die das Abgas mit den darin enthaltenen Partikeln hin zu den Bereichen aus porösem oder hochporösem Material lenken. Ein Partikelfilter wird dann als offen bezeichnet, wenn er grundsätzlich von Partikeln vollständig durchlaufen werden kann, und zwar auch von Partikeln, die erheblich größer als die eigentlich herauszufilternden Partikel sind. Dadurch kann ein solcher Filter selbst bei einer Agglomeration von Partikeln während des Betriebes nicht verstopfen. Ein geeignetes Verfahren zur Messung der Offenheit eines Partikelfilters ist beispielsweise die Prüfung, bis zu welchem Durchmesser kugelförmige Partikel noch durch einen solchen Filter rieseln können. Bei den vorliegenden Anwendungsfällen ist ein Filter insbesondere dann offen, wenn Kugeln von größer oder gleich 0,1 mm Durchmesser noch hindurchrieseln können, vorzugsweise Kugeln mit einem Durchmesser oberhalb von 0,2 mm.

Unabhängig von der An der eingesetzten Partikelfalle muss eine sichere und nach Möglichkeit vollständige Regeneration der Partikelfilter im Abgassystem eines Automobils gewährleistet sein. Eine solche Regeneration der Partikelfalle ist erforderlich, da die zunehmende Ansammlung von Partikelteilchen in der zu durchströmenden Kanalwand einen stetig steigenden Druckverlust zur Folge hat, der negative Auswirkungen auf die Motorleistung mit sich bringt. Die Regeneration umfasst im wesentlichen das kurzzeitige Aufheizen der Partikelfalle bzw. der darin angesammelten Partikel, so dass die Rußpartikel in gasförmige Bestandteile umgesetzt werden.

Früher wurden derartige Partikelfallen direkt beheizt, beispielsweise durch eine ohmsche Widerstandserhitzung. Es war auch bekannt, mit einem separaten Brenner die angelagerten Rußpartikel umzusetzen. Nachfolgende Vorrichtungen zur Regeneration der Partikelfilter zeichnen sich dadurch aus, dass stromaufwärts einer solchen Partikelfalle ein Reduktionsmittel zugeführt wird, welches letztendlich eine chemische Umsetzung der in der Partikelfalle angelagerten Rußpartikel bewirkt. Hierbei haben sich im wesentlichen zwei unterschiedliche Systeme herauskristallisiert: die diskontinuierliche und die kontinuierliche Regeneration.

Das System zur kontinuierlichen Regeneration von Filtern wird CRT (Continuous Regeneration Trap) genannt und beispielsweise in der US 4,902,487 beschrieben. In einem solchen System werden die Partikel bei Temperaturen oberhalb von 200°C mittels Oxidation durch Inkontaktbringen mit Stickstoffdioxid (NO₂) umgesetzt. Das hierzu erforderlich Stickstoffdioxid wird häufig durch einen Oxidationskatalysator erzeugt, der stromaufwärts von dem Filter angeordnet ist. Hierbei stellt sich jedoch gerade im Hinblick auf die Anwendung bei Kraftfahrzeugen mit Dieselkraftstoff das Problem, dass nur ein unzureichender Anteil von Stickstoffmonoxid (NO) im Abgas existiert, der in das gewünschte Stickstoffdioxid umge setzt werden kann. Infolgedessen kann bislang nicht sichergestellt werden, dass eine kontinuierliche Regeneration der Partikelfalle im Abgassystem erfolgt. Deswegen ist es vielfach auch üblich, Harnstoff oder ähnliche Reduktionsmittel in das Abgassystem zuzuführen, die eine kontinuierliche Regeneration der Filter ermöglichen. Nachteilig bei solchen Systemen ist der hohe technische Aufwand, sowie die Tatsache, dass im Kraftfahrzeug separate Verbrauchsmittel bzw. Betriebsmittel mitgeführt werden müssen.

Bei der diskontinuierlichen Regeneration von Partikelfallen ist es bekannt, der Partikelfalle einen Oxidationskatalysator vorzuschalten, dem ungesättigte bzw. unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) zugeführt werden. Beim Kontakt der ungesättigten Kohlenwasserstoffe mit dem Oxidationskatalysator entsteht eine besonders exotherme Reaktion, die eine signifikante Erhöhung der Temperatur des Abgases zur Folge hat. Dabei werden Temperaturen erreicht, die in einem Bereich liegen, dass eine Umsetzung der in den Partikelfallen gelagerten Partikelagglomerationen möglich ist. Hierbei müssen häufig Temperaturen oberhalb von 600°C erreicht werden. Die Reduktionsmittelzufuhr kann dabei separat erfolgen, es ist aber auch bekannt, unverbrannte Kraftstoffanteile aus der Verbrennungskraftmaschine direkt in die Abgasleitung einzuführen, so dass diese auf den Oxidationskatalysator treffen.

Der eingangs geschilderte Wunsch, bereits unmittelbar nach dem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine eine katalytische Umsetzung des Abgases zu bewirken, lässt sich durch den Einsatz von Startkatalysatoren verwirklichen, die sich durch ein kleines Volumen (z.B. kleiner 20% des Hubraums der Verbrennungskraftmaschine) und ihre Motornähe auszeichnen. Dabei stellt sich das technische Problem, dass eine Zufuhr von ungesättigten Kohlenwasserstoffen, die in einer stromabwärts gelegenen, deutlich von dem Startkatalysator entfernt angeordneten Partikelfalle eine Regeneration bewirken soll, nicht mehr möglich ist. Der als Re duktionsmittel wirkende Kraftstoff würde auf den Startkatalysator auftreffen und zu einer exothermen Reaktion führen. Aufgrund der Tatsache, dass die Partikelfalle sehr weit von dem Startkatalysator entfernt angeordnet ist bzw. zusätzliche Komponenten zur Abgasreinigung zwischen den Startkatalysatoren und der Partikelfalle angeordnet sind, wird in der Partikelfalle nicht die erforderliche Temperaturerhöhung bewirkt.

Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die geschilderten technischen Probleme zu beseitigen, insbesondere ein Abgassystem sowie ein Verfahren zur Regeneration einer Partikelfalle anzugeben, so dass eine diskontinuierliche Regeneration der Partikelfalle auch dann gewährleistet werden kann, wenn große Entfernungen zwischen dem Startkatalysator und der Partikelfalle für das Abgas zurückzulegen bzw. temperaturempfindliche Komponenten zur Umsetzung bestimmter Abgasbestandteile zwischen dem Startkatalysator und der Partikelfalle angeordnet sind. Die Abgasanlage soll zudem einfach aufgebaut und die Regeneration einfach durchführbar sein.

Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einem Verfahren zur Regeneration einer Partikelfalle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen beschrieben. Dabei sind die dort aufgezeigten Weiterbildungen auch in beliebig sinnvoller Weise miteinander kombinierbar.

Die Abgasanlage zur Reinigung eines Gasstroms mit Schadstoffen umfasst in Strömungsrichtung des Gasstroms durch die Abgasanlage hindurch zumindest Mittel zur Zuführung des Reduktionsmittels, einem ersten katalytischen Konverter und eine Partikelfalle, wobei mindestens eine weitere Abgasreinigungskomponente und/oder eine Entfernung von mindestens 0,5 m zwischen dem ersten katalyti schen Konverter und der Partikelfalle vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist sind ein Mischer und ein zweiter katalytischer Konverter der Partikelfalle direkt vorangestellt.

Zur Klarstellung der hier verwendeten Begriffe wird nachfolgend die Bedeutung im einzelnen näher erläutert. Unter „Strömungsrichtung des Gasstromes" ist die Richtung des Gasstromes zu verstehen, die die Strömung ausgehend von einer Verbrennungskraftmaschine hin zum Auspuff bzw. Austritt in die Atmosphäre nimmt. Dabei ist eine Hauptströmungsrichtung gemeint, also bleiben insbesondere lokale Strömungsturbulenzen od. dgl. unberücksichtigt. Die Anordnung der einzelnen Mittel in Strömungsrichtung durch die Abgasanlage hindurch bedeutet, dass der Gasstrom zunächst mit den Mitteln zur Zuführung eines Reduktionsmittels in Kontakt kommt, anschließend mit dem ersten katalytischen Konverter und schließlich mit der Partikelfalle. Davon bleibt unberührt, dass der Gasstrom zwischen diesen einzelnen Komponenten mit weiteren Bestandteilen der Abgasanlage in Kontakt kommt, wie beispielsweise weitere Adsorber, Abgasleitungen, etc. Weiterhin ist mit dem Hinweis darauf, dass „zumindest" die aufgeführten Einrichtungen vorgesehen sind, auch umfasst, dass die Einrichtungen mehrfach, direkt oder indirekt, hintereinander angeordnet sein können.

Unter einem „katalytischen Konverter" sind eine Vielzahl von bekannten Trägerkörpern für katalytisch aktives Material zu verstehen. Dabei können die Trägerkörper überwiegend aus Metall und/oder Keramik aufgebaut sein. Bei metallischen Katalysator-Trägerkörpern werden bekanntermaßen zumindest teilweise strukturierte Blechfolien so miteinander gewunden, dass für ein Fluid durchströmbare Kanäle gebildet sind. Es ist auch bekannt, metallische Trägerkörper durch Extrusion herzustellen. Weiterhin sind keramische Trägerkörper bekannt, die ihre Wabenform ebenfalls durch einen Extrudier- und Sinter-Vorgang erhalten. Eine solche Wabenform hat sich deshalb als besonders vorteilhaft erwiesen, weil auf diese Weise eine besonders große Oberfläche bereitgestellt wird, die einen innigen Kontakt mit dem Gasstrom zur Folge hat.

Unter dem Begriff der „Partikelfalle" sind sowohl klassische Filtersysteme mit wechselseitig verschlossenen Kanälen als auch die oben beschriebenen „offenen" Filtersysteme gemeint.

Der Begriff „Abgasreinigungskomponente" stellt einen Oberbegriff für eine Vielzahl unterschiedlicher Komponenten zur Abgasbehandlung dar, insbesondere Wabenkörper, Wasserfallen, Heizelemente, Schalldämpfer, Adsorber, Speichervorrichtungen, etc.

Unter einer „Entfernung" zwischen dem ersten katalytischen Konverter und der Partikelfalle ist insbesondere deren Abstand entlang des Strömungsweges des Gasstromes zu verstehen. Das bedeutet, dass hierzu die Entfernung entlang der Abgasleitung zu bestimmen ist, welche den ersten katalytischen Konverter und die Partikelfalle, auf dem kürzesten Weg, verbindet.

Ein „Mischer" im Sinne dieser Offenbarung beschreibt eine Einrichtung, die eine Verwirbelung bzw. eine signifikante Strömungsumlenkung von Teilgasströmen bewirkt. Insbesondere liegt der Anteil umgelenkter Teilgasströme oberhalb von 50 %, insbesondere 80 %, bevorzugt oberhalb 95 %. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die Teilabgasströme nicht im wesentlichen parallel zueinander abgelenkt werden, sondern sich zumindest teilweise aufeinander zu bewegen, so dass eine Vermischung stattfindet. Beispielhaft sei hier ein Mischelement der Art genannt, wie es in der DE 199 38 840 beschrieben ist. Selbstverständlich können auch alle anderen, bekannten Mischer eingesetzt werden, solange sie die zuvor stehenden Kriterien erfüllen.

Betreffend den zweiten katalytischen Konverter, so sei darauf hingewiesen, dass es sich hierbei von der Art wiederum um eine Abgasbehandlungskomponente handelt, wie sie mit Bezug auf den ersten katalytischen Konverter beschrieben wurde. Allerdings ist dieser zweite katalytische Konverter nicht als Startkatalysator ausgeführt, d. h. er befindet sich nicht in motornaher Umgebung.

Mit der erfindungsgemäßen Abgasanlage ist es möglich, wie nachfolgend noch mit Bezug auf das Verfahren näher erläutert wird, Kraftstoff als Reduktionsmittel zur Regeneration der Partikelfalle einzusetzen, wobei der Kraftstoff im wesentlichen ohne eine vollständige exotherme Reaktion den ersten katalytischen Konverter passiert. Dann wird dieses Kraftstoff-Gas-Gemisch mittels des Mischers so aufbereitet, dass die gewünschte exotherme Reaktion im zweiten katalytischen Konverter stattfindet, welche die für die Regeneration der Partikelfalle erforderliche Temperaturerhöhung bewirkt. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist, dass der zur Regeneration benötigte Kraftstoff in einem Abschnitt bzw. Teilvolumenstrom des Abgasstromes konzentriert durch den ersten katalytischen Konverter hindurchgeführt wird, so dass für einen erheblichen Anteil des mitgeführten Kraftstoffes nicht ausreichend Sauerstoff zur Verfügung steht, der zur katalytischen Umsetzung erforderlich ist. Somit treten nur in den Randbereichen des hoch-kraftstoffhaltigen Teilgasstromes katalytisch motivierte Reaktionen auf, ein Großteil der zusätzlich eingespritzten Kraftstoffmenge passiert jedoch ohne Umsetzung den ersten katalytischen Konverter.

Der Mischer bewirkt nun, dass sich dieser Kraftstoff-angereicherte Teilgasstrom mit dem restlichen Abgas mischt, welches gerade bei Dieselmotoren besonders mager, d. h. sauerstoffreich, ist. Durch diesen Mischvorgang erfolgt eine Auflösung des hoch-kraftstoffhaltigen Teilgasstromes, so dass der Kraftstoff fein dispers mit dem Abgasstrom hin zur stromabwärts gelegenen Partikelfalle strömt. In diesem Zusammenhang spielt es keine wesentliche Rolle, ob der gemischte Abgasstrom auf dem Weg hin zum zweiten katalytischen Konverter weitere (nicht oxidierend wirkende) Abgasreinigungskomponente durchströmt oder nicht. Letztlich trifft der gemischte Abgasstrom auf den zweiten katalytischen Konverter, der wiederum eine katalytisch aktive Oberfläche aufweist und nun eine Umsetzung der Abgas-Kraftstoff-Dispersion bewirkt.

Da dieser zweite katalytische Konverter direkt (bzw. unmittelbar, also ohne dass weitere Abgasreinigungskomponenten dazwischen angeordnet sind) der Partikelfalle vorgeschaltet ist, wird die Temperaturerhöhung aufgrund der exothermen Reaktion unmittelbar an die Partikelfalle weitergegeben. Dies gewährleistet nun eine vollständige Regeneration der Partikelfalle. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass der zweite katalytische Konverter und die Partikelfalle so zueinander angeordnet sind, dass das Abgas eine möglichst große Energiemenge an die Partikelfalle abgeben kann. Dies kann beispielsweise dadurch gewährleistet werden, dass der katalytische Konverter und die Partikelfalle zueinander nur einen geringen Abstand aufweisen, insbesondere beträgt dieser Abstand weniger als 10 cm, insbesondere weniger 5 cm und bevorzugt weniger als 2 cm. Der Abstand beschreibt dabei die Distanz, die das Abgas nach dem Austritt aus dem zweiten katalytischen Konverter bis zum Eintritt in die Partikelfalle zurücklegt. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Abgasleitung zwischen dem zweiten katalytischen Konverter und der Partikelfalle thermisch isoliert ist bzw. keine zusätzlichen Bauteile wie Klappen, Leitbleche, Sonden oder ähnliches, oder auch Krümmungsabschnitte aufweist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Mischer ein Turbolader. Gerade bei den neueren Dieselmotoren, welche nach dem Prinzip der Direkteinspritzung arbeiten, hat sich der Einsatz eines Abgas-Turboladers zur Kompression der Ansaugluft bewährt. Ein solcher Verdichter für die Ansaugluft wird durch das den Turbolader durchströmende Abgas betrieben. Beim Durchströmen des Turboladers erfährt das Abgas eine starke Verwirbelung, so dass vom Turbolader die Kriterien, die oben mit Bezug auf den Mischer dargestellt wurden, voll erfüllt sind. D. h. beispielsweise, dass nun dem ersten katalytischen Konverter lediglich ein Turbolader nachgeschaltet sein kann, dem wiederum ein zweiter katalytischer Konverter und die Partikelfalle nachgeschaltet sind. Gerade bei einer solchen Anordnung der Abgasreinigungskomponenten bzw. des Turboladers ist das nachstehend beschriebene Verfahren vorteilhaft, da es verhindert, dass durch den ersten katalytischen Konverter, der bevorzugt als Startkatalysator ausgebildet ist, so hohe Temperaturen im Abgas erzeugt werden, dass der direkt nachgeschaltete Turbolader beschädigt wird. So ist es möglich, das Abgas mit für den Turbolader erträglichen Temperaturen hindurchzuführen, und es anschließend auf eine solche Temperatur mittels des zweiten katalytischen Konverters aufzuheizen, dass eine Regeneration der Partikelfalle sichergestellt ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Abgasanlage umfassen die Mittel zur Zuführung des Reduktionsmittels zumindest eine Einspritzdüse zur Bereitstellung von Kraftstoff im Brennraum einer mobilen Verbrennungskraftmaschine. Das bedeutet insbesondere, dass lediglich eine bzw. mehrere Einspritzdüsen, die zur Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff bestimmt sind, zur Bereitstellung von Reduktionsmittel für die Regeneration der Partikelfalle eingesetzt werden. D. h. mit anderen Worten, dass die zumindest eine Einspritzdüse in die Zylinder der Verbrennungskraftmaschine Kraftstoff einspritzt, der im wesentlichen unverbrannt aus den Zylinder austritt, den ersten katalytischen Konverter (und ggf. auch den Turbolader) passiert und schließlich erst durch Kontakt mit dem zweiten katalytischen Konverter eine exotherme Reaktion zur Umsetzung des Kraftstoffs stattfindet. Auf diese Weise wird ein besonders einfacher Aufbau der Abgasanlage möglich, schließlich kann auf zusätzliche Leitungen bzw. Düsen u. dgl. zur Einleitung des Reduktionsmittels verzichtet werden.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Einspritzdüse so angeordnet ist, dass der Kraftstoff in einen Auslasskanal der Verbrennungskraftmaschine einleitbar ist. Dabei ist für den Fachmann klar, dass hierzu ggf. weitere Mittel erforderlich sind. So ist zu berücksichtigen, dass die Einspritzdüse üblicherweise so ausgerichtet ist, dass ein besonders gutes Verdichtungs- bzw. Verbrennungsverhalten des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Zylinder der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet ist. Um sicherzustellen, dass der Kraftstoff den Auslasskanal erreicht, sind so ggf. vorgegebene Positionen des Kolbens oder des Ventils erforderlich.

Um beispielsweise eine leicht nachrüstbare Ausgestaltung des Abgassystems zu erhalten, die eine Modifikation des Zylinders bzw. des Brennraumes nicht erfordert, wird vorgeschlagen, dass mindestens eine separate Zuleitung in bzw. an einem Auslasskanal der Verbrennungskraftmaschine und/oder der Abgasanlage vorgesehen ist. Damit ist gemeint, dass beispielsweise von der Kraftstoffzufuhr hin zum Motor eine Zusatzleitung vorgesehen ist, und der Kraftstoff zwischen dem Brennraum bzw. dem Motorenzylinder und dem ersten katalytischen Konverter dem Abgasstrom zugeführt wird. Dabei ist zu beachten, dass dies so erfolgt, dass ein relativ eng begrenzter Teilgasstrom erzeugt wird, der eine besonders hohe Konzentration von Kraftstoff aufweist. Dadurch wird gewährleistet, dass der zur Durchführung einer exothermen Reaktion erforderliche Sauerstoff verdrängt wird, und der hoch-kraftstoffhaltige Teilgasstrom sowohl den ersten katalytischen Konverter als auch ggf. nachgeordnete Komponenten durchströmt ohne eine signifikante chemische Umsetzung zu erfahren.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Mittel zur Zuführung eines Reduktionsmittels mit einem Reduktionsmittel-Reservoir sowie einer Steuerungs-Einheit verbunden sind, so dass eine intermittierende Reduktionsmittelzufuhr durchführbar ist. Bezüglich des Reduktionsmittel-Reservoirs können separate Behälter bzw. Vorratsräume vorgesehen sein, es ist jedoch auch möglich, dass es sich hierbei direkt um den Kraftstoff-Tank handelt. Die Steuerungs-Einheit übernimmt die Aufgabe, bedarfsgerecht die Öffnungszeiten bzw. anliegenden Drücke bei der Einspritzdüse bzw. anderen Düsen zu regeln bzw. zu steuern. Dies hat insbesondere in Abhängigkeit von der Kolben- bzw. Auslassventil-Stellung des Zylinders der Verbrennungskraftmaschine zu erfolgen.

Weiter ist es vorteilhaft, dass der erste katalytische Konverter eine die Oxidation von zumindest einem im Gasstrom enthaltenen Schadstoffes fördernde erste Kontaktfläche hat. D. h. insbesondere, dass mit dem ersten katalytischen Konverter ungesättigte Kohlenwasserstoffe in weniger schädliche Bestandteile umgewandelt werden. Gerade weil in diesem Zusammenhang stets ein besonderes Interesse der Öffentlichkeit vorliegt, wird vorgeschlagen, dass auch der zweite katalytische Konverter eine die Oxidation von zumindest einem im Gasstrom enthaltenen Schadstoff fördernde zweite Kontaktfläche hat. Dabei ist es u. U. möglich, dass sowohl der erste katalytische Konverter als auch der zweite katalytische Konverter das gleiche katalytisch aktive Material an bzw. in der Kontaktfläche aufweisen. Dies ist insofern überraschend, da mit der hier vorgeschlagenen Vorrichtung bzw. dem nachfolgend erläuterten Verfahren gewährleistet ist, dass das Reduktionsmittel die gleiche Beschichtung einerseits passiert, andererseits jedoch unter einer exothermen Reaktion mit einer erheblichen Temperaturerhöhung des Abgases umgesetzt wird.

Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung der Abgasanlage bilden der zweite katalytische Konverter und die Partikelfalle eine Baueinheit. Das bedeutet insbesondere, dass der zweite katalytische Konverter und die Partikelfalle nicht nur über die sie umgebende Abgasleitung verbunden sind. So ist beispielsweise möglich, dass der zweite katalytische Konverter und die Partikelfalle in einem gemeinsamen Mantelrohr angeordnet sind, welches mit der Abgasleitung in Kontakt steht. Es ist jedoch auch möglich, dass der zweite katalytische Konverter und die Partikelfalle nicht nur über den Umfang miteinander verbunden sind, sondern dies ggf. über die Stirnseiten eine Kontaktierung erfolgt, beispielsweise über Stifte, Blechfolien, oder ähnliches. Weiter ist es beispielsweise auch möglich, bezuglich der Baueinheit eine in Umfangsrichtung wirkende thermische Isolierung vorzusehen, so dass die in dem zweiten katalytischen Konverter erzeugte exotherme Energie fast vollständig an die Partikelfalle abgegeben wird.

Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Abgasanlage bilden der zweite katalytische Konverter und die Partikelfalle zusammen einen für ein Fluid durchströmbaren Körper, der in Strömungsrichtung zunächst eine katalytisch aktive Beschichtung und nachfolgend Mittel zur Anlagerung von Partikeln aufweist. D. h. beispielsweise, dass der zweite katalytische Konverter und die Partikelfalle mit demselben Trägerkörper ausgeführt sind. D. h. mit anderen Worten, dass beispielsweise sich die Kanalwände, welche in der Regel von keramischem Material bzw. von Metallblechen gebildet werden, über eine gesamte Länge in Strömungsrichtung des zweiten katalytischen Konverters und der Partikelfalle gemeinsam erstrecken. Eine Unterteilung des Trägerkörpers selbst muss dann nicht vorliegen. Es können jedoch Aussparungen, Deformierungen, Materialanhäufungen od. dgl. in Teilabschnitten des Körpers bzw. den Kanalwänden vorgenommen werden, so dass der Abschnitt des Körpers an die jeweilige Funktion, Katalysator einerseits und Partikelfalle andererseits, angepasst ist. Grundsätzlich ist aber möglich, dass sich diese Abschnitte des Trägerkörpers bzw. Körpers (nur oder zusätzlich) durch unterschiedliche Beschichtungen unterscheiden. Dabei kann auch ein Überlappungsbereich des Abschnittes, der den zweiten katalytischen Konverter darstellt, und dem Abschnitt, der die Partikelfalle bildet, vorliegen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Regeneration einer Partikelfalle vorgeschlagen, die in einer Abgasanlage angeordnet ist, wobei die Abgasanlage (in Strömungsrichtung eines Gasstromes gesehen) zumindest einen ersten katalytischen Konverter, einen Turbolader, einen zweiten katalytischen Konverter und die Partikelfalle aufweist. Dabei wird ein Reduktionsmittel stromaufwärts des Turboladers zur Durchführung eines Regenerationsprozesses der Partikelfalle in die Abgasanlage eingeleitet. Dazu wird das Reduktionsmittel so konzentriert einen Teilgasstrom der Abgasanlage zugeführt, dass beim Durchströmen des ersten katalytischen Konverters keine bzw. nur eine sehr geringe exotherme Reaktion stattfindet. Dieser, immer noch hoch-kraftstoffhaltige Teilgasstrom wird nun durch den Turbolader geführt, wobei eine besonders intensive Mischung mit den Teilabgasströmen aus anderen Zylindern der Verbrennungskraftmaschine stattfindet. Da diese Teilabgasströme aus den anderen Zylindern im wesentlichen ein besonders mageres (sauerstoffreiches) Gemisch darstellen, wird nun der Teilgasstrom, der einen hohen Kraftstoffanteil noch aufweist, mit Sauerstoff angereichert. Dies hat zur Folge, dass beim anschließenden Auftreffen des Teilgasstroms auf einen Oxidationskatalysator die gewünschte exotherme Reaktion stattfindet. Die dabei frei werdende thermische Energie wird zum Abbrennen der Rußpartikel eingesetzt, die sich in der nachgeschalteten Partikelfalle angelagert haben. Somit wird verhindert, dass sich Strömungswege (die das Abgas durch die Partikelfalle hindurch nimmt) zusetzen, was zu einer Erhöhung des Strömungswiderstandes der Partikelfalle führt. Der daraus resultierende Druckabfall des Abgasstroms über der Partikelfalle hat negative Auswirkungen auf die Motorleistung, die bei dem hier beschriebenen Verfahren sicher vermieden werden.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die Reduktionsmittelzufuhr intermittierend erfolgt. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Reduktionsmittelzufuhr mittels wenigstens einer Einspritzdüse erfolgt, wobei Kraftstoff in einen Brennraum einer mobilen Verbrennungskraftmaschine eingeleitet wird. Hierbei stehen insbesondere die Dieselmotoren im Vordergrund.

Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt eine nachträgliche Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum, so dass unverbrannte Teilvolumenströme des Kraftstoffes in einen Auslasskanal der Verbrennungskraftmaschine gelangen. Nachträglich bedeutet in diesem Sinne, dass die Einspritzdüse während eines Arbeitszyklusses des Kolbens im Zylinder zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten Kraftstoff einspritzt. Beim ersten Zeitpunkt wird die für die Selbstzündung bzw. Verbrennung erforderliche Menge Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders eingespritzt, verdichtet und verbrannt. Während der Aufwärtsbewegung des Kolbens wird das bei der Verbrennung entstandene Abgas durch ein geöffnetes Auslassventil hindurch in den Auslasskanal und weiter zur Abgasleitung ausgestoßen. Zu diesem Zeitpunkt, also insbesondere nach Abschluss der Verbrennung im Brennraum, wird eine vorgebbare bzw. errechenbare Menge Kraftstoff (oder ein anderes Reduktionsmittel) über die Einspritzdüse in den Brennraum eingeführt, der mit bzw. nach dem ausgeschobenen Abgasteilstrom durch den Auslasskanal bzw. die Abgasleitung strömt.

Bei Verbrennungskraftmaschinen mit einer Mehrzahl von Zylindern mit jeweils einem Brennraum ist es besonders vorteilhaft, dass die Einspritzung des Reduktionsmittels in die Zylinder wechselweise erfolgt. Das umfasst einerseits, dass die einzelnen Zylinder nacheinander jeweils eine Einspritzung des Reduktionsmittels übernehmen, es ist jedoch auch möglich, dass einzelne Zylinder übersprungen werden, einzelne Einspritzdüsen die Einspritzung des Reduktionsmittels mehrfach hintereinander übernehmen und/oder keine starr vorgegebene Abwechslung hinsichtlich der Zylinder vorgenommen wird. Letzteres ist insbesondere dann der Fall, wenn die Einspritzung in die jeweiligen Zylinder in Abhängigkeit von erfassten Messwerten erfolgt, die den Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine bzw. der Abgasanlage widerspiegeln. Dadurch wird einerseits gewährleistet, dass die in einem einzelnen Zylinder nach der Reduktionsmitteleinspritzung ggf. verbleibende Restmengen des Kraftstoffs immer wieder verbrannt werden. So liegt eine gleichmäßige Verbrennung in allen Zylindern vor.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Auslösezeitpunkt für eine Einspritzung des Reduktionsmittels in Abhängigkeit eines erfassten und/oder berechneten Parameters bestimmt, welcher die Funktionalität der Partikelfalle charakterisiert. Das bedeutet, dass Mittel (Sensoren, Sonden, etc.) vorgesehen sind, die die Funktionalität der Partikelfalle überwachen. Geeignete Messwerte stellen hierbei der Druckabfall über die Partikelfalle, die Temperatur in der Partikelfalle, die Konzentration von zumindest einem Schadstoff im Abgas nach Austritt der Partikelfalle, etc. dar. Erreicht der Druckabfall beispielsweise einen vorgegebenen Grenzwert, so kann dies als Indiz für die Auslösung eines Regenerationszyklusses herangezogen werden. Dabei ist u. U. auch die Zeitdauer zu berücksichtigen, die die motornah eingespritzte Kraftstoffmenge benötigt, um die Partikelfalle zu erreichen. Dies muss so erfolgen, dass eine Temperaturerhöhung der Partikelfalle bewirkt wird, bevor diese einen spürbaren negativen Effekt beispielsweise auf die Motorleistung hat.

Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Ort der Einspritzung des Reduktionsmittels in Abhängigkeit eines erfassten und/oder berechneten Parameters gewählt, welcher die Temperatur des Gasstromes in einem Teilbereich der Abgasanlage charakterisiert. Damit ist beispielsweise gemeint, dass die Wahl der Einspritzdüse der mehreren Zylinder von bestimmten Temperaturen des Gasstromes bzw. der Abgasanlage und/oder der Verbrennungskraftmaschine gewählt wird. Führt beispielsweise eine verbleibende Restmenge Kraftstoff im Zylinder nachträglich bei der nächsten Verbrennung zu einer erhöhten thermischen Belastung, so kann es vorteilhaft sein, bei Erreichen einer vorgegebenen Grenztemperatur eine Einspritzung des Reduktionsmittels nur noch über die anderen Einspritzdüsen vorzunehmen. Unter Umständen ist es auch möglich, dass durch die Ausgestaltung der Strömungspfade in der Abgasleitung in Abhängigkeit vom Einspritzort jeweils unterschiedliche Bereiche an den Abgasreinigungskomponenten verstärkt angeströmt werden, so dass sich an diesen Bereichen besonders die Temperatur des Abgasstroms als thermische Belastung darstellt. Auch hier kann eine Anpassung zur Gewährleistung der Funktionalität der Abgasbehandlungskomponenten vorgesehen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend noch mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Dabei sei klargestellt, dass die Figuren schematisch dargestellte, besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele zeigen, auf die sich die Erfindung jedoch nicht begrenzen lässt.
Es zeigen:
1: Schematisch den Aufbau einer Abgasanlage;
2: schematisch den Aufbau einer direkt einspritzenden Diesel-Verbrennungskraftmaschine;
3: schematisch eine nachträgliche Einspritzung von Reduktionsmittel;
4: ein Ausführungsbeispiel eines ersten katalytischen Konverters;
5: ein Ausführungsbeispiel betreffend eine Baueinheit aus einem zweiten katalytischen Konverter und einer Partikelfalle; und
6: schematisch und in perspektivischer Darstellung ein Detail einer Partikelfalle, wie sie in 5 dargestellt ist.
1 zeigt schematisch und perspektivisch eine Abgasanlage 1 zur Reinigung eines Gasstromes 2 von Schadstoffen 3. Diese Abgasanlage 1 umfasst in Strömungsrichtung 4 des Gasstroms 2 durch die Abgasanlage 1 hindurch zumindest einen ersten katalytischen Konverter 5, einen Mischer 6, einen zweiten katalytischen Konverter 7 und eine Partikelfalle 8. Weiter sind Mittel zur Zuführung ei nes Reduktionsmittels vorgesehen, die nur stromaufwärts des Mischers 6 angeordnet sind. Dabei wird in der Verbrennungskraftmaschine 12, welche bevorzugt ein Dieselmotor für einen Pkw ist, Kraftstoff 10 in die Brennräume 11 der verschiedenen Zylinder 24 eingespritzt. Dieser Kraftstoff 10 wird mit hoch verdichteter Ansaugluft verbrannt und anschließend über die Abgasleitung 26 hin zur Umgebung ausgestoßen.
Unmittelbar in Nähe der Verbrennungskraftmaschine 12, insbesondere in einem Abstand kleiner 70 cm, sind eine Mehrzahl von ersten katalytischen Konvertern 5 vorgesehen, wobei jeweils ein erster katalytischer Konverter 5 in einem Rohr des Abgaskrümmers integriert ist. In der dargestellten Ausführungsform wird ein Reduktionsmittel 23 über eine separate Zuleitung 14 stromaufwärts eines Mischers 6, der hier als Turbolader ausgeführt ist, dem Abgasstrom zugeführt. Das Reduktionsmittel 23 durchströmt den Mischer 6 bzw. den Turbolader und trifft anschließend auf einen zweiten katalytischen Konverter 7. Dieser zweite katalytische Konverter 7 ist konusförmig ausgestaltet und in einer Erweiterung der Abgasleitung 26 angeordnet. Direkt im Anschluss an den zweiten katalytischen Konverter ist die Partikelfalle 8 mit einem Abstand 44 positioniert, der bevorzugt kleiner 5 cm ist. Der Partikelfalle nachgeschaltet ist ein Drei-Wege-Katalysator 27 der bekannten Bauart. Zwischen dem ersten katalytischen Konverter 5 und der Partikelfalle 8 ist eine Entfernung 43 gegeben, die zumindest 0,5 m, bevorzugt sogar mehr als 1 m, beträgt. Dabei ist der mit 43 gekennzeichnete Pfeil lediglich schematisch zu verstehen, die tatsächliche Entfernung 43 bestimmt sich durch den Strömungsweg des Gasstromes 2 vom Austritt des ersten katalytischen Konverters 5 bis zum Eintritt in die Partikelfalle 8.
2 zeigt schematisch und offensichtlich nicht maßstabsgetreu einen Brennraum 11, wie er beispielsweise bei einer direkt einspritzenden Diesel-Verbrennungskraftmaschine anzutreffen ist. Der Zylinder 24 umfasst einen Kol ben 32, wobei der Zylinder 24 und der Kolben 32 zumindest teilweise einen Brennraum 11, auch Hubraum genannt, begrenzen. In dem Motorblock der Verbrennungskraftmaschine 12 ist weiterhin eine Einspritzdüse 9 angeordnet, die einerseits mit einem Kraftstoff-Reservoir 15 als auch mit einer Steuerungs-Einheit 16 verbunden ist. Aufgabe der Einspritzdüse 9 ist es, bedarfsgerecht eine vordefinierte bzw. vorher bestimmte Menge Kraftstoff 10 in den Brennraum 11 einzuspritzen, der sich anschließend mit hoch komprimierter Ansaugluft entzündet. Die Entzündung des Kraftstoff-Luftgemischs hat eine Expansion des Gasgemisches zur Folge, durch die der Kolben 32 nach unten gedrückt wird. Nach der Verbrennung wird das Ventil 33 nach oben verfahren und das im Brennraum 11 befindliche Abgas durch einen Auslasskanal 13 in Strömungsrichtung 4 ausgestoßen. In der dargestellten Form ist das Auslassventil 33 geschlossen, die Einspritzdüse 9 spritz deshalb fein dispers die benötigte Menge Kraftstoff 10 ein, die zur tatsächlichen Verbrennung bzw. Leistungsentwicklung benötigt wird.
3 zeigt schematisch und mit einem Teilausschnitt die nachträgliche Einspritzung von Kraftstoff als Reduktionsmittel. Wiederum ist schematisch der Zylinder 24 und der Kolben 32 angedeutet, die den Brennraum 11 begrenzen. In der hier gezeigten Momentaufnahme befindet sich das Ventil 33 in einer Position, dass der Abgasstrom ausgehend vom Brennraum 11 in den Auslasskanal 13 strömen kann. Dies wird dadurch bewirkt, dass sich der Kolben 32 nach oben bewegt. Nun wird durch die Einspritzdüse 9 die gewünschte Menge Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt, der zur Reduktion der Partikelfalle erforderlich ist. Dieser Kraftstoff 10 wird nach Möglichkeit so in den Abgaskanal 13 eingeführt, dass eine An „fette Scheibe" entsteht. Damit ist bevorzugt ein Teilvolumenstrom 25 gemeint, der eine besonders hohe Konzentration von Kohlenwasserstoffen aufweist. In diesem Teilvolumenstrom herrscht Sauerstoffarmut, ein Zustand, der üblicherweise in Diesel-Abgasen aufgrund der mageren Verbrennung nicht vorliegt. In dem vergrößerten Ausschnitt in 3 ist schematisch angedeutet, dass der Gasstrom 2 bzw. der Abgasstrom Schadstoffe 3 als auch Partikel 22 umfasst, die sich in Strömungsrichtung 4 durch den Auslasskanal 13 fortpflanzen. Während in dem angedeuteten Teilbereich, in welchem sich Schadstoffe 3 und Partikel 22 angesammelt haben, eine relativ hohe Konzentration von Sauerstoff für eine katalytische Reaktion bereitgestellt wird, sind in dem Teilvolumenstrom 25 nahezu keine Sauerstoffmoleküle bzw. ein Anteil deutlich unter 50 %, vorzugsweise weniger 30 % anzutreffen. Dies gewährleistet, dass dieser Teilvolumenstrom 25 den ersten katalytischen Konverter 5 durchströmt, ohne dort bereits stark exotherme Reaktionen zu verursachen, die ggf. eine Beschädigung des stromabwärts angeordneten Turboladers zur Folge hätten.
4 zeigt schematisch und in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform eines ersten katalytischen Konverters 5, wie er beispielsweise zum Einsatz in einem Rohr eines Abgaskrümmers anzutreffen ist. Der erste katalytische Konverter 5 umfasst ein Gehäuse 31, in dem mehrere Blechfolien 28 so angeordnet sind, dass für den Gasstrom 2 durchströmbare Kanäle 29 gebildet sind. Somit ist trotz des kleines Volumens eine relativ große erste Kontaktfläche 17 gebildet. Die Blechfolien 28 sind zum Teil strukturiert und so angeordnet, dass im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Kanäle gebildet sind. Im Inneren des Gehäuses 31 wird eine Art Wabenkörper dadurch gebildet, dass glatte und gewellte Blechfolien 28 zunächst gestapelt und anschließend S-förmig (bzw. evolventenfömig) gewunden und in das Gehäuse 31 eingebracht werden. Zur Fixierung der Blechfolien 28 am Gehäuse 31 bzw. zur der Befestigung der Blechfolien 28 miteinander wird überwiegend eine Löttechnik eingesetzt.
5 zeigt schematisch und in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel für einen zweiten katalytischen Konverter 7 und eine Partikelfalle 8, die zusammen eine Baueinheit 19 bilden. Die Baueinheit 19 zeichnet sich auch dadurch aus, dass der zweite katalytische Konverter 7 und die Partikelfalle 8 in ei nem gemeinsamen Mantelrohr 34 angeordnet sind. In der dargestellten Variante sind der zweite katalytische Konverter 7 und die Partikelfalle 8 durch einen Körper 20 gebildet, der eine Mehrzahl Blechfolien 28 umfasst, die zumindest teilweise so strukturiert sind, dass für ein Fluid durchströmbare Kanäle 29 gebildet sind. Das bedeutet beispielsweise auch, dass als solche Baueinheit 19 grundsätzlich besonders ausgeführte metallische Wabenkörper eingesetzt werden können, deren allgemeine Bauform schon bekannt ist.
Man unterscheidet vor allem zwei typische Bauformen für metallische Wabenkörper. Eine frühere Bauform, für die die DE 29 02 776 A1 typische Beispiele zeigt, ist die spiralige Bauform, bei der im wesentlichen eine glatte und eine gewellte Blechlage aufeinandergelegt und spiralförmig aufgewickelt werden, wie dies auch in 5 dargestellt ist. Bei einer anderen Bauform wird der Wabenkörper aus einer Vielzahl von abwechselnd angeordneten glatten und gewellten oder unterschiedlich gewellten Blechlagen aufgebaut, wobei die Blechlagen zunächst einen oder mehrere Stapel bilden, die miteinander verschlungen werden. Dabei kommen die Enden aller Blechlagen außen zu liegen und können mit einem Gehäuse oder Mantelrohr verbunden werden, wodurch zahlreiche Verbindungen entstehen, die die Haltbarkeit des Wabenkörpers erhöhen. Typische Beispiele dieser Bauformen sind in der EP 0 245 737 B1 oder der WO 90/03220 beschrieben. Auch seit langem bekannt ist es, die Blechlagen mit zusätzlichen Strukturen auszustatten, um die Strömung zu beeinflussen und/oder eine Quervermischung zwischen den einzelnen Strömungskanälen zu erreichen. Typische Beispiele für solche Ausgestaltungen sind die WO 91/01178, die WO 91/01807 und die WO 90/08249. Schließlich gibt es auch Wabenkörper in konischer Bauform, gegebenenfalls auch mit weiteren zusätzlichen Strukturen zur Strömungsbeeinflussung. Ein solcher Wabenkörper ist beispielsweise in der WO 97/49905 beschrieben. Darüber hinaus ist es auch bekannt, in einem Wabenkörper eine Aussparung für einen Sensor freizulassen, insbesondere zur Unterbringung einer Lambdasonde. Ein Beispiel dafür ist in der DE 88 16 154 U1 beschrieben.
Auf der Gaseintrittsseite, die in 5 auf der linken Seite dargestellt ist, weist der Körper 20 eine katalytisch aktive Beschichtung 21 auf. Diese katalytisch aktive Beschichtung 21 in Verbindung mit der zweiten Kontaktfläche 18, welche zum Teil durch die katalytische Beschichtung 21 gebildet wird, sorgen für eine effektive Umsetzung der Reduktionsmittelmengen, wobei eine thermische Energie erzeugt wird, die den gesamten Körper 20 bzw. das darin befindliche Abgas deutlich erhöht, beispielsweise auf Temperaturen oberhalb 600° C. Die hier gezeigten Blechfolien 28 sind mit einer Dicke 35 versehen, die im Bereich von 0,02 bis 0,11 mm liegt.
6 zeigt eine Ausgestaltung einer Partikelfalle 8, wie sie beispielsweise in der in 5 gezeigten Baueinheit 19 vorliegen kann. Die Blechfolie ist hier Welllage 36 genannt, da diese Welllage 36 zusätzliche Strukturen zum Auffangen von festen Bestandteilen im Abgasstrom aufweist. Grundsätzlich kann jedoch die Blechfolie 29 gleichzeitig auch die Welllage 36 sein. Die Pfeile stellen in der 6 die Strömungsrichtung 4 dar und verdeutlichen, welche Strömungswege das Abgas, in dem Partikel 22 enthalten sind, nehmen kann. Zumindest in dem Teilbereich des Körpers 20, der die Partikelfalle 8 darstellt, ist eine Faserlage 37 in direkter Nachbarschaft zu der Welllage 36 angeordnet, die Poren 38 hat zur Aufnahme der Partikel 22. Die Welllage 36 bildet eine Vielzahl von Kanälen 29, die ein freies Durchströmen der Partikelfalle 20 für das Abgas möglich macht (das Prinzip: „offener Filter"). Zur Strömungsbeeinflussung weist die Welllage 36 Leitflächen 40 auf, die zumindest teilweise von Öffnungen 39 begrenzt sind. Durch die Öffnungen 39 werden benachbarte Kanäle 29 miteinander verbunden, so dass ein Austausch von Teilgasströmen in benachbarten Kanälen 29 ermöglicht wird. Die Leitflächen 40 bilden Beruhigungsstellen 41 und Verwirbelungsstel len 42, die gewährleisten, dass die Partikel 22 einerseits hin zur Faserlage 37 gelenkt werden, andererseits sich in Teilbereichen sammeln können, bis die Regeneration erfolgt.
Die hier beschriebene Vorrichtung bzw. das hier erläuterte Verfahren erlaubt mit einfachen Mitteln eine sichere Regeneration eines Partikelfilters mit Kraftstoff, auch wenn im Strömungsweg des Kraftstoffs hin zur Partikelfalle bzw. den direkt davor positionierten Oxidationskatalysator weitere Bauelemente bzw. Abgasreinigungskomponenten positioniert sind. Gerade in Verbindung mit Abgasanlagen, die einen Abgas-Turbolader aufweisen, ist das vorgeschlagene Verfahren besonders effektiv.

1: Abgasanlage
2: Gasstrom
3: Schadstoff
4: Strömungsrichtung
5: Erster katalytischer Konverter
6: Mischer
7: Zweiter katalytischer Konverter
8: Partikelfalle
9: Einspritzdüse
10: Kraftstoff
11: Brennraum
12: Verbrennungskraftmaschine
13: Auslasskanal
14: Zuleitung
15: Reduktionsmittel-Reservoir
16: Steuerungs-Einheit
17: Erste Kontaktfläche
18: Zweite Kontaktfläche
19: Baueinheit
20: Körper
21: Beschichtung
22: Partikel
23: Reduktionsmittel
24: Zylinder
25: Teilvolumenstrom
26: Abgasleitung
27: 3-Wege-Katalysator
28: Blechfolien
29: Kanal
30: Kragen
31: Gehäuse
32: Kolben
33: Ventil
34: Mantelrohr
35: Dicke
36: Welllage
37: Faserlage
38: Pore
39: Öffnung
40: Leitfläche
41: Beruhigungsstelle
42: Verwirbelungsstelle
43: Entfernung
44: Abstand

Claims

Abgasanlage (1) zur Reinigung eines Gasstroms (2) mit Schadstoffen (3) umfassend in Strömungsrichtung (4) des Gasstroms (2) durch die Abgasanlage (1) hindurch zumindest Mittel zur Zuführung eines Reduktionsmittels, einen ersten katalytischen Konverter (5) und eine Partikelfalle (8), wobei mindestens eine weitere Abgasreinigungskomponente und/oder eine Entfernung von zumindest 0,5 Meter zwischen dem ersten katalytischen Konverter (5) und der Partikelfalle (8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mischer (6) und ein zweiter katalytischer Konverter (7) der Partikelfalle (8) direkt vorangestellt sind.
Abgasanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (6) ein Turbolader ist.
Abgasanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Zuführung des Reduktionsmittels zumindest eine Einspritzdüse (9) zur Bereitstellung von Kraftstoff (10) im Brennraum (11) einer mobilen Verbrennungskraftmaschine (12) ist.
Abgasanlage (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (9) so angeordnet ist, dass der Kraftstoff (10) in einen Auslasskanal (13) der Verbrennungskraftmaschine (12) einleitbar ist.
Abgasanlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine separate Zuleitung (14) in einen Auslasskanal (13) der Verbrennungskraftmaschine (12) und/oder der Abgasanlage (1) vorgesehen ist.
Abgasanlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Zuführung eines Reduktionsmittels mit einem Reduktionsmittel-Reservoir (15) sowie einer Steuerungs-Einheit (16) verbunden sind, so dass eine intermittierende Reduktionsmittelzufuhr durchführbar ist.
Abgasanlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste katalytische Konverter (5) eine die Oxidation von zumindest einem im Gasstrom (2) enthaltenen Schadstoff (3) fördernde erste Kontaktfläche (17) hat.
Abgasanlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite katalytische Konverter (7) eine die Oxidation von zumindest einem im Gasstrom (2) enthaltenen Schadstoff (3) fördernde zweite Kontaktfläche (18) hat.
Abgasanlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite katalytische Konverter (7) und die Partikelfalle (8) eine Baueinheit (9) darstellen.
Abgasanlage (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite katalytische Konverter (7) und die Partikelfalle (8) mit einem für ein Fluid durchströmbaren Körper (20) gebildet sind, der in Strömungsrichtung (4) zunächst eine katalytisch aktive Beschichtung (21) und nachfolgend Mittel zur Anlagerung von Partikeln (22) aufweist.
Verfahren zur Regeneration einer Partikelfalle (8), die in Abgasanlage (1) angeordnet ist, wobei die Abgasanlage (1) in Strömungsrichtung (4) eines Gasstroms (2) zumindest einen ersten katalytischen Konverter (5), einen Turbola der, einen zweiten katalytischen Konverter (7) und die Partikelfalle (8) aufweist, bei dem ein Reduktionsmittel (23) stromaufwärts des Turboladers zur Durchführung eines Regenerationsprozesses der Partikelfalle (8) in die Abgasanlage (1) eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Reduktionsmittelzufuhr intermittierend erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Reduktionsmittelzufuhr mittels wenigstens einer Einspritzdüse (9) erfolgt, wobei Kraftstoff (10) in einen Brennraum (11) einer mobilen Verbrennungskraftmaschine (12) eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem eine nachträgliche Einspritzung des Kraftstoffes (10) in den Brennraum (11) erfolgt, so dass unverbrannte Teilvolumenströme (25) des Kraftstoffes (10) in einen Auslasskanal (13) der Verbrennungskraftmaschine (12) gelangen.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Verbrennungskraftmaschine (12) eine Mehrzahl von Zylindern (24) mir jeweils einem Brennraum (23) hat, bei dem die Einspritzung des Reduktionsmittels in die Zylinder (24) wechselweise erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem der Auslösezeitpunkt für eine Einspritzung des Reduktionsmittels in Abhängigkeit eines erfassten und/oder berechneten Parameters erfolgt, welcher die Funktionalität der Partikelfalle (8) charakterisiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem der Ort der Einspritzung des Reduktionsmittels in Abhängigkeit eines erfassten und/oder berechneten Parameters gewählt wird, welcher die Temperatur des Gasstromes (2) in einem Teilbereich der Abgasanlage (1) charakterisiert.