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Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors sowie ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellen hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen Stickoxid-Emissionen eine Herausforderung für die Motorenentwickler dar. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren, insbesondere einen NOx-Speicherkatalysator, aufweisen. Als Reduktionsmittel für den SCR-Katalysator wird dabei bevorzugt Ammoniak verwendet. Weil der Umgang mit reinem Ammoniak aufwendig ist, wird bei Fahrzeugen üblicherweise eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wobei die wässrige Harnstofflösung Ammoniak im Abgaskanal freisetzt. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sind im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen.
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Immer effizienter werdende Verbrennungsmotoren führen zu niedrigeren Abgastemperaturen. Gleichzeitig verlangt der Gesetzgeber bei zukünftigen Abgasnormen die Einhaltung der Abgasnormen unter realen Fahrbedingungen (Real Drive Emissions = RDE). Bei Dieselmotoren sind Abgasnachbehandlungssysteme bekannt, welche einen motornahen NOx-Speicherkatalysator und einen stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators angeordneten SCR-Katalysator aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass die Stickoxide bei niedrigen Abgastemperaturen, insbesondere nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors, in dem NOx-Speicherkatalysator eingelagert werden können. Nachteilig ist jedoch, dass im späteren Normalbetrieb des Verbrennungsmotors durch den NOx-Speicherkatalysator ein für die nachgeschaltete selektive, katalytische Reduktion von Stickoxiden ungünstiges Verhältnis von Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid entsteht, wodurch die Wirksamkeit des SCR-Katalysators herabgesetzt wird. Ferner muss der NOx-Speicherkatalysator periodisch regeneriert werden, wobei der Verbrennungsmotor zur Regeneration mit einem fetten Verbrennungsluftgemisch und einem damit verbundenen schlechteren Wirkungsgrad betrieben werden muss. Die aus dem Stand der Technik bekannten Abgasnachbehandlungssysteme haben den Nachteil, dass sie nicht unter allen Betriebsbedingungen eines Verbrennungsmotors eine optimale Konvertierung oder Zurückhaltung der Schadstoffe ermöglichen. Der NOx-Speicherkatalysator benötigt eine Temperatur von mindestens 100°C, um Stickoxidemissionen effektiv einlagern und zwischenspeichern zu können.
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Aus der
DE 10 2016 223 558 A1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor bekannt, bei dem in der Abgasanlage stromabwärts einer Turbine eines Abgasturboladers ein Oxidationskatalysator oder ein NO
x-Speicherkatalysator angeordnet ist. Weiter stromabwärts ist ein erstes Dosierelement zur Eindosierung eines Reduktionsmittels zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet, welchem ein erster SCR-Katalysator oder ein Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden nachgeschaltet ist. Weiter stromabwärts ist in der Abgasanlage ein zweites Dosierelement zur Eindosierung eines Reduktionsmittels angeordnet, welchem ein zweiter SCR-Katalysator nachgeschaltet ist.
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Aus der
DE 10 2014 214 588 A1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem schaltbaren Pre-Turbo-Katalysator bekannt, wobei der Katalysator über eine Ventileinheit in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors eingekoppelt beziehungsweise von diesem entkoppelt werden kann. Der Pre-Turbo-Katalysator verfügt über einen Eingang und einen Ausgang, welche parallel zueinander angeordnet sind und einen Seitenarm des Abgaskanals des Verbrennungsmotors ausbilden.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem Verbrennungsmotor die Schadstoffemissionen im realen Fahrbetrieb weiter zu verringern und insbesondere in der Kaltstartphase oder im Hochlastbetrieb weiter zu reduzieren.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, welcher mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage verbunden ist, gelöst, wobei in der Abgasanlage ein motornaher erster Katalysator, stromabwärts des motornahen ersten Katalysators ein erster SCR-Katalysator und stromabwärts des ersten SCR-Katalysators ein zweiter SCR-Katalysator angeordnet sind. Dabei ist jedem der SCR-Katalysatoren jeweils ein Dosierelement zur Eindosierung eines Reduktionsmittels, insbesondere wässriger Harnstofflösung, in die Abgasanlage zugeordnet. In der Abgasanlage ist stromabwärts eines Auslasses des Verbrennungsmotors und stromaufwärts des ersten motornahen Katalysators ein Bypass ausgebildet, in welchem ein Bypass-Katalysator angeordnet ist. Dieser Bypass-Katalysator wird in einem ersten Betriebszustand des Verbrennungsmotors von einem Abgasstrom des Verbrennungsmotors durchströmt und ist in einem zweiten Betriebszustand von dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors entkoppelt. Dabei wird unter einer motornahen Position eine Position in der Abgasanlage mit einem mittleren Abgaslaufweg von höchstens 80 cm, insbesondere von höchstens 50 cm, nach dem Auslass des Verbrennungsmotors verstanden. Eine motorferne Position findet sich insbesondere in einer Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges und weist einen mittleren Abgaslaufweg von mindestens 80 cm, vorzugsweise von mindestens 100 cm nach dem Auslass des Verbrennungsmotors auf. Durch zwei unterschiedliche SCR-Katalysatoren, welche in unterschiedlichen Abständen zu dem Auslass des Verbrennungsmotors angeordnet sind, herrschen an beiden SCR-Katalysatoren unterschiedliche Temperaturen vor. Somit ist es möglich, mindestens einen der SCR-Katalysatoren in einem Temperaturfenster zu betreiben, um eine effiziente Reduktion der Stickoxide zu ermöglichen. Durch die beiden SCR-Katalysatoren kann der Betriebsbereich des Verbrennungsmotors erweitert werden, in welchen zumindest einer der Katalysatoren in einem Temperaturbereich arbeitet, in welchem eine effiziente Umsetzung von Stickoxiden durch einen der SCR-Katalysatoren möglich ist. Oberhalb einer Grenztemperatur von ca. 450°C kommt es zu einer Oxidation von Ammoniak, sodass in diesem Temperaturbereich die Wirksamkeit der SCR-Katalysatoren stark abnimmt, da das Reduktionmittel thermisch zersetzt wird. Daher wird bei hohen Abgastemperaturen die Eindosierung von Reduktionsmittel von dem Dosierelement am motornahen ersten SCR-Katalysator auf das Dosierelement am zweiten SCR-Katalysator umgeschaltet. Da SCR-Katalysatoren erst ab einer Temperatur von etwa 170°C eine effiziente Umsetzung von Stickoxiden ermöglichen, werden diese Stickoxide bei niedrigen Lasten und in der Kaltstartphase in dem motornahen ersten Katalysator zwischengespeichert. Um den Funktionsbereich zu noch niedrigeren Lasten zu erweitern und die Kaltstart-Emissionen weiter zu verringern, wird der motornahe Bypass-Katalysator zugeschaltet, da dieser aufgrund seiner Position noch früher eine Betriebstemperatur erreicht als der motornahe erste Katalysator.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Abgasnachbehandlungssystems möglich.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bypass-Katalysator als Diesel-Oxidationskatalysator, NOx-Speicherkatalysator oder passiver NOx-Adsorber ausgebildet ist. Der Bypass-Katalysator ist vorzugsweise als Startkatalysator vorgesehen, wenn die stromabwärts angeordneten Katalysatoren noch nicht ihre Betriebstemperatur und somit noch keine oder nur eine eingeschränkte Wirksamkeit aufweisen. Dabei kann der Katalysator die Funktion übernehmen, Schadstoffe, insbesondere Stickoxide, zwischen zu speichern, bis diese durch die nachgeschalteten Katalysatoren, insbesondere durch die SCR-Katalysatoren, in unschädliche Abgasbestandteile konvertiert werden können. Ferner kann der Bypass-Katalysator eine exotherme, oxidative Umsetzung von Schadstoffen ermöglichen, wodurch ein Aufheizen der stromabwärts angeordneten Katalysatoren begünstigt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass an dem Abgaskanal ein Schaltelement vorgesehen ist, mit welchem das Abgasnachbehandlungssystem zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand umschaltbar ist. Durch ein Schaltelement ist ein einfaches Umschalten zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand möglich, wobei ein vorzugsweise elektromechanischer Aktuator vorgesehen ist, mit welchem das Schaltelement von einer ersten Schaltstellung, in welcher der Abgasstrom des Verbrennungsmotors durch den Bypass geführt wird, in den zweiten Betriebszustand, in welchem der Bypass vom Abgasstrom entkoppelt ist, gebracht werden kann.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Schaltelement ein Klappenventil oder ein Schieberventil umfasst. Durch ein Klappenventil oder ein Schieberventil kann der Abgasstrom des Verbrennungsmotors besonders einfach derart umgeleitet werden, dass er in einer Ventilstellung durch den Bypass geleitet wird, und der Bypass in einer zweiten Ventilstellung verschlossen ist, sodass der Abgasstrom an dem Bypass vorbeigeleitet wird und der Bypass-Katalysator vom Abgasstrom entkoppelt ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Abgasanlage eine Turbine eines Abgasturboladers angeordnet ist, wobei der Bypass-Katalysator in Abgasstromrichtung stromaufwärts der Turbine angeordnet ist. Da die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors stromaufwärts der Turbine in der Regel deutlich höher als stromabwärts der Turbine ist, ist eine Anordnung des Bypass stromaufwärts der Turbine besonders vorteilhaft, um ein schnelles Aufheizen des Bypass-Katalysators zu erreichen.
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Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Bypass-Katalysator im Bypass stromabwärts der Turbine und stromaufwärts des motornahen ersten Katalysators angeordnet ist. Durch eine Anordnung stromabwärts der Turbine kann die thermische Belastung des Bypass-Katalysators weiter reduziert werden. Dabei kann das zusätzliche Katalysatorvolumen des Bypass-Katalysators genutzt werden, um das Volumen des motornahen ersten Katalysators zu reduzieren und somit dazu beizutragen, dass sich dieser motornahe erste Katalysator nach einem Kaltstart oder einem Motorstopp schneller auf seine Betriebstemperatur aufheizt.
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In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Abgasanlage eine Turbine eines Abgasturboladers angeordnet ist, wobei der Bypass-Katalysator in einem Waste-Gate-Kanal des Abgasturboladers oder einem mit dem Waste-Gate-Kanal verbundenen Bypass angeordnet ist. Dies ermöglicht eine Turbolader-Baugruppe, in welcher ein schaltbarer Katalysator integriert ist, und reduziert somit die Anzahl der Bauteile, welche bei der Montage des Abgasnachbehandlungssystems zusammengesetzt werden müssen.
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In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Abgasanlage zumindest ein elektrisches Heizelement zum elektrischen Beheizen mindestens eines der Katalysatoren angeordnet ist. Durch ein elektrisches Heizelement kann die Zeit bis zu einer Betriebstemperatur, ab welcher eine effiziente Konvertierung von Schadstoffen durch den jeweiligen Katalysator erfolgen kann, verkürzt werden. Dabei ist insbesondere an dem motornahen NOx-Speicherkatalysator ein elektrisches Heizelement, vorzugsweise in Form einer Heizscheibe, vorgesehen, um möglichst zeitnah nach einem Kaltstart eine Einlagerung von Stickoxiden zu ermöglichen und somit die Stickoxid-Emissionen in der Kaltstartphase signifikant zu reduzieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der Bypass-Katalysator einen Washcoat oder eine Beschichtung aufweist, welche(r) eine hohe Niedertemperaturaktivität hat. Da der Bypass-Katalysator primär als Startkatalysator oder in Betriebsphasen mit niedriger Last genutzt wird, kann der Wash-Coat oder die Beschichtung speziell auf einen Niedertemperaturbereich optimiert werden. Da der Bypass-Katalysator bei höherer Abgastemperatur und/oder höherer Motorlast von dem Abgasstrom entkoppelt werden kann und in diesen Phasen nicht von Abgas durchströmt wird, besteht nicht die Gefahr, dass diese Betriebssituationen zu einer thermischen Schädigung des Bypass-Katalysators führen.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem vorgeschlagen, wobei ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors in einer ersten Betriebssituation des Verbrennungsmotors durch den Bypass geleitet wird und der Bypass in einer zweiten Betriebssituation des Verbrennungsmotors aus dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors entkoppelt wird. Dadurch ist es möglich, den Bypass-Katalysator gezielt zuzuschalten, wenn beispielsweise die weiteren Katalysatoren noch nicht oder alleine nicht hinreichend für eine Abgasreinigung sorgen können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Abgasstrom unterhalb einer ersten Schwellentemperatur durch den Bypass geleitet wird und der Bypass oberhalb dieser Schwellentemperatur aus dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors entkoppelt wird. Bevorzugt ist die Verwendung des Bypass-Katalysators als Startkatalysator, da dieser durch die motornahe Position, insbesondere durch eine Position stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers besonders schnell nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors seine Betriebstemperatur erreicht. Ferner kann durch die Entkopplung verhindert werden, dass es oberhalb einer Schwellentemperatur zu einer thermischen Schädigung oder einer vorzeitigen Alterung des Bypass-Katalysators kommt.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei in den Zeichnungen mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:
- 1 einen Verbrennungsmotor mit einem Ansaugtrakt und einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem;
- 2 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem; und
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem.
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1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10 mit einem Luftversorgungssystem 20 und einer Abgasanlage 32. Der Verbrennungsmotor 10 weist eine Mehrzahl von Brennräumen 16 auf, in denen ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird. Der Verbrennungsmotor 10 weist einen Einlass 12 auf, welcher mit dem Luftversorgungssystem 20 verbunden ist. Das Luftversorgungssystem 20 umfasst einen Absaugkanal 26, in welchem ein Luftfilter 22 angeordnet ist. Stromabwärts des Luftfilters 22 ist ein Verdichter 24 eines Abgasturboladers 36 vorgesehen, um die angesaugte Frischluft zu verdichten und komprimiert den Brennräumen 16 des Verbrennungsmotors 10 zuzuführen. Stromabwärts des Verdichters 24 ist ein Ladeluftkühler 28 vorgesehen, um die verdichtete Frischluft abzukühlen und somit die Füllung der Brennräumen 16 weiter zu verbessern.
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Der Verbrennungsmotor 10 weist ferner einen Auslass 14 auf, welcher mit der Abgasanlage 32 verbunden ist. An dem Verbrennungsmotor 10 ist eine Hochdruckabgasrückführung 18 vorgesehen, welche den Auslass 14 mit dem Einlass 12 verbindet. In der Hochdruckabgasrückführung 18 ist ein Abgasrückführungsventil angeordnet, mit welchem die Menge an zurückgeführtem Abgas steuerbar ist. In der Abgasanlage 32 ist eine Turbine 38 eines Abgasturboladers 36 angeordnet. In Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasanlage 32 ist stromabwärts der Turbine 38 ein motornaher erster Katalysator 40 angeordnet, welcher in diesem Ausführungsbeispiel als NOx-Speicherkatalysator 42 ausgeführt ist. Dabei kann dem motornahen ersten Katalysator 40 ein Heizelement 64, insbesondere eine Heizscheibe 66 zugeordnet sein, mit welchem der motornahe erste Katalysator 40 beheizbar ist. Stromabwärts des motornahen ersten Katalysators 40 ist in dem Abgaskanal 34 der Abgasanlage 32 ein erster SCR-Katalysator 46 angeordnet, welcher vorzugsweise als Partikelfilter 58 mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ausgeführt ist. Stromabwärts des motornahen ersten Katalysators 40 und stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators 48 ist an dem Abgaskanal 34 ein erstes Dosierelement 48 zum Eindosieren eines Reduktionsmittels, insbesondere von wässriger Harnstofflösung, vorgesehen. Zusätzlich kann im Abgaskanal stromabwärts des ersten Dosierelements 48 und stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators 46 ein erstes Mischelement 54 vorgesehen sein, um das Reduktionsmittel mit dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 zu vermischen und somit das Reduktionsmittel vor Eintritt in den ersten SCR-Katalysator 46 gleichmäßig über den Strömungsquerschnitt des Abgaskanals 34 zu verteilen. Stromabwärts des ersten SCR-Katalysators 46 ist eine Verzweigung 82 ausgebildet, an welcher eine Niederdruck-Abgasrückführung 80 aus dem Abgaskanal 34 abzweigt. Stromabwärts der Verzweigung ist ein zweites Dosierelement 52 vorgesehen, mit welchem alternativ oder zusätzlich zum ersten Dosierelement 48 Reduktionsmittel in den Abgaskanal 34 eindosiert werden kann. Stromabwärts des zweiten Dosierelements 52 ist ein zweiter SCR-Katalysator 50 angeordnet, welchem ein zweites Mischelement 56 vorgeschaltet sein kann. Der zweite SCR-Katalysator 50 umfasst vorzugsweise einen Ammoniak-Sperrkatalysator 62, um die Emissionen von nicht umgesetztem Reduktionsmittel gering zu halten. Stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators 50 ist eine Abgasklappe 68 vorgesehen, mit welcher die der Niederdruck-Abgasrückführung 80 zugeführte Abgasmenge gesteuert werden kann.
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Die Niederdruck-Abgasrückführung 80 umfasst einen Abgasrückführungskanal, in welchem ein Abgasrückführungskühler 86 und ein Niederdruck-Abgasrückführungs-Ventil 84 angeordnet sind. Der Abgasrückführungskanal der Niederdruck-Abgasrückführung mündet stromabwärts des Luftfilters 22 und stromaufwärts des Verdichters 24 in den Ansaugkanal 26.
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Stromabwärts des Auslasses 14 des Verbrennungsmotors 10 und stromaufwärts der Turbine 38 des Abgasturboladers 36 ist ein sogenannter Pre-Turbo-Katalysator 96 als schaltbarer Bypass-Katalysator 70 in einem Bypass 72 des Abgaskanals 34 angeordnet. An dem Bypass 72 ist ein Schaltelement 74, insbesondere ein Schieberventil 79, vorgesehen, mit welchem der Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 wahlweise durch den Bypass 72 geleitet werden kann oder der Bypass 72 von dem Abgaskanal 34 getrennt werden kann. Entsprechend der Schaltstellung des Schaltelements 74 wird der Bypass-Katalysator 70 in einer ersten Schaltstellung von dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 durchströmt, während der Bypass-Katalysator 70 in einer zweiten Schaltstellung des Schaltelements 74 von dem Abgaskanal 34 entkoppelt ist und nicht mit Abgas durchströmt wird. Der Bypass-Katalysator ist vorzugsweise als NOx-Speicherkatalysator 92 oder als passiver NOx-Adsorber 94 ausgebildet, um insbesondere in einer Kaltstartphase die NOx-Emissionen des Verbrennungsmotors 10 zu verringern.
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Die Position eines Katalysators stromaufwärts der Turbine 38 des Abgasturboladers 36 kann in bestimmten Betriebspunkten des Verbrennungsmotors 10 zu einer höheren thermischen Belastung des Katalysators und somit zu einer Schädigung oder einer frühzeitigen Alterung des Katalysators, insbesondere einer katalytisch wirksamen Beschichtung, führen. Durch das Schaltelement 74 kann der Bypass-Katalysator 70 in solchen Betriebssituationen aus dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 entkoppelt werden, um die Gefahr einer thermischen Beschädigung oder einer vorzeitigen Alterung des Bypass-Katalysators 70 zu minimieren. Ein weiterer Vorteil eines schaltbaren Bypass-Katalysators 70 liegt darin begründet, dass eine Verschwefelung des Bypass-Katalysators 70 durch das Entkoppeln aus dem Abgasstrom reduziert wird, und somit eine geringere Häufigkeit zur Entschwefelung dieses Katalysators 70 besteht. Da eine solche Entschwefelung mit einer erhöhten thermischen Belastung verbunden ist, wird durch die Entkoppelung das Alterungsverhalten des Bypass-Katalysators 70 weiter verbessert. Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ist die Verwendung von Beschichtungen mit hoher Tieftemperaturaktivität für den Bypass-Katalysator 70, vorzugsweise einer Beschichtung mit NOx-adsorbierender Wirkung, welche bei höherer thermischer Belastung die adsorbierte Abgaskomponente wieder desorbieren. Dieser Vorgang kann durch das Schaltelement 74 gezielt gesteuert werden.
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Das Zusammenspiel des Pre-Turbo-Katalysators 96 für eine Steigerung der Tieftemperaturaktivität, insbesondere nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10, mit den Abgasnachbehandlungskomponenten 40, 46, 50 stromabwärts der Turbine 38 des Abgasturboladers 36 führt zu einer Aufweitung des Temperaturfensters, in welchem eine effiziente Konvertierung von Abgaskomponenten möglich ist. Somit können die Emissionen im realen Fahrbetrieb durch ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem 30 reduziert werden.
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In 2 ist eine weitere Darstellung des erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems 30 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 ausgeführt, wird im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen. In der Abgasanlage 32 ist ein elektrisches Heizelement 64 vorgesehen, um zumindest einen Katalysator 40, 46, 50 unabhängig vom Abgasstrom des Verbrennungsmotos 10 beheizen zu können. Dabei ist das Heizelement 64 in diesem Ausführungsbeispiel als Heizscheibe 66 ausgebildet, welche eingangsseitig an dem ersten motornahen Katalysator 40 angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich ist auch ein Heizelement 64 an einem der SCR-Katalysatoren 46, 50 möglich. Der motornahe erste Katalysator 40 ist dabei vorzugsweise als NOx-Speicherkatalysator 42 oder als Oxidationskatalysator 44 ausgeführt. Stromabwärts des ersten Dosierventils 48 und stromaufwärts des motornahen ersten SCR-Katalysators 46 ist in der Abgasanlage 32 ein erster Abgasmischer 54 angeordnet. Stromabwärts des zweiten Dosierventils 52 und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators 50 ist in der Abgasanlage 32 ein zweiter Abgasmischer 56 angeordnet. Dem zweiten SCR-Katalysator 50 ist ein Ammoniak-Sperrkatalysator 62 nachgeschaltet, um zu verhindern, dass in dem zweiten SCR-Katalysator 50 nicht umgesetztes Ammoniak als Schadstoffemission in die Umwelt gelangt.
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In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems 30 für einen Verbrennungsmotor 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen wie zu 2 ausgeführten Aufbau ist in diesem Ausführungsbeispiel der Bypass 72 stromabwärts der Turbine 38 des Abgasturboladers 36 und stromaufwärts des motornahen ersten Katalysators 40 ausgebildet. Der Bypass 72 ist wiederum durch ein Schaltelement 74 schaltbar, sodass in einem ersten Betriebszustand des Verbrennungsmotors 10 Abgas durch den im Bypass 72 angeordneten Bypass-Katalysator 70 geleitet wird und dieser Bypass-Katalysator 70 in einem zweiten Betriebszustand aus dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 entkoppelt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungsmotor
- 12
- Einlass
- 14
- Auslass
- 16
- Brennraum
- 18
- Hochdruck-Abgasrückführung
- 20
- Luftversorgungssystem
- 22
- Luftfilter
- 24
- Verdichter
- 26
- Ansaugleitung
- 28
- Ladeluftkühler
- 30
- Abgasnachbehandlungssystem
- 32
- Abgasanlage
- 34
- Abgaskanal
- 36
- Abgasturbolader
- 38
- Turbine
- 40
- motornaher erster Katalysator
- 42
- NOx-Speicherkatalysator
- 44
- Oxidationskatalysator
- 46
- erster SCR-Katalysator
- 48
- erstes Dosierelement
- 50
- zweiter SCR-Katalysator
- 52
- zweites Dosierelement
- 54
- erster Abgasmischer
- 56
- zweiter Abgasmischer
- 58
- Partikelfilter
- 60
- Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden
- 62
- Ammoniak-Sperrkatalysator
- 64
- Heizelement
- 66
- Heizscheibe
- 68
- Abgasklappe
- 70
- schaltbarer Katalysator
- 72
- Bypass
- 74
- Schaltelement
- 76
- Sonde
- 78
- Klappenventil
- 79
- Schieberventil
- 80
- Niederdruck-Abgasrückführung
- 82
- Verzweigung
- 84
- Niederdruck-Abgasrückführungs-Ventil
- 86
- Abgasrückführungskühler
- 88
- Einmündung
- 90
- Steuergerät
- 91
- Oxidationskatalysator
- 92
- NOx-Speicherkatalysator
- 94
- passiver NOx-Adsorber
- 96
- Pre-Turbo-Katalysator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016223558 A1 [0004]
- DE 102014214588 A1 [0005]
