DE102013217169A1 - Process and system for exhaust aftertreatment - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Abgasnachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors in einem Abgasnachbehandlungssystem mit mindestens einem ersten, mindestens einem zweiten und mindestens einem dritten Katalysator mit den folgenden Schritten:
Messen der momentanen Abgastemperatur, Bestimmen der momentan benötigten Dosierung des Abgasnachbehandlungsstoffes, stoßweises Einspritzen eines Vielfachen der momentan benötigten Dosierung des Abgasnachbehandlungsstoffes unter Berücksichtigung der momentanen Abgastemperatur in das Abgasnachbehandlungssystem, wobei das stoßweise Einspritzen innerhalb von 0,03 s bis 3 s, vorzugsweise 0,2 s, in einen Abgasstrang zwischen dem stromaufwärts angeordneten, ersten Katalysator und dem mindestens einen zweiten Katalysator erfolgt und wobei ein Teil des eingespritzten Abgasnachbehandlungsstoffes in den mindestens einen dritten Katalysator gelangt.The invention relates to a method and a system for the exhaust aftertreatment of exhaust gases of an internal combustion engine in an exhaust aftertreatment system with at least a first, at least one second and at least one third catalyst, comprising the following steps:
Measuring the instantaneous exhaust gas temperature, determining the currently required dosage of the exhaust aftertreatment substance, intermittent injection of a multiple of the currently required dosage of the exhaust aftertreatment agent taking into account the current exhaust gas temperature in the exhaust aftertreatment system, wherein the intermittent injection within 0.03 s to 3 s, preferably 0.2 s, takes place in an exhaust line between the upstream, the first catalyst and the at least one second catalyst and wherein a portion of the injected exhaust aftertreatment substance passes into the at least one third catalyst.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Abgasnachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors in einem Abgasnachbehandlungssystem mit mindestens einem ersten, mindestens einem zweiten und mindestens einem dritten Katalysator. Das Verfahren und das System zur Abgasnachbehandlung dienen insbesondere zur effektiven Reduktion von Stickoxiden in allen Lastbetrieben eines Verbrennungsmotors, insbesondere bei Verwendung in einem Kraftfahrzeug.The invention relates to a method and a system for the exhaust aftertreatment of exhaust gases of an internal combustion engine in an exhaust aftertreatment system with at least a first, at least one second and at least one third catalyst. The method and the system for exhaust aftertreatment are used in particular for the effective reduction of nitrogen oxides in all load operations of an internal combustion engine, in particular when used in a motor vehicle.

Generell werden zur Reduktion von Stickoxiden vor allem in Dieselverbrennungsmotoren entsprechende Katalysatoren verwendet. Seit einiger Zeit wird dabei vor allem das Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion (SCR/selective catalytic reduction) angewendet, bei der sich in dem Abgasstrang ein entsprechender SCR-Katalysator befindet, in dem die chemische Reaktion zur Reduktion von Stickoxiden selektiv stattfindet, d. h. hauptsächlich werden Stickoxide (NOx) reduziert und andere Reaktionen werden weitestgehend unterdrückt. Für die entsprechende SCR-Reaktion wird Ammoniak (NH3) benötigt, welches üblicherweise in Form einer wässrigen Harnstofflösung vor dem SCR-Katalysator in den Abgasstrang eingespritzt wird. Aus der wässrigen Harnstofflösung werden durch Hydrolyse und Thermolysereaktion Ammoniak und Kohlenstoffdioxid gebildet. Anschließend kann das auf diese Weise erzeugte Ammoniak bei entsprechender Temperatur mit den unerwünschten Stickoxiden des Verbrennungsvorgangs im Katalysator reagieren. Moderne SCR-Katalysatoren weisen üblicherweise Metall-Zeolithe auf, die eine gewisse temperaturabhängige Ammoniakspeicherfähigkeit aufweisen. Die benötigte Menge an Harnstoffwasserlösung ist abhängig von dem Lastbetrieb des Verbrennungsmotors.In general, corresponding catalysts are used to reduce nitrogen oxides, especially in diesel internal combustion engines. For some time, especially the principle of selective catalytic reduction (SCR / Selective Catalytic Reduction) is applied, in which there is a corresponding SCR catalyst in the exhaust line, in which the chemical reaction for the reduction of nitrogen oxides takes place selectively, ie mainly Nitrogen oxides (NO x ) reduced and other reactions are largely suppressed. For the corresponding SCR reaction ammonia (NH 3 ) is required, which is usually injected in the form of an aqueous urea solution before the SCR catalyst in the exhaust line. From the aqueous urea solution, ammonia and carbon dioxide are formed by hydrolysis and thermolysis reaction. Subsequently, the ammonia produced in this way can react at the appropriate temperature with the undesirable nitrogen oxides of the combustion process in the catalyst. Modern SCR catalysts usually have metal zeolites which have some temperature-dependent ammonia storage capability. The required amount of urea water solution depends on the load operation of the internal combustion engine.

In einem Temperaturbereich bis maximal 400°C haben die Zeolith-SCR-Katalysatoren die beschriebene Ammoniak-Speicherfähigkeit. Diese Speicherfähigkeit nimmt jedoch mit steigender Temperatur ab, bis sie irgendwann ab einer gewissen Temperatur nicht mehr vorhanden ist. Generell ist die Konversionsleistung (d. h. der Umsatz an NOx) umso höher, je höher der Ammoniakfüllstand ist. Aus diesem Grund ist es erstrebenswert, den Ammoniakfüllstand immer so hoch wie möglich zu halten. Bei dieser Art der Ammoniakdosierung in dem Abgasstrang spricht man vom dem sogenannten Füllstandbetrieb.In a temperature range up to 400 ° C, the zeolite SCR catalysts have the described ammonia storage capacity. However, this storage capacity decreases with increasing temperature until at some point after a certain temperature is no longer available. In general, the higher the ammonia level, the higher the conversion efficiency (ie the conversion of NO x ). For this reason, it is desirable to always keep the ammonia level as high as possible. In this type of ammonia dosing in the exhaust system is called the so-called level operation.

Steigt allerdings die Temperatur in dem Abgasstrang und den SCR-Katalysatoren rasch an, z. B. bei der Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs, so wird ab einer gewissen Temperatur das in den Zeolith eingespeicherte NH3 aus dem Katalysator desorbiert, weil das Speichervermögen des Zeoliths schneller abnimmt als das NH3 durch das im Abgas enthaltene NOx abreagiert werden kann. Damit dieses überschüssige NH3, welches durch den SCR-Katalysator „durchrutscht”, nicht verloren ist oder sogar in die Umwelt gelangt, wird hinter dem ersten SCR beabstandet ein zweiter SCR-Katalysator angeordnet, der dieses „durchgerutschte” Ammoniak (Schlupf) auffängt und weiterverwendet.However, the temperature in the exhaust line and the SCR catalysts increases rapidly, for. As in the acceleration of a motor vehicle, the stored in the zeolite NH 3 is desorbed from the catalyst from a certain temperature, because the storage capacity of the zeolite decreases faster than the NH 3 can be reacted by the NO x contained in the exhaust gas. In order for this excess NH 3 , which "slips" through the SCR catalyst, not to be lost or even released into the environment, a second SCR catalytic converter is arranged at a distance behind the first SCR and collects this "slipped-through" ammonia (slip) on.

Die DE 10 2006 027 357 A1 betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem mit zwei SCR-Katalysatoren, welche beabstandet voneinander oder aneinandergrenzend hintereinander geschaltet sind und die jeweils geeignet sind, ein chemisches Reduktionsmittel zumindest teilweise zu speichern und unter dessen Beteiligung Stickoxide des Abgases zu reduzieren.The DE 10 2006 027 357 A1 relates to an exhaust aftertreatment system with two SCR catalysts which are spaced apart from each other or adjacently connected in series and which are each adapted to at least partially store a chemical reducing agent and to reduce nitrogen oxides of the exhaust gas with its participation.

Ist der SCR-Katalysator allerdings zu heiß (z. B. ab einer Temperatur von 600°C), ist die Speicherkapazität des Zeolith im SCR-Katalysator gänzlich erschöpft und ein Ammoniakfüllstandsbetrieb ist nicht mehr möglich. Diese Temperatur tritt beispielsweise unter Volllastbetrieb der Verbrennungsmaschine oder in der Regenerationsphase eines im Abgasstrang befindlichen Dieselpartikelfilters auf. Mit steigender Temperatur wird in steigendem Maße das Reduktionsmittel oxidiert, noch bevor es durch die Stickoxide abreagiert wird, d. h. bevor es reduzierend wirken kann. In diesem Fall geht somit Reduktionsmittel verloren und eine erhöhte Menge an Stickoxiden ist weiterhin vorhanden, welche in die Umwelt gelangen kann.However, if the SCR catalyst is too hot (eg from a temperature of 600 ° C), the storage capacity of the zeolite in the SCR catalyst is completely exhausted and ammonia level operation is no longer possible. This temperature occurs, for example, under full load operation of the internal combustion engine or in the regeneration phase of a diesel particulate filter located in the exhaust gas system. With increasing temperature, the reducing agent is increasingly oxidized, even before it is reacted by the nitrogen oxides, d. H. before it can have a reducing effect. In this case, therefore reducing agent is lost and an increased amount of nitrogen oxides is still present, which can get into the environment.

Bei kontinuierlich dosierten geringen Dosiermengen des Abgasnachbehandlungsstoffes, dies ist z. B. bei niedriglastigen Betriebspunkten in der Dieselpartikelfilterregeneration der Fall, nimmt bei Abgastemperaturen oberhalb von 550°C die Oxidation des Abgasnachbehandlungsstoffes stark zu, und somit steigt der Verbrauch an Abgasnachbehandlungsstoff für hohe NOx-Umsätze. Ab Abgastemperaturen von ca. 650°C wird quasi der ganze eindosierte Abgasnachbehandlungsstoff oxidiert. Somit ist bei diesen hohen Temperaturen kein Reduktionsmittel mehr vorhanden. Es kann die Abgasnachbehandlungsstoff-Oxidation bei den sehr hohen Temperaturen sogar zu einer Erhöhung der NOx-Emissionen führen.With continuously metered small doses of the exhaust aftertreatment substance, this is z. B. at low heavy operating points in the diesel particulate filter regeneration event takes at exhaust gas temperatures above 550 ° C the oxidation of the exhaust gas treatment substance greatly, and thus the consumption of x increases exhaust aftertreatment material for high NO -revenues. From exhaust gas temperatures of about 650 ° C, virtually the entire metered exhaust aftertreatment agent is oxidized. Thus, no reducing agent is present at these high temperatures. Exhaust aftertreatment agent oxidation can even lead to an increase in NO x emissions at very high temperatures.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zur Abgasnachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors in einem Abgasnachbehandlungssystem mit mindestens einem ersten, mindestens einem zweiten und mindestens einem dritten Katalysator bereitzustellen, die in möglichst jedem Lastbetrieb des Verbrennungsmotors die auftretenden Stickoxide weitestgehend minimieren und dabei den Verlust an Abgasnachbehandlungsstoff weitestgehend verhindern.The invention has for its object to provide a method and a system for exhaust aftertreatment of exhaust gases of an internal combustion engine in an exhaust aftertreatment system with at least a first, at least one second and at least one third catalyst, minimize as far as possible in any load operation of the internal combustion engine occurring nitrogen oxides and thereby Prevent the loss of exhaust aftertreatment material as much as possible.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren und einem System gemäß den Patentansprüchen gelöst. This object is achieved by a method and a system according to the claims.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, dass durch einen Injektor, der sich im Abgasstrang zwischen dem Verbrennungsmotor und einem ersten SCR – nachfolgend auch als zweiter Katalysator bezeichnet – befindet, bei hohen Temperaturen (z. B. mehr als 600°C) gepulst, d. h. stoßweise, ein entsprechender Abgasnachbehandlungsstoff eingespritzt wird. Somit kann der Abgasnachbehandlungsstoff den extrem heißen ersten SCR-Kat passieren, und das Reduktionsmittel kann zu einem stromabwärts beabstandeten zweiten SCR-Kat – nachfolgend auch als dritter Katalysator bezeichnet – gelangen. Generell ist der zweite SCR, der sogenannte Unterboden-SCR, aufgrund der Wärmeabstrahlung des Verbindungsrohrs kühler. Die Stickoxide können am kühleren zweiten SCR mit einem hohen Wirkungsgrad umgesetzt werden. Aufgrund der Beabstandung zu dem ersten SCR-Kat und zu dem Verbrennungsmotor herrschen in dem zweiten SCR-Kat um mindestens 100°C tiefere Temperaturen (z. B. 500°C in dem zweiten SCR-Kat und 650°C in dem ersten SCR-Kat) und das Reduktionsmittel kann wirksam zum Reduzieren der Stickoxide eingesetzt werden anstatt direkt zu oxidieren bzw. zu verbrennen. Somit können die Stickoxide in allen Lastbetrieben des Verbrennungsmotors, insbesondere im Volllastbetrieb oder in der Regenerationsphase eines vorhandenen Dieselpartikelfilters verringert werden. Erfindungsgemäß sollten diskontinuierlich hohe Abgasnachbehandlungsstoff-Dosierpulse abgesetzt werden. Je nach Betriebspunkt sollte ein kurzer und wiederkehrender Maximalpuls ungespritzt werden. Dazu können gemäß der vorliegenden Erfindung ein über ein PWM-Signal angesteuertes Dosierventil und ein Steuergerät zur Ausgabe eines entsprechenden PWM-(Pulsweitenmodulation)-Signals bereitgestellt werden. Das PWM-Signal kann so eingestellt werden, dass der abgesetzte Maximalpuls aufgrund des eingestellten PWM-Signals nicht verschleppt wird. Eine solche Verschleppung kann bei Frequenzen von deutlich mehr als ein Herz des PWM-Signals auftreten. Dies sollte verhindert werden. Ziel ist es, soviel Abgasnachbehandlungsstoff wie möglich, in so kurzer Zeit wie möglich, vor dem ersten SCR-Kat in die Abgasanlage zu dosieren.The invention is based on the idea that an injector, which is located in the exhaust gas line between the internal combustion engine and a first SCR (hereinafter also referred to as a second catalytic converter), is pulsed at high temperatures (eg more than 600 ° C.), d. H. intermittently, a corresponding exhaust aftertreatment agent is injected. Thus, the exhaust aftertreatment agent may pass the extremely hot first SCR catalytic converter and the reductant may pass to a second SCR catalytic converter downstream of the second catalytic converter - hereinafter also referred to as third catalytic converter. In general, the second SCR, the so-called underbody SCR, is cooler due to the heat radiation of the connecting tube. The nitrogen oxides can be converted at the cooler second SCR with a high efficiency. Due to the distance to the first SCR catalytic converter and to the internal combustion engine, in the second SCR catalytic converter temperatures lower by at least 100 ° C. prevail (eg 500 ° C. in the second SCR catalytic converter and 650 ° C. in the first SCR catalytic converter). Cat) and the reducing agent can be effectively used to reduce the nitrogen oxides rather than directly oxidizing or burning. Thus, the nitrogen oxides can be reduced in all load operations of the internal combustion engine, in particular in full load operation or in the regeneration phase of an existing diesel particulate filter. According to the invention, discontinuously high exhaust aftertreatment substance metering pulses should be discontinued. Depending on the operating point, a short and recurrent maximum pulse should be injected. For this purpose, according to the present invention, a metering valve controlled via a PWM signal and a control device for outputting a corresponding PWM (pulse width modulation) signal can be provided. The PWM signal can be set so that the remote maximum pulse is not dragged due to the set PWM signal. Such carryover may occur at frequencies significantly greater than one heart of the PWM signal. This should be prevented. The aim is to dose as much exhaust aftertreatment agent as possible, in as short a time as possible, before the first SCR catalytic converter into the exhaust system.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors in einem Abgasnachbehandlungssystem mit mindestens einem ersten, stromaufwärts angeordneten Katalysator geeignet zur Oxidation von Schadstoffen aus den Abgasen des Verbrennungsmotors und/oder geeignet zur Stickoxidreduktion und in Strömungsrichtung folgend mindestens einem zweiten und mindestens einem dritten Katalysator geeignet zur selektiven katalytischen Reduktion mit den folgenden Schritten: Messen der momentanen Abgastemperatur, Bestimmen der momentan benötigten Dosierung des Abgasnachbehandlungsstoffes, stoßweises Einspritzen eines Vielfachen der momentan benötigten Dosierung des Abgasnachbehandlungsstoffes unter Berücksichtigung der momentanen Abgastemperatur in das Abgasnachbehandlungssystem, wobei das stoßweise Einspritzen innerhalb von 0,03 s bis 3 s, vorzugsweise 0,2 s, in einen Abgasstrang zwischen dem stromaufwärts angeordneten, ersten Katalysator und dem mindestens einen zweiten Katalysator erfolgt und wobei ein Teil des eingespritzten Abgasnachbehandlungsstoffes in den mindestens einen dritten Katalysator gelangt.The invention relates to a method for the exhaust aftertreatment of exhaust gases of an internal combustion engine in an exhaust aftertreatment system with at least one first upstream catalyst suitable for the oxidation of pollutants from the exhaust gases of the internal combustion engine and / or suitable for nitrogen oxide reduction and in the flow direction following at least one second and at least one third catalyst suitable for selective catalytic reduction, comprising the following steps: measuring the instantaneous exhaust gas temperature, determining the currently required metering of the exhaust aftertreatment agent, intermittently injecting a multiple of the currently required metering of the exhaust aftertreatment agent, taking into account the current exhaust gas temperature in the exhaust aftertreatment system, wherein the intermittent injection within 0, 03 s to 3 s, preferably 0.2 s, in an exhaust line between the upstream, the first catalyst and the at least e in the second catalyst takes place and wherein a part of the injected exhaust gas aftertreatment substance passes into the at least one third catalyst.

Das Abgasnachbehandlungssystem kann in einem Abgasstrang beginnend bei dem Verbrennungsmotor und endend mit dem Endrohr des Abgasstrangs enthalten sein. Der mindestens eine erste Katalysator ist dabei dem Verbrennungsmotor näher als der mindestens eine zweite Katalysator und der mindestens eine zweite Katalysator ist wiederum dem Verbrennungsmotor näher als der mindestens eine dritte Katalysator. Der mindestens eine erste Katalysator ist stromabwärts von dem Verbrennungsmotor etwa 5 cm bis 40 cm und der mindestens eine zweite Katalysator ist von dem mindestens einem ersten Katalysator etwa 10 cm bis 60 cm beabstandet. Der mindestens eine dritte Katalysator ist stromabwärts etwa 1 bis 1,50 m von dem mindestens einen zweiten Katalysator beabstandet.The exhaust aftertreatment system may be included in an exhaust line beginning at the engine and ending with the tailpipe of the exhaust train. The at least one first catalytic converter is closer to the internal combustion engine than the at least one second catalytic converter, and the at least one second catalytic converter is in turn closer to the internal combustion engine than the at least one third catalytic converter. The at least one first catalyst is about 5 cm to 40 cm downstream from the internal combustion engine and the at least one second catalyst is spaced from the at least one first catalyst by about 10 cm to 60 cm. The at least one third catalyst is spaced downstream from about 1 to 1.50 meters from the at least one second catalyst.

In einer Ausführungsform kann der mindestens eine erste, stromaufwärts angeordnete Katalysator ein Oxidationskatalysator und/oder ein Oxidationskatalysator mit Stickoxidspeicherfunktion und/oder ein Drei-Wege-Katalysator (TWC) sein. Auch kann der mindestens eine erste Katalysator ein Diesel-Oxidations-Katalysator (Diesel-Oxidation-Catalyst – DOC) und/oder ein Lean-NOx-Trap-Katalysator (LNT-Katalysator) und/oder ein NOx-Speicherkatalysator und/oder ein Zwei-Wege-Katalysator sein. Ein Drei-Wege-Katalysator kann zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid, und/oder NOx geeignet sein. Ein Diesel-Oxidations-Katalysator kann zur Oxidation von Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und/oder schwefelhaltigen Verbindungen geeignet sein. Ein Zwei-Wege-Katalysator kann zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen und/oder Kohlenmonoxid geeignet sein.In one embodiment, the at least one first upstream catalyst may be an oxidation catalyst and / or a nitrogen oxide storage-function oxidation catalyst and / or a three-way catalyst (TWC). Also, the at least one first catalyst may be a diesel oxidation catalyst (Diesel Oxidation Catalyst - DOC) and / or a lean-NO x -Trap catalyst (LNT) catalyst and / or a NO x storage catalytic converter and / or be a two-way catalyst. A three-way catalyst may be suitable for the oxidation of hydrocarbons, carbon monoxide, and / or NO x . A diesel oxidation catalyst may be suitable for the oxidation of carbon monoxide, hydrocarbons and / or sulfur-containing compounds. A two-way catalyst may be suitable for the oxidation of hydrocarbons and / or carbon monoxide.

In einer Ausführungsform ist der mindestens eine zweite Katalysator und/oder der mindestens eine dritte Katalysator ein zur selektiven katalytischen Reduktion geeigneter Partikelfilter, der vorzugsweise mit einer Beschichtung versehen ist, die zur selektiven katalytischen Reduktion geeignet ist.In one embodiment, the at least one second catalyst and / or the at least one third catalyst is a particulate filter suitable for selective catalytic reduction, which is preferably provided with a coating suitable for selective catalytic reduction.

Der mindestens eine zweite Katalysator ist vorzugsweise für einen schnellen „NOx-light-off”, d. h. für eine schnelle Verminderung der Stickoxide, mit einer SCR-Beschichtung versehen. Dies hat den Vorteil, dass bei Motorkaltstarts geringe Emissionen ausgestoßen werden. Vorzugsweise ist der mindestens eine zweite Katalysator ein Partikelfilter mit besagter SCR-Beschichtung für einen schnellen „NOx-light-off”, d. h. für eine schnelle Verminderung der Stickoxide. Dieser Partikelfilter kann daher im Folgenden auch als SCRF bezeichnet werden. Auch kann der mindestens eine zweite Katalysator eine SCR-Beschichtung und ein Partikelfilterelement aufweisen.The at least one second catalyst is preferably for a fast "NO x -light-off", ie for a rapid reduction of nitrogen oxides, with an SCR coating provided. This has the advantage that low emissions are emitted during engine cold starts. Preferably, the at least one second catalyst is a particulate filter with said SCR coating for a fast "NO x -light-off", ie for a rapid reduction of nitrogen oxides. This particle filter can therefore also be referred to below as SCRF. Also, the at least one second catalyst may include an SCR coating and a particulate filter element.

Der von dem mindestens einen zweiten Katalysator bzw. von dem SCR-beschichteten Partikelfilter beabstandete mindestens eine dritte Katalysator ist vorzugsweise auch für hohe Lasten, d. h. hohe Temperaturen, ausgelegt. Vorzugsweise kann der mindestens eine dritte Katalysator ebenfalls ein SCR-beschichteter Partikelfilter sein.The at least one third catalyst, which is at a distance from the at least one second catalyst or from the SCR-coated particle filter, is preferably also suitable for high loads, i. H. high temperatures, designed. Preferably, the at least one third catalyst may also be an SCR-coated particulate filter.

Der mindestens eine dritte Katalysator kann im Folgenden auch als SCR bezeichnet werden. Das Einbringen bzw. Einspritzen des Abgasnachbehandlungsstoffes, d. h. des Reduktionsmittels, kann erfindungsgemäß über einen einzelnen Injektor erfolgen, der sich vor dem motornahen SCRF, d. h. der sich unmittelbar vor dem mindestens einen zweiten Katalysator befindet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können sich allerdings auch noch ein oder mehrere Injektoren für das Einbringen bzw. Einspritzen des Abgasnachbehandlungsstoffes vor oder nach dem motornahen SCRF entlang des Abgasstrangs befinden. Gemäß einer Ausführungsform befindet sich noch ein weiterer Injektor zwischen dem SCRF und dem SCR, d. h. zwischen dem mindestens einen zweiten und dem mindestens einen dritten Katalysator.The at least one third catalyst may also be referred to below as SCR. The introduction or injection of the exhaust aftertreatment substance, d. H. of the reducing agent, according to the invention can take place via a single injector located in front of the engine-near SCRF, i. H. which is located immediately before the at least one second catalyst. According to a further embodiment, however, one or more injectors for introducing or injecting the exhaust gas aftertreatment substance may also be located before or after the close-coupled SCRF along the exhaust gas line. According to one embodiment, there is still another injector between the SCRF and the SCR, i. H. between the at least one second and the at least one third catalyst.

Die momentane Abgastemperatur kann dabei vorzugsweise unmittelbar stromabwärts nach dem Verbrennungsmotor gemessen werden. Erfindungsgemäß kann die Abgastemperatur auch an verschiedenen Stellen des Abgasnachbehandlungssystems bzw. des Abgasstrangs gemessen werden. So kann die momentane Abgastemperatur auch in den Katalysatoren bzw. unmittelbar vor oder nach den Katalysatoren, gemessen werden. So kann die momentane Abgastemperatur vorzugsweise in den zweiten und dritten Katalysatoren bzw. unmittelbar vor oder nach den zweiten und dritten Katalysatoren, gemessen werden.The instantaneous exhaust gas temperature can preferably be measured immediately downstream of the internal combustion engine. According to the invention, the exhaust gas temperature can also be measured at different points of the exhaust aftertreatment system or the exhaust gas line. Thus, the current exhaust gas temperature in the catalysts or immediately before or after the catalysts, are measured. Thus, the instantaneous exhaust gas temperature can preferably be measured in the second and third catalysts or immediately before or after the second and third catalysts.

Durch eine sogenannte Online-Dosierung, dem zweiten Betriebszustand der Abgasnachbehandlung mit einem Abgasnachbehandlungsstoff, kann bei hohen Temperaturen, z. B. mehr als 600°C, auch ohne Füllstandsbetrieb ein NOx-Umsatz im SCR-Katalysator, d. h. in dem mindestens einen dritten Katalysator, erfolgen. Dabei kann kontinuierlich genau jene Menge an Ammoniak eingespritzt werden, welche auch unmittelbar wieder durch die vorhandenen Stickoxide abreagiert werden kann.By a so-called online dosage, the second operating state of the exhaust aftertreatment with an exhaust aftertreatment, can at high temperatures, eg. B. more than 600 ° C, even without level operation, a NO x conversion in the SCR catalyst, ie in the at least one third catalyst done. In this case, exactly that amount of ammonia can be continuously injected, which can also be reacted directly by the existing nitrogen oxides again.

Erfindungsgemäß wird die momentan benötigte Dosierung des Abgasnachbehandlungsstoffes in Abhängigkeit von dem momentanen Lastbetrieb des Verbrennungsmotors, der momentanen Abgastemperatur, und/oder der Speicherkapazität an Abgasnachbehandlungsstoff des SCRF und/oder des SCR, d. h. der Speicherkapazität des mindestens einen zweiten und/oder des mindestens einen dritten Katalysators, bestimmt. Gemäß einer Ausführungsform wird genau die Menge an Abgasnachbehandlungsstoff bestimmt, welche unter Idealbedingungen, d. h. beispielsweise ohne Berücksichtigung der temperaturbedingten Oxidation, instantan bzw. momentan wieder durch die in dem Abgas befindlichen Stickoxide abreagiert wird bzw. werden würde.According to the invention, the currently required metering of the exhaust aftertreatment substance is dependent on the instantaneous load operation of the internal combustion engine, the instantaneous exhaust gas temperature, and / or the storage capacity of the exhaust aftertreatment substance of the SCRF and / or the SCR, d. H. the storage capacity of the at least one second and / or the at least one third catalyst determined. According to one embodiment, exactly the amount of exhaust aftertreatment substance is determined which under ideal conditions, i. H. For example, without consideration of the temperature-induced oxidation, is instantaneously or momentarily abreacted by the nitrogen oxides contained in the exhaust gas or would be.

Durch stoßweises Einspritzen, d. h. gepulstes Einspritzen, des Zweifachen bis Vierfachen der momentan benötigten Dosierung des Abgasnachbehandlungsstoffes kann der SCRF, d. h. der mindestens eine zweite Katalysator, passiert werden und das Reduktionsmittel gelangt in den SCR, d. h. in den mindestens einen dritten Katalysator. Aufgrund der dort vorherrschenden tieferen Temperaturen (ungefähr 100 bis 150°C weniger als im SCRF bzw. in dem mindestens einen zweiten Katalysator) kann der Abgasnachbehandlungsstoff/das Reduktionsmittel die im Abgas vorhandenen Stickoxide in dem SCR, d. h. in dem mindestens einen dritten Katalysator, reduzieren anstatt zu verbrennen. Erfindungsgemäß wird durch stoßweises Einspritzen, d. h. gepulstes Einspritzen, eines Vielfachen, beispielsweise des Zwei- bis Zweihundertfachen, der momentan benötigten Dosierung des Abgasnachbehandlungsstoffes der SCRF bzw. der mindestens eine zweite Katalysator bzw. ein Teil des Innenraums des SCRF bzw. des mindestens einen zweiten Katalysators gekühlt. Die Kühlung kann erfindungsgemäß auch lokal, d. h. in einem bestimmten Bereich des Innenraums des SCRF bzw. des mindestens einen zweiten Katalysators erfolgen. Durch die Kühlung wird die Temperatur in dem SCRF bzw. dem mindestens einen zweiten Katalysator reduziert und die temperaturbedingte Oxidation verringert. In dem SCRF bzw. dem mindestens einen zweiten Katalysator kann das Reduktionsmittel wirksam zum Reduzieren der Stickoxide eingesetzt werden anstatt direkt zu oxidieren bzw. zu verbrennen. Des Weiteren können erfindungsgemäß die hohen eingespritzten Abgasnachbehandlungsstoff-Mengen wegen physikalischer und/oder chemischer Trägheit (Thermolyse, Hydrolyse, Oxidation) in der Kürze der Zeit des Einspritzvorgangs weniger oxidiert werden.By intermittent injection, d. H. pulsed injection, two to four times the currently required dosage of the exhaust aftertreatment agent, the SCRF, d. H. the at least one second catalyst is passed and the reducing agent passes into the SCR, d. H. in the at least one third catalyst. Due to the lower temperatures prevailing there (approximately 100 to 150 ° C less than in the SCRF or in the at least one second catalyst), the exhaust aftertreatment agent / the reducing agent, the existing in the exhaust gas nitrogen oxides in the SCR, d. H. in the at least one third catalyst, reduce rather than burn. According to the invention, by intermittent injection, d. H. Pulsed injection, a multiple, for example, two to two hundred times, the currently required dosage of the exhaust aftertreatment SCRF or the at least one second catalyst or a part of the interior of the SCRF or the at least one second catalyst cooled. The cooling can according to the invention also locally, d. H. take place in a certain area of the interior of the SCRF or the at least one second catalyst. The cooling reduces the temperature in the SCRF or the at least one second catalyst and reduces the temperature-induced oxidation. In the SCRF or the at least one second catalyst, the reducing agent can be effectively used to reduce the nitrogen oxides instead of directly oxidizing or burning. Furthermore, according to the invention, the high injected exhaust aftertreatment agent amounts can be less oxidized due to physical and / or chemical inertia (thermolysis, hydrolysis, oxidation) in the short term of the injection process.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform hegt zwischen zwei Einspritzvorgängen ein Zeitintervall von mindestens einer Sekunde und maximal zwanzig Sekunden, vorzugsweise 5 Sekunden.According to another embodiment, there is a time interval between two injection events of at least one second and a maximum of twenty seconds, preferably 5 seconds.

Durch die geeignete Auswahl eines im Vergleich zum Zeitintervall zwischen zwei Einspritzvorgängen kurzen Einspritzvorgangs kann gewährleistet werden, dass die eingespritzte Menge des Abgasnachbehandlungsstoffes nicht kontinuierlich bzw. quasi-kontinuierlich, sondern gepulst eingespritzt wird. So wird erreicht, dass der Abgasnachbehandlungsstoff reduzierend wirken kann, bevor vor allem bei hoher Temperatur, z. B. mehr als 600°C, das Reduktionsmittel bzw. der Abgasnachbehandlungsstoff in zunehmendem Maße oxidiert wird. Das Zeitintervall zwischen zwei Einspritzvorgängen wird dabei so ausgewählt, dass es ungefähr ein bis zwei Größenordnungen größer ist als das Zeitintervall des eigentlichen Einspritzvorgangs.By the appropriate selection of a short compared to the time interval between two injection events injection process can be ensured that the injected amount of the exhaust aftertreatment material is not continuously or quasi-continuously, but pulsed injected. It is thus achieved that the exhaust aftertreatment substance can have a reducing effect, especially at high temperature, for. B. more than 600 ° C, the reducing agent or the exhaust aftertreatment agent is increasingly oxidized. The time interval between two injection events is selected such that it is approximately one to two orders of magnitude larger than the time interval of the actual injection process.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor.In another embodiment, the internal combustion engine is a diesel engine.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Abgasnachbehandlungsstoff eine wässrige Harnstofflösung und/oder ammoniakhaltig. Eine solche wässrige Harnstofflösung kann beispielsweise AdBlue und/oder eine wässrige Harnstofflösung nach einer der folgenden Normen sein: ISO 22241 , DIN 70070 , AUS32.According to a further embodiment, the exhaust aftertreatment agent is an aqueous urea solution and / or ammonia-containing. Such an aqueous urea solution can be, for example, AdBlue and / or an aqueous urea solution according to one of the following standards: ISO 22241 . DIN 70070 , AUS32.

In einer weiteren Ausführungsform wird in einem Volllastbereich des Verbrennungsmotors und/oder einer Regenerationsphase des mindestens einen Katalysators eine höhere Dosierung des Abgasnachbehandlungsstoffes als in einem Teillastbereich des Verbrennungsmotors und/oder einer Nichtregenerationsphase des mindestens einen Partikelfilters in das Abgasnachbehandlungssystem eingespritzt.In a further embodiment, in a full load range of the internal combustion engine and / or a regeneration phase of the at least one catalyst, a higher dosage of the exhaust aftertreatment substance than in a partial load range of the internal combustion engine and / or a non-regeneration phase of the at least one particulate filter is injected into the exhaust aftertreatment system.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Verbrennungsmotor für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug geeignet und das Einspritzen des Abgasnachbehandlungsstoffes erfolgt unter Berücksichtigung der Last bzw. des Lastbetriebs des Verbrennungsmotors entsprechend der momentanen Fahrsituation des Kraftfahrzeugs.According to a further embodiment of the internal combustion engine is suitable for use in a motor vehicle and the injection of the exhaust aftertreatment agent takes place taking into account the load or the load operation of the internal combustion engine according to the current driving situation of the motor vehicle.

Das Kraftfahrzeug kann dabei ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen sein. Die Erfindung ist dabei nicht ausschließlich auf die Verwendung in Kraftfahrzeugen beschränkt. Ebenso ist vorliegende Erfindung anwendbar auf Zweiräder, Dreiräder oder All-terrainvehicle, Schiffe oder (Klein-)Flugzeuge.The motor vehicle may be a passenger car or a truck. The invention is not limited exclusively to use in motor vehicles. Likewise, the present invention is applicable to two-wheelers, tricycles or all-terrain vehicles, ships or (small) aircraft.

Die Erfindung betrifft auch ein Abgasnachbehandlungssystem zur Abgasnachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors mit: mindestens einem ersten, stromaufwärts angeordneten Katalysator geeignet zur Oxidation von Schadstoffen aus den Abgasen des Verbrennungsmotors und/oder geeignet zur Stickoxidreduktion, in Strömungsrichtung folgend mindestens einem zweiten und mindestens einem dritten Katalysator geeignet zur selektiven katalytischen Reduktion, mindestens einem Sensor, der geeignet ist die Abgastemperatur zu messen, mindestens einem Injektor zum Einspritzen des Abgasnachbehandlungsstoffes in einen Abgasstrang zwischen dem ersten und dem zweiten Katalysator, und mit mindestens einem Steuergerät, welches geeignet ist, die momentan benötigte Dosierung des Abgasnachbehandlungsstoffes zu bestimmen und das Einspritzen des Vielfachen der momentan benötigten Dosierung des Abgasnachbehandlungsstoffes unter Berücksichtigung der momentanen Abgastemperatur in das Abgasnachbehandlungssystem zu steuern, wobei das Steuergerät ferner geeignet ist das stoßweise Einspritzen so zu steuern, dass das Einspritzen innerhalb von 0,03 s bis 3 s, vorzugsweise 0,2 s, zwischen dem ersten und dem zweiten Katalysator erfolgt und dass ein Teil des eingespritzten Abgasnachbehandlungsstoffes in den dritten Katalysator gelangt.The invention also relates to an exhaust aftertreatment system for the exhaust aftertreatment of exhaust gases of an internal combustion engine with: at least a first, upstream catalyst suitable for the oxidation of pollutants from the exhaust gases of the internal combustion engine and / or suitable for nitrogen oxide reduction, in the flow direction following at least a second and at least one third catalyst suitable for selective catalytic reduction, at least one sensor capable of measuring the exhaust gas temperature, at least one injector for injecting the exhaust aftertreatment agent into an exhaust line between the first and second catalytic converters, and at least one control device suitable for the currently required metering of the Determine exhaust aftertreatment agent and injecting the multiple of the currently required dosage of the exhaust aftertreatment agent taking into account the current exhaust gas temperature in the Abgasnachbehandlungssys The control unit is furthermore suitable for controlling the intermittent injection in such a way that the injection takes place within 0.03 s to 3 s, preferably 0.2 s, between the first and the second catalyst and that part of the injected one Exhaust aftertreatment material passes into the third catalyst.

Zur Bestimmung der momentan benötigten Dosierung des Abgasnachbehandlungsstoffes kann das Steuergerät mit dem mindestens einen Sensor, der geeignet ist, die Abgastemperatur zu messen, verbunden sein.In order to determine the currently required metering of the exhaust aftertreatment substance, the control unit can be connected to the at least one sensor which is suitable for measuring the exhaust gas temperature.

Durch die vorliegende Erfindung kann vor allem vor dem Hintergrund immer strenger werdender Abgasnormen, die Realverkehrsemissionen berücksichtigen, in jedem Lastbetrieb des Verbrennungsmotors bzw. in jeder Fahrsituation des Kraftfahrzeugs eine möglichst hohe Menge an Stickoxiden reduziert werden und der Verlust an Abgasnachbehandlungsstoff weitestgehend verhindert werden.Due to the present invention, especially against the background of increasingly stringent exhaust gas standards, which take into account real traffic emissions, the highest possible amount of nitrogen oxides can be reduced in each load operation of the internal combustion engine or in every driving situation of the motor vehicle and the loss of exhaust aftertreatment material can be largely prevented.

Des Weiteren kann die relative NH3-Oxidation verringert werden. Auch kann sich eine Kosteneinsparung ergeben, weil es zur Erfüllung der strenger werdenden Abgasgesetzgebungen ausreicht, nur ein Abgasnachbehandlungsstoff-Dosiermodul vor dem zweiten Katalysator vorzusehen. Optional kann gemäß einer weiteren Ausführungsform ein zweites Abgasnachbehandlungsstoff-Dosiermodul nach dem SCRF bzw. dem mindestens einen zweiten Katalysator und vor dem mindestens einen dritten Katalysator zusätzlich vorgesehen werden. Aufgrund der ”Überdosierung” des Abgasnachbehandlungsstoffes kommt es einerseits zu lokaler Abkühlung und andererseits reicht die Zeit nicht aus, die hohen Abgasnachbehandlungsstoff-Mengen wegen physikalischer und/oder chemischer Trägheit (Thermolyse, Hydrolyse, Oxidation) zu oxidieren. Somit kann der Abgasnachbehandlungsstoff über den SCRF in den kühleren Unterboden-SCR verlagert werden und dort genutzt werden. Ein hoher NOx-Umsatz kann somit für eine gewisse Zeit (bis zum nächsten Einspritzpuls) wegen dem eingespeicherten NH3 im Unterboden-SCR erreicht werden. Ein weiterer Vorteil des Maximalpulsens ist die Verringerung der Sekundäremissionen Methan und Lachgas.Furthermore, the relative NH3 oxidation can be reduced. Also, a cost saving may result because it is sufficient to meet the more stringent exhaust gas legislation, only one exhaust aftertreatment material metering module to provide before the second catalyst. Optionally, in accordance with a further embodiment, a second exhaust aftertreatment substance metering module can additionally be provided after the SCRF or the at least one second catalyst and before the at least one third catalyst. Due to the "overdosage" of the exhaust aftertreatment material, on the one hand, local cooling occurs and, on the other hand, the time is not enough to oxidize the high quantities of exhaust aftertreatment agent due to physical and / or chemical inertia (thermolysis, hydrolysis, oxidation). Thus, the exhaust aftertreatment material can be shifted via the SCRF into the cooler underbody SCR and used there. A high NOx conversion can thus for a certain time (until the next injection pulse) because of the stored NH3 in the underbody SCR. Another advantage of maximum pulsing is the reduction of secondary emissions of methane and nitrous oxide.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen und der Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to examples and the drawings.

Es zeigt:It shows:

1 (einzige Figur) eine schematische Zeichnung eines Abgasnachbehandlungssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Verbrennungsmotor 10, vorliegend bevorzugt ein Dieselmotor, ist so mit einem Abgasstrang 60 verbunden, dass die bei der Verbrennung des Kraftstoffs auftretenden Abgase in den Abgasstrang 60 eingeleitet werden. In ungefähr 5 cm bis 40 cm Abstand vom Verbrennungsmotor befindet sich ein erster Katalysator 20 geeignet zur Oxidation von Schadstoffen aus den Abgasen des Verbrennungsmotors und zur Stickoxidreduktion. In ungefähr 10 cm bis 30 cm Abstand von dem ersten Katalysator 20 befindet sich stromabwärts ein Injektor 50, der an dem Abgasstrang derart angebracht ist, dass ein Abgasnachbehandlungsstoff, vorliegend bevorzugt eine wässrige Harnstofflösung, in den Abgasstrang eingespritzt werden kann. Der Abgasnachbehandlungsstoff wird dabei mit einem Druck von 6 bar und einer Einspritzzeit von 200 ms eingespritzt. In einem Abstand von ungefähr 30 cm zu dem Injektor befindet sich stromabwärts ein zweiter Katalysator, der gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein erster Partikelfilter 30 ist, der für die Reduktion der Stickoxide mit einer Zeolith-SCR-Beschichtung versehen ist und damit zusätzlich als zweiter, motornaher Katalysator dient. Dieser motornahe Partikelfilter 30 wird auch als SCRF bezeichnet. In einem Abstand von ungefähr 1,0 bis 1,5 m befindet sich stromabwärts beabstandet von dem SCRF 30 ein dritter Katalysator 40. Auch dieser dritte Katalysator 40 ist mit einer Zeolith-SCR-Beschichtung versehen. Das stromabwärtige Ende des dritten Katalysators 40 ist mit dem Rest des Abgasstrangs 60 verbunden. Der Rest des Abgasstrangs kann einen oder mehrere Schalldämpfer aufweisen (nicht dargestellt). 1 (single figure) is a schematic drawing of an exhaust aftertreatment system according to a preferred embodiment of the present invention. An internal combustion engine 10 , in the present case preferably a diesel engine, is thus with an exhaust gas line 60 connected, that occurring in the combustion of the fuel exhaust gases in the exhaust system 60 be initiated. About 5 cm to 40 cm away from the combustion engine is a first catalyst 20 suitable for the oxidation of pollutants from the exhaust gases of the internal combustion engine and for nitrogen oxide reduction. At about 10 cm to 30 cm distance from the first catalyst 20 There is an injector downstream 50 , which is attached to the exhaust line in such a way that an exhaust gas aftertreatment substance, in the present case preferably an aqueous urea solution, can be injected into the exhaust gas line. The exhaust aftertreatment agent is injected at a pressure of 6 bar and an injection time of 200 ms. At a distance of about 30 cm from the injector, there is downstream a second catalyst, which according to the present embodiment is a first particulate filter 30 is, which is provided for the reduction of nitrogen oxides with a zeolite SCR coating and thus additionally serves as a second, close-coupled catalyst. This close-coupled particle filter 30 is also called SCRF. At a distance of about 1.0 to 1.5 m is located downstream from the SCRF 30 a third catalyst 40 , Also this third catalyst 40 is provided with a zeolite SCR coating. The downstream end of the third catalyst 40 is with the rest of the exhaust line 60 connected. The rest of the exhaust line may include one or more mufflers (not shown).

Bei Betrieb des Verbrennungsmotors unter niedriger Last, z. B. in einem Fahrzeug bei Fahrt mit niedriger Geschwindigkeit, z. B. bis ungefähr 130 km/h, liegt die Abgastemperatur in oder in dem Bereich kurz vor dem zweiten Katalysator 30, d. h. dem ersten Partikelfilter 30, bis etwa 400°C. In diesem Temperaturbereich erfolgt die Einspritzung der wässrigen Harnstofflösung vorzugsweise über den sogenannten Füllstandsbetrieb, wobei kontinuierlich wässrige Harnstofflösung eingespritzt wird und die Speicherfähigkeit der Zeolith-SCR-Katalysatoren ausgenutzt wird. Bei Temperaturen von 500°C und mehr, z. B. bei Volllastbetrieb des Motors bei hohen Drehzahlen des Motors bzw. bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten, beispielsweise ab 160 km/h, und/oder auch während der Dieselpartikelfilterregeneration ist kein Füllstandsbetrieb mehr möglich. Die Zeolith-SCR-Katalysatoren verlieren bei solchen Temperaturen ihre Speicherfähigkeit von Ammoniak. Erfindungsgemäß wird bei solchen Lastbetrieben bzw. bei solchen Temperaturen von beispielsweise 550°C und mehr die wässrige Harnstofflösung durch den Injektor 50 gepulst, d. h. stoßweise mit einer Stoßdauer von ungefähr 200 ms in den Abgasstrang 60 eingespritzt. Ein Steuergerät 70 ist dafür mit einem Temperatursensor 80, der sich unmittelbar vor dem ersten Partikelfilter 30 befindet, verbunden. Anhand der momentanen Temperatur, die durch den Temperatursensor 80 gemessen wird, kann das Steuergerät 70 die momentan benötigte Dosis des Abgasnachbehandlungsstoffes bestimmen. Vorzugsweise wird genau die Menge an Abgasnachbehandlungsstoff bestimmt, welche unter Idealbedingungen, d. h. beispielsweise ohne Berücksichtigung der temperaturbedingten Oxidation, instantan bzw. momentan wieder durch die in dem Abgas befindlichen Stickoxide abreagiert wird bzw. werden würde.When operating the engine under low load, z. B. in a vehicle when driving at low speed, z. B. to about 130 km / h, the exhaust gas temperature is in or in the region just before the second catalyst 30 ie the first particle filter 30 , up to about 400 ° C. In this temperature range, the injection of the aqueous urea solution is preferably carried out by the so-called level operation, wherein continuously urea aqueous solution is injected and the storage capacity of the zeolite SCR catalysts is utilized. At temperatures of 500 ° C and more, z. B. at full load operation of the engine at high speeds of the engine or at high vehicle speeds, for example, from 160 km / h, and / or even during the diesel particulate filter regeneration no level operation is possible. The zeolite SCR catalysts lose their storage capacity of ammonia at such temperatures. According to the invention, in such load operations or at such temperatures of for example 550 ° C and more, the aqueous urea solution through the injector 50 pulsed, ie intermittent with a shock duration of about 200 ms in the exhaust system 60 injected. A control unit 70 is for it with a temperature sensor 80 that immediately before the first particle filter 30 is connected. Based on the current temperature by the temperature sensor 80 is measured, the control unit 70 determine the currently required dose of the aftertreatment agent. Preferably, exactly the amount of exhaust aftertreatment substance is determined, which under ideal conditions, ie, for example, without consideration of the temperature-induced oxidation, is reacted instantaneously or momentarily again by the nitrogen oxides present in the exhaust gas.

Das Steuergerät 70 steuert nun den Injektor 50 so, dass für einen Zeitraum von 200 ms ein Vielfaches der momentan benötigten Dosierung des Abgasnachbehandlungsstoffes unter Berücksichtigung der momentanen Abgastemperatur in den Abgasstrang 60 eingespritzt wird. Diese Injektion bzw. dieser Einspritzvorgang wird in einem Zeitintervall von einer Sekunde bis 20 Sekunden, vorzugsweise 5 Sekunden, je nach momentaner Abgastemperatur wiederholt. Durch die bewusste Überdosierung des Abgasnachbehandlungsstoffes wird erreicht, dass der zweite Katalysator 30 bzw. der erste Partikelfilter mit SCR-Beschichtung gekühlt wird. Durch die Kühlung wird die Temperatur in dem zweiten SCR-beschichteten Katalysator 30 dabei soweit reduziert, dass die temperaturbedingte Oxidation verringert oder ganz verhindert wird und in dem zweiten Katalysator 30 das Reduktionsmittel wirksam zum Reduzieren der Stickoxide eingesetzt werden kann anstatt direkt zu oxidieren bzw. zu verbrennen.The control unit 70 now controls the injector 50 so that for a period of 200 ms, a multiple of the currently required dosage of the exhaust aftertreatment agent taking into account the current exhaust gas temperature in the exhaust system 60 is injected. This injection or this injection process is repeated in a time interval of one second to 20 seconds, preferably 5 seconds, depending on the instantaneous exhaust gas temperature. The deliberate overdose of the exhaust aftertreatment agent is achieved that the second catalyst 30 or the first particle filter with SCR coating is cooled. By cooling, the temperature in the second SCR-coated catalyst 30 reduced so far that the temperature-induced oxidation is reduced or completely prevented and in the second catalyst 30 the reducing agent can be effectively used to reduce the nitrogen oxides instead of directly oxidizing or burning.

Des Weiteren wird durch die bewusste Überdosierung des Abgasnachbehandlungsstoffes erreicht, dass nur ein geringer Teil des Abgasnachbehandlungsstoffes in dem ersten Partikelfilter oxidiert bzw. verbrennt und somit ein Großteil des Abgasnachbehandlungsstoffes stromabwärts entlang des Abgasstrangs in den dritten Katalysator 40 gelangt. Der dritte Katalysator 40 weist dabei eine um mindestens 100°C tiefere Temperatur als der zweite Katalysator 30, d. h. vorliegend der SCRF 30, üblicherweise eine um 150°C tiefere Temperatur, auf, so dass in dem dritten Katalysator 40 der Abgasnachbehandlungsstoff nicht verbrennt und dort effektiv die Stickoxide reduzieren kann. Dadurch wird erreicht, dass auch bei Abgastemperaturen, die bei hohen Lastbetrieben, z. B. bei Vollgasfahrten eines Kraftfahrzeugs und/oder der Dieselpartikelfilterregeneration, auftreten die bei der Verbrennung in dem Dieselmotor entstehenden Stickoxide effektiv reduziert werden können.Furthermore, the intentional overdosage of the exhaust gas aftertreatment substance ensures that only a small part of the exhaust gas aftertreatment substance in the first particle filter oxidizes or burns and thus a large part of the exhaust gas aftertreatment substance downstream along the exhaust gas line into the third catalyst 40 arrives. The third catalyst 40 has a temperature at least 100 ° C lower than the second catalyst 30 , ie the present SCRF 30 , usually a temperature lower by 150 ° C, so that in the third catalyst 40 the exhaust aftertreatment material does not burn and can effectively reduce the nitrogen oxides there. This ensures that also at exhaust gas temperatures at high load operations, z. B. at full throttle driving a motor vehicle and / or the diesel particulate filter regeneration, the resulting in combustion in the diesel engine nitrogen oxides can be effectively reduced.

Obwohl die Erfindung mittels der Figuren und der zugehörigen Beschreibung dargestellt und detailliert beschrieben ist, sind diese Darstellung und diese detaillierte Beschreibung illustrativ und beispielhaft zu verstehen und nicht als die Erfindung einschränkend. Es versteht sich, dass Fachleute Änderungen und Abwandlungen machen können, ohne den Umfang und den Geist der folgenden Ansprüche zu verlassen. Insbesondere umfasst die Erfindung ebenfalls Ausführungsformen mit jeglicher Kombination von Merkmalen, die vorstehend oder nachfolgend zu verschiedenen Ausführungsformen genannt oder gezeigt sind.While the invention has been illustrated and described in detail by the figures and the accompanying description, this description and detailed description are to be considered illustrative and exemplary and not limiting as to the invention. It should be understood that those skilled in the art can make changes and modifications without departing from the scope and spirit of the following claims. In particular, the invention also includes embodiments with any combination of features mentioned or shown above or below various embodiments.

Die Erfindung umfasst ebenfalls einzelne Merkmale in den Figuren auch wenn sie dort im Zusammenhang mit anderen Merkmalen gezeigt sind und/oder vorstehend oder nachfolgend nicht genannt sind. Auch können die in den Figuren und der Beschreibung beschriebenen Alternativen von Ausführungsformen und einzelne Alternativen deren Merkmale vom Erfindungsgegenstand beziehungsweise von den offenbarten Gegenständen ausgeschlossen sein. Die Offenbarung umfasst Ausführungsformen, die ausschließlich die in den Ansprüchen beziehungsweise in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale umfasst sowie auch solche, die zusätzliche andere Merkmale umfassen.The invention also includes individual features in the figures, even though they are shown there in connection with other features and / or are not mentioned above or below. Also, the alternatives of embodiments and individual alternatives described in the figures and the description may be excluded from the subject matter of the invention or from the disclosed subject matter. The disclosure includes embodiments that include only the features described in the claims and in the embodiments, as well as those that include additional other features.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Verfahren zur Abgasnachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors in einem Abgasnachbehandlungssystem mit mindestens einem ersten, stromaufwärts angeordneten Katalysator geeignet zur Oxidation von Schadstoffen aus den Abgasen des Verbrennungsmotors und/oder geeignet zur Stickoxidreduktion und in Strömungsrichtung folgend mindestens einem zweiten und mindestens einem dritten Katalysator geeignet zur selektiven katalytischen Reduktion mit den folgenden Schritten: – Messen der momentanen Abgastemperatur, – Bestimmen der momentan benötigten Dosierung des Abgasnachbehandlungsstoffes, – stoßweises Einspritzen eines Vielfachen der momentan benötigten Dosierung des Abgasnachbehandlungsstoffes unter Berücksichtigung der momentanen Abgastemperatur in das Abgasnachbehandlungssystem, wobei das stoßweise Einspritzen innerhalb von 0,03 s bis 3 s, vorzugsweise 0,2 s, in einen Abgasstrang zwischen dem stromaufwärts angeordneten, ersten Katalysator und dem mindestens einen zweiten Katalysator erfolgt und wobei ein Teil des eingespritzten Abgasnachbehandlungsstoffes in den mindestens einen dritten Katalysator gelangt.A method for exhaust aftertreatment of exhaust gases of an internal combustion engine in an exhaust aftertreatment system with at least one first upstream catalyst suitable for the oxidation of pollutants from the exhaust gases of the internal combustion engine and / or suitable for nitrogen oxide reduction and downstream of at least one second and at least one third catalyst suitable for selective catalytic Reduction with the following steps: Measuring the instantaneous exhaust gas temperature, Determining the currently required dosage of the exhaust aftertreatment substance, Intermittent injection of a multiple of the currently required dosage of the exhaust aftertreatment agent taking into account the current exhaust gas temperature in the exhaust aftertreatment system, wherein the intermittent injection within 0.03 s to 3 s, preferably 0.2 s, in an exhaust line between the upstream arranged first catalyst and the at least one second catalyst takes place and wherein a part of the injected exhaust aftertreatment substance passes into the at least one third catalyst. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich der mindestens eine erste, stromaufwärts angeordnete Katalysator und der in Strömungsrichtung folgende, mindestens eine zweite Katalysator in der Nähe des Verbrennungsmotors befinden.The method of claim 1, wherein the at least one first upstream catalyst and the downstream, at least one second catalyst are in the vicinity of the internal combustion engine. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, wobei der mindestens eine erste, stromaufwärts angeordnete Katalysator ein Oxidationskatalysator und/oder ein Oxidationskatalysator mit Stickoxidspeicherfunktion und/oder ein Drei-Wege-Katalysator ist und/oder der mindestens eine zweite Katalysator und/oder der mindestens eine dritte Katalysator ein zur selektiven katalytischen Reduktion geeigneter Partikelfilter ist, vorzugsweise mit einer Beschichtung versehen, die zur selektiven katalytischen Reduktion geeignet ist.The process according to claims 1 and 2, wherein the at least one first upstream catalyst is an oxidation catalyst and / or a nitrogen oxide storage-function oxidation catalyst and / or a three-way catalyst and / or the at least one second catalyst and / or the at least one third catalyst Catalyst is a suitable for selective catalytic reduction particulate filter, preferably provided with a coating which is suitable for selective catalytic reduction. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zwischen zwei Einspritzvorgängen ein Zeitintervall von mindestens 1 s und maximal 20 s, vorzugsweise 5 s liegt.Method according to one of claims 1 to 3, wherein between two injection events, a time interval of at least 1 s and a maximum of 20 s, preferably 5 s. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor ist und/oder wobei der Abgasnachbehandlungsstoff eine wässrige Harnstofflösung und/oder ammoniakhaltig ist.Method according to one of claims 1 to 4, wherein the internal combustion engine is a diesel engine and / or wherein the exhaust gas aftertreatment agent is an aqueous urea solution and / or ammonia-containing. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bzw. nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei in einem Vollastbereich des Verbrennungsmotors und/oder einer Regenerationsphase des mindestens einen Partikelfilters eine höhere Dosierung des Abgasnachbehandlungsstoffes als in einem Teillastbereich des Verbrennungsmotors und/oder einer Nichtregenerationsphase des mindestens einen Partikelfilters in das Abgasnachbehandlungssystem eingespritzt wird.Method according to one of claims 1 to 5 or according to one of claims 3 to 5, wherein in a full load range of the internal combustion engine and / or a regeneration phase of the at least one particulate filter, a higher dosage of the exhaust aftertreatment than in a partial load range of the internal combustion engine and / or a non-regeneration phase of at least one particulate filter is injected into the exhaust aftertreatment system. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug geeignet ist und wobei das Einspritzen des Abgasnachbehandlungsstoffes unter Berücksichtigung der Last des Verbrennungsmotors entsprechend der momentanen Fahrsituation des Kraftfahrzeugs erfolgt.Method according to one of claims 1 to 6, wherein the internal combustion engine is suitable for a motor vehicle and wherein the injection of the exhaust aftertreatment substance taking into account the load of the internal combustion engine takes place in accordance with the current driving situation of the motor vehicle. Abgasnachbehandlungssystem zur Abgasnachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors mit: mindestens einem ersten, stromaufwärts angeordneten Katalysator geeignet zur Oxidation von Schadstoffen aus den Abgasen des Verbrennungsmotors und/oder geeignet zur Stickoxidreduktion, in Strömungsrichtung folgend mindestens einem zweiten und mindestens einem dritten Katalysator geeignet zur selektiven katalytischen Reduktion, mindestens einem Sensor, der geeignet ist die Abgastemperatur zu messen, mindestens einem Injektor zum Einspritzen des Abgasnachbehandlungsstoffes in einen Abgasstrang zwischen dem ersten und dem zweiten Katalysator, und mit mindestens einem Steuergerät, welches geeignet ist, die momentan benötigte Dosierung des Abgasnachbehandlungsstoffes zu bestimmen und das Einspritzen eines Vielfachen der momentan benötigten Dosierung des Abgasnachbehandlungsstoffes unter Berücksichtigung der momentanen Abgastemperatur in das Abgasnachbehandlungssystem zu steuern, wobei das Steuergerät ferner geeignet ist das stoßweise Einspritzen so zu steuern, dass das Einspritzen innerhalb von 0,03 s bis 3 s, vorzugsweise 0,2 s, zwischen dem ersten und dem zweiten Katalysator erfolgt und dass ein Teil des eingespritzten Abgasnachbehandlungsstoffes in den dritten Katalysator gelangt.Exhaust after-treatment system for the exhaust aftertreatment of exhaust gases of an internal combustion engine with: at least one first, upstream catalyst suitable for the oxidation of pollutants from the exhaust gases of the internal combustion engine and / or suitable for nitrogen oxide reduction, downstream of at least one second and at least one third catalyst suitable for selective catalytic reduction, at least one sensor capable of measuring exhaust gas temperature, at least one injector for injecting the exhaust aftertreatment agent into an exhaust line between the first and the second catalyst, and with at least one control unit which is suitable for determining the currently required metering of the exhaust gas aftertreatment substance and for controlling the injection of a multiple of the currently required metering of the exhaust gas aftertreatment substance into the exhaust gas aftertreatment system taking into account the instantaneous exhaust gas temperature, wherein the controller is further adapted to control the intermittent injection so that the injection takes place within 0.03 s to 3 s, preferably 0.2 s, between the first and the second catalyst and that part of the injected exhaust aftertreatment substance in the third Catalyst passes. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 8, wobei sich der mindestens eine erste, stromaufwärts angeordnete Katalysator und der in Strömungsrichtung folgende, mindestens eine zweite Katalysator in der Nähe des Verbrennungsmotors befinden.The exhaust aftertreatment system of claim 8, wherein the at least one first upstream catalyst and the downstream one, at least one second catalyst are in the vicinity of the engine. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei der mindestens eine erste, stromaufwärts angeordnete Katalysator ein Oxidationskatalysator und/oder ein Oxidationskatalysator mit Stickoxidspeicherfunktion und/oder ein Drei-Wege-Katalysator ist und/oder der mindestens eine zweite Katalysator und/oder der mindestens eine dritte Katalysator ein zur selektiven katalytischen Reduktion geeigneter Partikelfilter ist, vorzugsweise mit einer Beschichtung versehen, die zur selektiven katalytischen Reduktion geeignet ist und/oder mit mindestens einem weiteren Injektor zum Einspritzen des Abgasnachbehandlungsstoffes in den Abgasstrang zwischen dem zweiten und dem dritten Katalysator.An exhaust aftertreatment system according to claim 8 or 9, wherein the at least one first upstream catalyst is an oxidation catalyst and / or a nitrogen oxide storage oxidation catalyst and / or a three-way catalyst and / or the at least one second catalyst and / or the at least one third Catalyst is a suitable for selective catalytic reduction particulate filter, preferably provided with a coating that is selective catalytic reduction is suitable and / or with at least one further injector for injecting the exhaust aftertreatment agent in the exhaust line between the second and the third catalyst.
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