DE102018126621A1 - Exhaust gas aftertreatment system and method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas aftertreatment system and method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (10). Das Abgasnachbehandlungssystem umfassend eine Abgasanlage (20) mit einem Abgaskanal (22), in welchem mindestens zwei Abgasnachbehandlungskomponenten (30, 34, 36) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet sind. Es ist vorgesehen, dass stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (30, 34, 36) und stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente (30, 34, 36) ein Brenner (58) angeordnet ist, mit welchem das Abgas vor dem Eintritt in die zweiten Abgasnachbehandlungskomponente (30, 34, 36) beheizbar ist.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem, wobei das Abgas des Verbrennungsmotors (10) mit dem Brenner (58) beheizt wird, um die in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasanlage (20) zweite Abgasnachbehandlungskomponente (30, 34, 36) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden auf ihre Betriebstemperatur aufzuheizen.The invention relates to an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine (10). The exhaust gas aftertreatment system comprising an exhaust gas system (20) with an exhaust gas duct (22) in which at least two exhaust gas aftertreatment components (30, 34, 36) are arranged for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. It is provided that a burner (58) is arranged downstream of the first exhaust aftertreatment component (30, 34, 36) and upstream of the second exhaust aftertreatment component (30, 34, 36), with which the exhaust gas before entering the second exhaust aftertreatment component (30, The invention further relates to a method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (10) with such an exhaust gas aftertreatment system, the exhaust gas of the internal combustion engine (10) being heated with the burner (58) in order to prevent the exhaust gas from flowing in the flow direction of the exhaust gas Exhaust system (20) to heat up the second exhaust aftertreatment component (30, 34, 36) for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides to their operating temperature.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen Dieselmotor, sowie ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines solchen Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine, in particular for a diesel engine, and a method for exhaust gas aftertreatment of such an internal combustion engine according to the preamble of the independent claims.

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 Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator, sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. 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 aufweisen. Als Reduktionsmittel 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 sich im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen.The current exhaust gas legislation, which will become increasingly stringent in the future, places high demands on raw engine emissions and exhaust gas aftertreatment of internal combustion engines. The demands for a further decrease in consumption and the further tightening of the exhaust gas standards with regard to the permissible nitrogen oxide emissions represent a challenge for the engine developers. In gasoline engines, exhaust gas cleaning takes place in a known manner using a three-way catalytic converter and the three-way Catalyst upstream and downstream further catalysts. Exhaust gas aftertreatment systems are currently used in diesel engines, which have an oxidation catalytic converter, a catalytic converter for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR catalytic converter) and a particle filter for the separation of soot particles and, if appropriate, further catalytic converters. Ammonia is preferably used as the reducing agent. Because the use of pure ammonia is complex, a synthetic, aqueous urea solution is usually used in vehicles, which is mixed with the hot exhaust gas stream in a mixing device upstream of the SCR catalytic converter. This mixing heats the aqueous urea solution, the aqueous urea solution releasing ammonia in the exhaust gas duct. A commercially available, aqueous urea solution generally consists of 32.5% urea and 67.5% water.

Die zukünftige Abgasgesetzgebung erfordert es, bei Dieselmotoren mehrstufige Komponenten zur Nachbehandlung der Stickoxid-Emissionen einzusetzen. Die mehrstufige Abgasnachbehandlung ist notwendig, um in allen Temperaturbereichen eine hinreichende Konvertierung der Schadstoffe zu erzielen. So kann ein Abgasnachbehandlungssystem beispielsweise einen NOx-Speicherkatalysator, einen Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und einen weiteren SCR-Katalysator in einer Unterbodenlage des Kraftfahrzeuges aufweisen. Um eventuelle Durchbrüche von Ammoniak durch den SCR-Katalysator zu eliminieren und das Ammoniak zu oxidieren, kann stromabwärts des letzten SCR-Katalysators ein Ammoniak-Sperrkatalysator vorgesehen sein. Dabei müssen die entsprechenden Komponenten zur Abgasnachbehandlung auf eine Betriebstemperatur aufgeheizt werden, um zeitnah nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors, unabhängig vom Motorbetriebspunkt und der Entfernung der Abgasnachbehandlungskomponente vom Verbrennungsmotor eine Temperatur zu erreichen, bei der eine hinreichende Konvertierung von limitierten Abgaskomponenten erreicht wird. Ferner muss der Partikelfilter intermittierend regeneriert werden, wozu eine entsprechend hohe Abgastemperatur notwendig ist, um die im Partikelfilter zurückgehaltenen Rußpartikel zu oxidieren.The future exhaust gas legislation will require the use of multi-stage components for the aftertreatment of nitrogen oxide emissions in diesel engines. The multi-stage exhaust gas aftertreatment is necessary to achieve an adequate conversion of the pollutants in all temperature ranges. For example, an exhaust gas aftertreatment system can have a NOx storage catalytic converter, a particle filter with a coating for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides and a further SCR catalytic converter in an underbody position of the motor vehicle. In order to eliminate any breakthroughs of ammonia through the SCR catalytic converter and to oxidize the ammonia, an ammonia blocking catalytic converter can be provided downstream of the last SCR catalytic converter. The corresponding components for exhaust gas aftertreatment must be heated to an operating temperature in order to reach a temperature shortly after a cold start of the internal combustion engine, regardless of the engine operating point and the distance of the exhaust gas aftertreatment component from the internal combustion engine, at which an adequate conversion of limited exhaust gas components is achieved. Furthermore, the particle filter must be regenerated intermittently, for which purpose a correspondingly high exhaust gas temperature is necessary in order to oxidize the soot particles retained in the particle filter.

Aus der DE 10 2005 013 707 A1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor bekannt, in welchem ein Partikelfilter und stromabwärts des Partikelfilters ein SCR-Katalysator angeordnet ist, wobei in der Abgasanlage ein elektrisches Heizelement vorgesehen ist, um den SCR-Katalysator auf seine Betriebstemperatur aufzuheizen.From the DE 10 2005 013 707 A1 An exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine is known, in which a particle filter and an SCR catalytic converter is arranged downstream of the particle filter, wherein an electrical heating element is provided in the exhaust system in order to heat the SCR catalytic converter to its operating temperature.

Die DE 10 2016 205 182 A1 offenbar ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor mit einem katalytisch beschichteten Partikelfilter und einem NOx-Speicherkatalysator, wobei stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators ein Abgasbrenner vorgesehen ist, welcher mit einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird, um eine Aufheizung des Abgases und gleichzeitige Regeneration des NOx-Speicherkatalysators mit den unverbrannten Kohlenwasserstoffen aus dem Brennerabgas zu ermöglichen.The DE 10 2016 205 182 A1 apparently an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine with a catalytically coated particle filter and a NOx storage catalytic converter, an upstream of the NOx storage catalytic converter being provided with an exhaust gas burner which is operated with a substoichiometric combustion air ratio in order to heat the exhaust gas and at the same time regenerate the NOx storage catalytic converter with the to allow unburned hydrocarbons from the burner exhaust.

Die EP 1 469 173 B1 offenbart ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, bei welchem in Strömungsrichtung eines Abgases durch das Abgasnachbehandlungssystem ein Oxidationskatalysator, stromabwärts des Oxidationskatalysators ein SCR-Katalysator und weiter stromabwärts ein Partikelfilter angeordnet sind. Dabei sind stromabwärts des Oxidationskatalysators und stromaufwärts des SCR-Katalysators ein Wärmetauscher zum Abkühlen des Abgasstroms und stromabwärts des SCR-Katalysators und stromaufwärts des Partikelfilters ein Heizelement vorgesehenThe EP 1 469 173 B1 discloses an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine, in which an oxidation catalytic converter, an SCR catalytic converter downstream of the oxidation catalytic converter and a particle filter further downstream are arranged in the flow direction of an exhaust gas through the exhaust gas aftertreatment system. A heat exchanger for cooling the exhaust gas stream and downstream of the SCR catalyst and upstream of the particle filter are provided downstream of the oxidation catalyst and upstream of the SCR catalyst

Nachteilig an den bekannten Lösungen ist jedoch, dass bei einer motorfernen Position des SCR-Katalysators, insbesondere in einer Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges, externe Heizmaßnahmen notwendig sind, um den SCR-Katalysator zeitnah nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors auf seine Betriebstemperatur aufzuheizen. Dabei ist die Heizleistung eines elektrischen Heizelements durch die Leistung der Batterie begrenzt, welche bei tiefen Außentemperaturen, insbesondere Temperaturen unter 0°C ebenfalls eingeschränkt ist.A disadvantage of the known solutions, however, is that when the SCR catalytic converter is in a position remote from the engine, in particular in an underbody position of a motor vehicle, external heating measures are necessary in order to heat the SCR catalytic converter to its operating temperature promptly after a cold start of the internal combustion engine. The heating power of an electric heating element is limited by the power of the battery, which is also limited at low outside temperatures, in particular temperatures below 0 ° C.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein schnelles Aufheizen zumindest eines SCR-Katalysators nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors zu ermöglichen und somit zeitnah nach dem Kaltstart eine effiziente Konvertierung von Stickoxiden zu ermöglichen.The object of the invention is now to enable rapid heating of at least one SCR catalytic converter after the cold start of the internal combustion engine and thus to enable efficient conversion of nitrogen oxides shortly after the cold start.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Abgasanlage mit einem Abgaskanal, in welchem mindestens zwei Abgasnachbehandlungskomponenten zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet sind, gelöst. Dabei ist stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden und stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein mit einem Kraftstoff betriebener Brenner vorgesehen, mit welchem das Abgas vor Eintritt in die zweite Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden beheizbar ist. Durch den Abgasbrenner kann die Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden im Wesentlichen unabhängig vom Abgasstrom und der Abgastemperatur des Verbrennungsmotors beheizt werden, sodass insbesondere unmittelbar nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors ein deutlich schnelleres Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponente auf ihre Betriebstemperatur möglich ist. Somit kann bereits zeitnah nach dem Kaltstart eine selektive, katalytische Reduktion von Stickoxiden im Abgas des Verbrennungsmotors erfolgen, wodurch die Stickoxid-Emissionen verringert werden können. Insbesondere ist auch ein Aufheizen einer Abgasnachbehandlungskomponente in einer motorfernen Position, beispielsweise in einer Unterbodenposition eines Kraftfahrzeuges möglich, wodurch zusätzlich Freiheitsgrade bei der Auslegung der Abgasanlage erreicht werden. Dabei ist vorzugsweise die erste Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden in einer motornahen Position und die zweite Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion in einer motorfernen Position angeordnet. Unter einer motornahen Position ist in diesem Zusammenhang eine Position in der Abgasanlage zu verstehen, bei der die einlassseitige Stirnfläche der Abgasnachbehandlungskomponente eine Abgaslauflänge von weniger als 80 cm, vorzugsweise von weniger als 50 cm, ab dem Auslass des Verbrennungsmotors aufweist. Unter einer motorfernen Position ist in diesem Zusammenhang eine Position zu verstehen, bei welcher die Abgaslauflänge ab dem Auslass des Verbrennungsmotors mehr als 100 cm, vorzugsweise mehr als 150 cm beträgt. Durch den räumlichen Abstand der beiden Abgasnachbehandlungskomponenten zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden erreichen diese bei einem Normalbetrieb des Verbrennungsmotors durch die Abwärmeverluste über den Abgaskanal unterschiedliche Betriebstemperaturen. Dadurch kann der Betriebsbereich des Verbrennungsmotors, bei dem wenigstens einer der beiden Abgasnachbehandlungskomponenten zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden in einem zur Reduktion der Stickoxide notwendigen Temperaturfenster betrieben wird, erweitert werden. According to the invention, this object is achieved by an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine, comprising an exhaust gas system with an exhaust gas duct in which at least two exhaust gas aftertreatment components for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides are arranged. Downstream of the first exhaust aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides and upstream of the second exhaust aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides, a fuel-operated burner is provided with which the exhaust gas before entering the second exhaust aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides is heated. The exhaust gas aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides can be heated essentially independently of the exhaust gas flow and the exhaust gas temperature of the internal combustion engine by the exhaust gas burner, so that in particular immediately after a cold start of the internal combustion engine, the exhaust gas aftertreatment component can be heated up significantly to its operating temperature. Thus, a selective, catalytic reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas of the internal combustion engine can take place shortly after the cold start, as a result of which nitrogen oxide emissions can be reduced. In particular, it is also possible to heat up an exhaust gas aftertreatment component in a position remote from the engine, for example in an underbody position of a motor vehicle, as a result of which degrees of freedom in the design of the exhaust system are additionally achieved. The first exhaust gas aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides is preferably arranged in a position close to the engine and the second exhaust gas aftertreatment component for the selective, catalytic reduction in a position remote from the engine. In this context, a position close to the engine is to be understood as a position in the exhaust system in which the inlet end face of the exhaust gas aftertreatment component has an exhaust gas run length of less than 80 cm, preferably less than 50 cm, from the outlet of the internal combustion engine. In this context, a position remote from the engine is understood to mean a position in which the exhaust gas run length from the outlet of the internal combustion engine is more than 100 cm, preferably more than 150 cm. Due to the spatial distance between the two exhaust gas aftertreatment components for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides, they reach different operating temperatures during normal operation of the internal combustion engine due to the waste heat losses via the exhaust gas duct. As a result, the operating range of the internal combustion engine, in which at least one of the two exhaust gas aftertreatment components for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides is operated in a temperature window necessary for the reduction of the nitrogen oxides, can be expanded.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Ausführungsformen, Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Abgasnachbehandlungssystems möglich.The features listed in the dependent claims enable advantageous embodiments, improvements and further developments of the exhaust gas aftertreatment system specified in the independent claim.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine der Abgasnachbehandlungskomponenten zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden als ein Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden und die jeweils andere Abgasnachbehandlungskomponente als SCR-Katalysator ausgeführt sind. Durch einen Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden können die Funktionalität eines Partikelfilters mit der Funktionalität eines SCR-Katalysators kombiniert werden. Im Vergleich zu einem SCR-Katalysator ist ein solcher Partikelfilter jedoch in der Herstellung teuer und weist zudem einen höheren Strömungswiderstand auf. Daher stellt eine Kombination aus einem beschichteten Partikelfilter und einem SCR-Katalysator einen bestmöglichen Kompromiss bezüglich der Abgasnachbehandlung, der Kosten und des Strömungswiderstands dar.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that one of the exhaust gas aftertreatment components for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides is designed as a particle filter with a coating for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides, and the respective other exhaust gas aftertreatment component is designed as an SCR catalytic converter. The functionality of a particle filter can be combined with the functionality of an SCR catalytic converter by means of a particle filter with a coating for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. Compared to an SCR catalytic converter, however, such a particle filter is expensive to manufacture and also has a higher flow resistance. Therefore, a combination of a coated particle filter and an SCR catalyst represents the best possible compromise in terms of exhaust gas aftertreatment, costs and flow resistance.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass stromabwärts der beiden Abgasnachbehandlungskomponenten zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein Sperrkatalysator, insbesondere ein Ammoniak-Sperrkatalysator, angeordnet ist. Durch einen Sperrkatalysator kann verhindert werden, dass Reduktionsmittel oder unverbrannte Komponenten aus dem Brennstoff des Abgasbrenners in die Umwelt emittiert werden. Somit können Sekundäremissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenstoffmonoxid und/oder Ammoniak vermieden werden. Zusätzlich ergibt sich erfindungsgemäß die Möglichkeit die unverbrannten Komponenten aus der Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine, wie unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenstoffmonoxid, in dem Sperrkatalysator zu reduzieren, solange der motornahe Oxidationskatalysator diese Komponenten nicht vollständig umsetzt.In a preferred embodiment of the exhaust gas aftertreatment system it is provided that a blocking catalytic converter, in particular an ammonia blocking catalytic converter, is arranged downstream of the two exhaust gas aftertreatment components for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. A blocking catalytic converter can prevent reductants or unburned components from being emitted into the environment from the fuel in the exhaust gas burner. In this way, secondary emissions of unburned hydrocarbons, carbon monoxide and / or ammonia can be avoided. In addition, according to the invention, there is the possibility of reducing the unburned components from the combustion in the internal combustion engine, such as unburned hydrocarbons and carbon monoxide, in the barrier catalytic converter, as long as the oxidation catalytic converter close to the engine does not fully convert these components.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der ersten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein erstes Dosierelement zur Eindosierung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer flüssigen Harnstofflösung, zugeordnet ist. Zusätzlich ist der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein zweites Dosierelement zur Eindosierung eines Reduktionsmittels in den Abgaskanal zugeordnet. Durch zwei unabhängige Dosierelemente kann das Reduktionsmittel stets vor derjenigen Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden Reduktionsmittel eindosiert werden, bei welcher bei dem aktuellen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors die effiziente Konvertierung der Stickoxide zu erwarten ist. Alternativ ist es möglich, an beiden Dosierelementen gleichzeitig Reduktionsmittel einzudosieren, um das katalytisch wirksame Volumen von beiden Abgasnachbehandlungskomponenten zur selektiven, katalytischen Reduktion der Stickoxide zu nutzen.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the first exhaust aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides is assigned a first metering element for metering in a reducing agent, in particular a liquid urea solution. In addition, the second exhaust gas aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides is assigned a second metering element for metering a reducing agent into the exhaust gas duct. Divided by two Independent dosing elements, the reducing agent can always be metered in before the exhaust gas aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides reducing agent at which the efficient conversion of the nitrogen oxides is to be expected at the current operating point of the internal combustion engine. Alternatively, it is possible to meter in reducing agents at both metering elements at the same time in order to use the catalytically effective volume of both exhaust gas aftertreatment components for the selective, catalytic reduction of the nitrogen oxides.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn zwischen dem jeweiligen Dosierelement und der jeweiligen Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden jeweils ein Abgasmischer angeordnet ist. Durch einen Abgasmischer kann die Durchmischung des Abgasstroms mit dem Reduktionsmittel verbessert werden, wodurch die Mischstrecke zwischen dem Dosierelement und dem Eintritt in die jeweilige Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden verkürzt werden kann. Durch eine bessere Durchmischung von Abgas und Reduktionsmittel wird ein homogeneres Abgas erreicht, wodurch die Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungskomponenten verbessert werden kann.It is particularly preferred if an exhaust gas mixer is arranged between the respective metering element and the respective exhaust gas aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. The mixing of the exhaust gas flow with the reducing agent can be improved by an exhaust gas mixer, as a result of which the mixing distance between the metering element and the entry into the respective exhaust gas aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides can be shortened. A better mixing of exhaust gas and reducing agent results in a more homogeneous exhaust gas, which can improve the conversion performance of the exhaust aftertreatment components.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Brenner stromaufwärts der der jeweiligen Mischstrecke und ggf. auch stromaufwärts des jeweiligen Dosierelements angeordnet ist, um diese Komponenten ebenfalls zu erwärmen, was zusätzlich zu einer verbesserten Verdampfung der wässrigen Harnstofflösung und zu einer verbesserten Durchmischung mit dem Abgas führt. Während der Heizphase mit dem Brenner kann es sinnvoll sein die Dosierung der wässrigen Harnstofflösung zeitweise, oder vollständig einzustellen, sobald die durch den Brenner aufgeheizte Abgastemperatur ein spontanes Verbrennen des Reduktionsmittels zur Folge hat. Bevorzugt ist in diesem Fall jedoch eine Reduzierung der Heizleistung des Brenners, sodass eine Abgastemperatur von 450°C, bevorzugt von 400°C, besonders bevorzugt 350°C nicht überschritten wird.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the burner is arranged upstream of the respective mixing section and possibly also upstream of the respective metering element in order to also heat these components, which in addition to an improved evaporation of the aqueous urea solution and an improved mixing with leads to the exhaust gas. During the heating phase with the burner, it may be useful to temporarily or completely adjust the dosage of the aqueous urea solution as soon as the exhaust gas temperature heated by the burner results in a spontaneous combustion of the reducing agent. In this case, however, a reduction in the heating power of the burner is preferred, so that an exhaust gas temperature of 450 ° C., preferably 400 ° C., particularly preferably 350 ° C. is not exceeded.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Brenner eine Leistung von mindestens 8 Kilowatt, vorzugsweise zwischen 8 und 20 Kilowatt, bevorzugt zwischen 10 und 15 Kilowatt, aufweist. Ein wesentlicher Vorteil eines Abgasbrenners liegt in der gegenüber einem elektrischen Heizelement höheren Leistung. Während die Leistung eines elektrischen Heizelements durch den Batteriestrom insbesondere bei einem 12V-Bordnetz, aber auch bei einem 48V-Bordnetz entsprechend begrenzt ist und die Batterie insbesondere bei kalten Außentemperaturen und 0°C deutlich in ihrer Leistung eingeschränkt sind, kann ein Brenner im Wesentlichen unabhängig von der Außentemperatur und vom Betrieb des Verbrennungsmotors eine hohe Abwärmeleistung erzeugen, mit welcher das Abgas beziehungsweise die im Abgaskanal stromabwärts einer Einleitstelle für die Abgase des Brenners angeordneten Abgaskomponenten aufgeheizt werden können.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the burner has an output of at least 8 kilowatts, preferably between 8 and 20 kilowatts, preferably between 10 and 15 kilowatts. A major advantage of an exhaust gas burner is the higher power compared to an electric heating element. While the performance of an electrical heating element is limited accordingly by the battery current, particularly in the case of a 12 V electrical system, but also in the case of a 48 V electrical system, and the performance of the battery is significantly restricted, particularly in cold outside temperatures and 0 ° C, a burner can be essentially independent generate a high waste heat output from the outside temperature and from the operation of the internal combustion engine, with which the exhaust gas or the exhaust gas components arranged in the exhaust gas duct downstream of an inlet point for the exhaust gases of the burner can be heated.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der Brenner mit dem gleichen Kraftstoff wie der Verbrennungsmotor betrieben wird und insbesondere aus einem gemeinsamen Tank mit Brennstoff versorgt wird. Dadurch kann auf einen zusätzlichen Tank für den Brenner sowie gegebenenfalls auch auf eine zusätzliche Förderpumpe zur Brennstoffversorgung des Brenners verzichtet werden. Somit kann der Brenner vergleichsweise einfach und kostengünstig an ein bestehendes Kraftstoffversorgungssystem angeschlossen werden.It is particularly preferred if the burner is operated with the same fuel as the internal combustion engine and is supplied with fuel in particular from a common tank. This means that there is no need for an additional tank for the burner and, if appropriate, also for an additional feed pump for supplying fuel to the burner. The burner can thus be connected to an existing fuel supply system in a comparatively simple and cost-effective manner.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass die in Strömungsrichtung eines Abgases durch den Abgaskanal erste Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden als ein Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden und die stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnete zweite Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden als SCR-Katalysator ausgeführt sind. Dabei wird der Brenner ausschließlich zur Aufheizung des SCR-Katalysators genutzt, wodurch ein Aufheizen weiterer Abgaskomponenten nicht erfolgt und die Abwärme des Brenners bis auf geringe Verluste zum Aufheizen des SCR-Katalysators genutzt werden. Dabei ist die Einleitstelle der heißen Brenngase vorzugsweise stromaufwärts des zweiten Dosierelements vorgesehen, um das Verdampfen des Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, zu fördern und die Freisetzung des daraus gewonnenen Ammoniaks zu begünstigen. Während der Heizphase mit dem Brenner kann es sinnvoll sein die Dosierung der wässrigen Harnstofflösung zeitweise, oder vollständig einzustellen, sobald die durch den Brenner aufgeheizte Abgastemperatur ein spontanes Verbrennen des Reduktionsmittels zur Folge hat. Bevorzugt ist in diesem Fall jedoch eine Reduzierung der Heizleistung des Brenners, sodass eine Abgastemperatur von 450°C, bevorzugt von 400°C, besonders bevorzugt von 350°C nicht überschritten wird.In a preferred embodiment of the exhaust gas aftertreatment system it is provided that the first exhaust aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides in the flow direction of an exhaust gas through the exhaust gas duct as a particle filter with a coating for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides and the downstream of the first exhaust aftertreatment component for the selective, catalytic Reduction of nitrogen oxides arranged second exhaust gas aftertreatment components for selective, catalytic reduction of nitrogen oxides are designed as SCR catalysts. The burner is used exclusively to heat the SCR catalytic converter, which means that additional exhaust gas components are not heated up and the waste heat from the burner is used to heat up the SCR catalytic converter, except for minor losses. The introduction point of the hot fuel gases is preferably provided upstream of the second metering element in order to promote the evaporation of the reducing agent, in particular an aqueous urea solution, and to promote the release of the ammonia obtained therefrom. During the heating phase with the burner, it may be useful to temporarily or completely adjust the dosage of the aqueous urea solution as soon as the exhaust gas temperature heated by the burner results in a spontaneous combustion of the reducing agent. In this case, however, a reduction in the heating power of the burner is preferred, so that an exhaust gas temperature of 450 ° C., preferably 400 ° C., particularly preferably 350 ° C. is not exceeded.

Alternativ ist vorgesehen, dass die in Strömungsrichtung eines Abgases durch den Abgaskanal erste Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden als SCR-Katalysator und die stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente angeordnete zweite Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden sind. Dabei kann der Brenner zusätzlich genutzt werden, um den Partikelfilter auf seine Regenerationstemperatur aufzuheizen. Somit kann eine Regeneration des Partikelfilters unabhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors eingeleitet werden, wobei auf innermotorische Maßnahmen zur Anhebung der Abgastemperatur verzichtet werden kann. Dadurch kann das Brennverfahren optimal gestaltet werden und es können der Kraftstoffverbrauch und/oder die Rohemissionen des Verbrennungsmotors reduziert werden, wodurch eine im Wesentlichen emissionsneutrale Regeneration des Partikelfilters möglich ist. Ferner kann die Regeneration ohne Einfluss auf die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors durchgeführt werden, sodass eine Regeneration des Partikelfilters ohne Komfort- oder Leistungseinbußen für den Fahrer durchgeführt werden kann.Alternatively, it is provided that the first exhaust gas aftertreatment component in the flow direction of an exhaust gas through the exhaust gas duct for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides as an SCR catalytic converter and the second exhaust gas aftertreatment component arranged downstream of the first exhaust gas aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides are a particle filter with a coating for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. The burner can also be used to heat the particle filter to its regeneration temperature. Regeneration of the particle filter can thus be initiated regardless of the operating state of the internal combustion engine, wherein internal engine measures to raise the exhaust gas temperature can be dispensed with. As a result, the combustion process can be optimally designed and the fuel consumption and / or the raw emissions of the internal combustion engine can be reduced, as a result of which an essentially emission-neutral regeneration of the particle filter is possible. Furthermore, the regeneration can be carried out without influencing the power output of the internal combustion engine, so that the particle filter can be regenerated without sacrificing comfort or performance for the driver.

Bevorzugt ist dabei, dass stromabwärts des Partikelfilters an einer Verzweigung eine Niederdruck-Abgasrückführung aus dem Abgaskanal abzweigt, welche den Abgaskanal mit dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors stromaufwärts eines Verdichters eines Abgasturboladers verbindet. Durch eine Abgasrückführung stromabwärts des Partikelfilters wird sichergestellt, dass das über die Niederdruck-Abgasrückführung zurückgeführte Abgas im Wesentlichen frei von Partikeln und Verunreinigungen ist. Somit kann sichergestellt werden, dass das zurückgeführte Abgas zu keiner Beschädigung an dem Verdichter des Abgasturboladers oder in den Brennräumen des Verbrennungsmotors führt.It is preferred that a low-pressure exhaust gas recirculation branches off from the exhaust gas duct at a branch downstream of the particle filter and connects the exhaust gas duct to the intake tract of the internal combustion engine upstream of a compressor of an exhaust gas turbocharger. Exhaust gas recirculation downstream of the particulate filter ensures that the exhaust gas recirculated via the low-pressure exhaust gas recirculation is essentially free of particles and contaminants. It can thus be ensured that the recirculated exhaust gas does not lead to any damage to the compressor of the exhaust gas turbocharger or in the combustion chambers of the internal combustion engine.

Bevorzugt ist dabei, wenn der Brenner stromabwärts des Partikelfilters und stromabwärts der Verzweigung für die Niederdruck-Abgasrückführung sowie stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators angeordnet ist. Dadurch wird verhindert, dass ein Teil der Abwärme des Brenners über die Niederdruck-Abgasrückführung geleitet wird und nicht für die Aufheizung des SCR-Katalysators zur Verfügung steht.It is preferred if the burner is arranged downstream of the particle filter and downstream of the branch for the low-pressure exhaust gas recirculation and upstream of the second SCR catalytic converter. This prevents part of the waste heat from the burner from being conducted via the low-pressure exhaust gas recirculation and from being available for heating the SCR catalytic converter.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Brenner stromabwärts des Partikelfilters und stromaufwärts der Verzweigung für die Niederdruck-Abgasrückführung sowie stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators angeordnet. Dadurch wird ein Teil der Abwärme des Brenners über die Niederdruck-Abgasrückführung geleitet, was zusätzlich zur Aufheizung des SCR-Katalysators eine Aufheizung des Ansaugtraktes bewirkt.In a further embodiment, the burner is arranged downstream of the particle filter and upstream of the branch for the low-pressure exhaust gas recirculation and upstream of the second SCR catalytic converter. As a result, part of the waste heat from the burner is conducted via the low-pressure exhaust gas recirculation, which in addition to heating the SCR catalytic converter heats up the intake tract.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass als in Strömungsrichtung erste Komponente der Abgasnachbehandlung ein Oxidationskatalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator vorgesehen ist, welcher den mindestens zwei Abgasnachbehandlungskomponenten zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden vorgeschaltet ist. Durch einen Oxidationskatalysator kann das Verhältnis zwischen NO und NO2 verbessert werden, wodurch die Effizienz der selektiven, katalytischen Reduktion verbessert werden kann. Durch einen NOx-Speicherkatalysator besteht zusätzlich eine weitere Möglichkeit, die Stickoxid-Emissionen zu mindern, in dem die Stickoxide in diesem NOx-Speicherkatalysator eingelagert werden und der NOx-Speicherkatalysator periodisch durch ein unterstöchiometrisches Abgas regeneriert wird.In a preferred embodiment of the exhaust gas aftertreatment system it is provided that an oxidation catalytic converter or a NOx storage catalytic converter is provided as the first component of the exhaust gas aftertreatment in the flow direction, which is connected upstream of the at least two exhaust gas aftertreatment components for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. An oxidation catalyst can improve the ratio between NO and NO 2 , which can improve the efficiency of the selective, catalytic reduction. A NOx storage catalytic converter also offers a further possibility of reducing the nitrogen oxide emissions by storing the nitrogen oxides in this NOx storage catalytic converter and periodically regenerating the NOx storage catalytic converter with a substoichiometric exhaust gas.

In einer vorteilhaften Verbesserung des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass in der Abgasanlage mindestens ein Temperatursensor, ein NOx-Sensor und/oder ein Drucksensor angeordnet sind. Durch einen Temperatursensor kann die Wärmeeinbringung über den Brenner geregelt werden, sodass gerade so viel Energie in den Abgasstrom eingebracht wird, wie zum Erreichen der Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungskomponenten notwendig ist. Ferner kann der Brenner abgeschaltet werden, wenn diese Temperatur überschritten wird. Somit kann der Mehrverbrauch durch den Brenner minimiert werden. Durch einen NOx-Sensor kann die Menge des eindosierten Reduktionsmittels geregelt werden, um einen möglichst effizienten Einsatz von Reduktionsmittel zu gewährleisten.In an advantageous improvement of the exhaust gas aftertreatment system, it is provided that at least one temperature sensor, one NOx sensor and / or one pressure sensor are arranged in the exhaust system. The heat input via the burner can be regulated by a temperature sensor, so that just as much energy is introduced into the exhaust gas flow as is necessary to reach the operating temperature of the exhaust gas aftertreatment components. The burner can also be switched off if this temperature is exceeded. The additional consumption by the burner can thus be minimized. The amount of the reducing agent metered in can be regulated by a NOx sensor in order to ensure the most efficient use of reducing agent.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem vorgeschlagen, bei welchem eine Temperatur in der Abgasanlage, insbesondere eine Abgastemperatur oder die Temperatur einer Abgasnachbehandlungskomponente, insbesondere einer Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden, ermittelt wird und diese Temperatur mit einer Schwellentemperatur verglichen wird. Dabei wird der Brenner aktiviert, wenn die ermittelte Temperatur unterhalb der Schwellentemperatur von 250°C, bevorzugt unterhalb von 200°C, mindestens bei 180°C liegt. Durch das vorgeschlagene Verfahren ist ein Aufheizen zumindest eines SCR-Katalysators unmittelbar nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors möglich, wobei durch die im Vergleich zu elektrischen Heizelementen hohe Heizleistung deutlich schneller die Betriebstemperatur des SCR-Katalysators erreicht. Dadurch können die NOx-Emissionen, insbesondere in der Kaltstartphase, aber auch nach längeren Leerlauf- oder Schwachlastphasen, in denen der SCR-Katalysator ansonsten unter seine Betriebstemperatur auskühlt, verringert werden.According to the invention, a method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system according to the invention is proposed, in which a temperature in the exhaust gas system, in particular an exhaust gas temperature or the temperature of an exhaust gas aftertreatment component, in particular an exhaust gas aftertreatment component for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides, is determined and this temperature with a threshold temperature is compared. The burner is activated when the temperature determined is below the threshold temperature of 250 ° C., preferably below 200 ° C., at least at 180 ° C. The proposed method makes it possible to heat up at least one SCR catalytic converter immediately after the cold start of the internal combustion engine, the operating temperature of the SCR catalytic converter reaching the operating temperature of the SCR catalytic converter significantly more quickly due to the high heating power compared to electrical heating elements. As a result, the NOx emissions can be reduced, in particular in the cold start phase, but also after longer idle or low load phases in which the SCR catalytic converter otherwise cools below its operating temperature.

In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Brenner wieder deaktiviert wird, wenn die ermittelte Temperatur oberhalb einer zweiten Schwellentemperatur liegt. Dabei können die erste Schwellentemperatur und die zweite Schwellentemperatur gleich sein. Bevorzugt ist jedoch, dass die zweite Schwellentemperatur oberhalb der ersten Schwellentemperatur, vorzugsweise 50°C - 100°C oberhalb der ersten Schwellentemperatur liegt. Durch ein Abschalten des Brenners oberhalb der zweiten Schwellentemperatur kann der Mehrverbrauch durch den Brenner reduziert werden. Dabei bleibt der Brenner vorzugsweise solange aktiviert, bis der SCR-Katalysator stromabwärts des Brenners eine Temperatur erreicht hat, bei welcher eine maximal-effiziente Konvertierung von Stickoxiden erreicht wird. A further improvement of the method provides that the burner is deactivated again when the temperature determined is above a second threshold temperature. The first threshold temperature and the second threshold temperature can be the same. However, it is preferred that the second threshold temperature is above the first threshold temperature, preferably 50 ° C.-100 ° C. above the first threshold temperature. By switching off the burner above the second threshold temperature, the additional consumption by the burner can be reduced. The burner preferably remains activated until the SCR catalytic converter downstream of the burner has reached a temperature at which the most efficient conversion of nitrogen oxides is achieved.

In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist mit Vorteil vorgesehen, dass nach einem definierten Zeitintervall die Leistung des Brenners reduziert wird oder der Brenner deaktiviert wird. Dadurch kann verhindert werden, dass es durch einen unkontrollierten und übermäßigen Wärmeeintrag in die Abgasanlage zu einer thermischen Schädigung von Sensoren und/oder Abgasnachbehandlungskomponenten kommt.In a further improvement of the method, it is advantageously provided that the output of the burner is reduced or the burner is deactivated after a defined time interval. This can prevent an uncontrolled and excessive heat input into the exhaust system from causing thermal damage to sensors and / or exhaust gas aftertreatment components.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application can be combined with one another with advantage, unless otherwise stated in the individual case.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei in den unterschiedlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors, welcher mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage und mit seinem Einlass mit einem Luftversorgungssystem verbunden ist;
  • 2 eine weitere schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einem Luftversorgungssystem und einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem; und
  • 3 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors.
The invention is explained below in exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. The same components or components with the same function are identified in the different figures with the same reference numerals. Show it:
  • 1 is a schematic representation of an internal combustion engine, which is connected with its outlet to an exhaust system and with its inlet to an air supply system;
  • 2nd a further schematic representation of an internal combustion engine with an air supply system and an exhaust gas aftertreatment system according to the invention; and
  • 3rd a flowchart for performing an inventive method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine.

1 zeigt die schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 10 mit einem Luftversorgungssystem 60 und einer Abgasanlage 20. Der Verbrennungsmotor 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein direkteinspritzender Dieselmotor und weist mehrere Brennräume 12 auf. An den Brennräumen 12 ist jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 zur Einspritzung eines Kraftstoffes in den jeweiligen Brennraum 12 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Einlass 62 mit einem Luftversorgungssystem 60 und mit seinem Auslass 16 mit einer Abgasanlage 20 verbunden. Der Verbrennungsmotor 10 kann eine nicht dargestellte Hochdruck-Abgasrückführung mit einem Hochdruck-Abgasrückführungsventil aufweisen, über welches ein Abgas des Verbrennungsmotors 10 von dem Auslass 16 zum Einlass 62 zurückgeführt werden kann. An den Brennräumen 12 sind Einlassventile und Auslassventile angeordnet, mit welchen eine fluidische Verbindung vom Luftversorgungssystem 60 zu den Brennräumen 12 oder von den Brennräumen 12 zur Abgasanlage 20 geöffnet oder verschlossen werden kann. 1 shows the schematic representation of an internal combustion engine 10th with an air supply system 60 and an exhaust system 20th . The internal combustion engine 10th is a direct injection diesel engine in this embodiment and has several combustion chambers 12th on. At the combustion chambers 12th is a fuel injector 14 for injecting a fuel into the respective combustion chamber 12th arranged. The internal combustion engine 10th is with his entrance 62 with an air supply system 60 and with its outlet 16 with an exhaust system 20th connected. The internal combustion engine 10th can have a high-pressure exhaust gas recirculation, not shown, with a high-pressure exhaust gas recirculation valve, via which an exhaust gas of the internal combustion engine 10th from the outlet 16 to the entrance 62 can be traced back. At the combustion chambers 12th Inlet valves and outlet valves are arranged, with which a fluid connection from the air supply system 60 to the combustion chambers 12th or from the combustion chambers 12th to the exhaust system 20th can be opened or closed.

Das Luftversorgungssystem 60 umfasst einen Ansaugkanal 64, in welcher in Strömungsrichtung von Frischluft durch den Ansaugkanal 64 ein Luftfilter 66, stromabwärts des Luftfilters 66 ein Luftmassenmesser 68, insbesondere ein Heißfilmluftmassenmesser, stromabwärts des Luftmassenmessers 68 ein Verdichter 70 eines Abgasturboladers 18 und weiter stromabwärts ein Ladeluftkühler 72 angeordnet sind. Dabei kann der Luftmassenmesser 68 auch in einem Filtergehäuse des Luftfilters 66 angeordnet sein, sodass der Luftfilter 66 und der Luftmassenmesser 68 eine Baugruppe ausbildet. Stromabwärts des Luftfilters 68 und stromaufwärts des Verdichters 70 ist eine Einmündung 74 vorgesehen, an welcher eine Abgasrückführungsleitung 76 einer Niederdruck-Abgasrückführung 56 in den Ansaugkanal 64 mündet.The air supply system 60 includes an intake duct 64 , in which in the direction of flow of fresh air through the intake duct 64 an air filter 66 , downstream of the air filter 66 an air mass meter 68 , in particular a hot film air mass meter, downstream of the air mass meter 68 a compressor 70 of an exhaust gas turbocharger 18th and further downstream an intercooler 72 are arranged. The air mass meter 68 also in a filter housing of the air filter 66 be arranged so that the air filter 66 and the air mass meter 68 forms an assembly. Downstream of the air filter 68 and upstream of the compressor 70 is a confluence 74 provided on which an exhaust gas recirculation line 76 a low pressure exhaust gas recirculation 56 into the intake duct 64 flows.

Die Abgasanlage 20 umfasst einen Abgaskanal 22, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch den Abgaskanal 22 eine Turbine 24 des Abgasturboladers 18 angeordnet ist, welche den Verdichter 70 im Luftversorgungssystem 60 über eine Welle antreibt. Der Abgasturbolader 18 ist vorzugsweise als Abgasturbolader 18 mit variabler Turbinengeometrie ausgeführt. Dazu sind einem Turbinenrad der Turbine 24 verstellbare Leitschaufeln vorgeschaltet, über welche die Anströmung des Abgases auf die Schaufeln der Turbine 24 variiert werden kann. Stromabwärts der Turbine 24 sind mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38. Dabei ist unmittelbar stromabwärts der Turbine 24 als erste Komponente der Abgasnachbehandlung ein Oxidationskatalysator 26 oder ein NOx-Speicherkatalysator 28 angeordnet. Dem Oxidationskatalysator 26 oder dem NOx-Speicherkatalysator 38 folgt in Strömungsrichtung des Abgases des Verbrennungsmotors 10 ein Partikelfilter 32, welcher mit einer Beschichtung 34 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Beschichtung) versehen ist und somit eine erste Abgasnachbehandlungskomponente 30 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ausbildet. Stromabwärts des Partikelfilters 32 sind ein zweiter SCR-Katalysator 36 und weiter stromabwärts ein Ammoniak-Sperrkatalysator 38 vorgesehen, durch welche eine Austritt von unverbrauchtem Ammoniak verhindert wird. Stromabwärts des Oxidationskatalysators 26 oder des NOx-Speicherkatalysator und stromaufwärts des Partikelfilters 32 ist ein erstes Dosierelement 40 vorgesehen, mit welchem ein Reduktionsmittel 52, insbesondere wässrige Harnstofflösung, in den Abgaskanal 22 des Verbrennungsmotors 10 eindosiert werden kann. Stromabwärts des ersten Dosierelements 40 und stromaufwärts des Partikelfilters 32 kann ein erster Abgasmischer angeordnet sein, um die Vermischung des Reduktionsmittels 52 mit dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 vor Eintritt in den Partikelfilter 32 zu verbessern.The exhaust system 20th includes an exhaust duct 22 , in which in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine 10th through the exhaust duct 22 a turbine 24th of the exhaust gas turbocharger 18th arranged which is the compressor 70 in the air supply system 60 drives over a shaft. The exhaust gas turbocharger 18th is preferably used as an exhaust gas turbocharger 18th designed with variable turbine geometry. For this are a turbine wheel of the turbine 24th adjustable guide vanes upstream, through which the flow of the exhaust gas onto the blades of the turbine 24th can be varied. Downstream of the turbine 24th are several exhaust aftertreatment components 26 , 28 , 30th , 32 , 34 , 36 , 38 . It is immediately downstream of the turbine 24th an oxidation catalytic converter as the first component of exhaust gas aftertreatment 26 or a NOx storage catalytic converter 28 arranged. The oxidation catalyst 26 or the NOx storage catalytic converter 38 follows in the flow direction of the exhaust gas of the internal combustion engine 10th a particle filter 32 which with a coating 34 for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR coating) and thus a first exhaust gas aftertreatment component 30th for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. Downstream of the particle filter 32 are a second SCR catalytic converter 36 and further downstream an ammonia barrier catalyst 38 provided, through which an escape of unused ammonia is prevented. Downstream of the oxidation catalyst 26 or the NOx storage catalyst and upstream of the particle filter 32 is a first dosing element 40 provided with which a reducing agent 52 , especially aqueous urea solution, in the exhaust duct 22 of the internal combustion engine 10th can be dosed. Downstream of the first metering element 40 and upstream of the particulate filter 32 A first exhaust gas mixer can be arranged to mix the reducing agent 52 with the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10th before entering the particle filter 32 to improve.

Stromabwärts des Partikelfilters 32 und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators 38 ist am Abgaskanal 22 eine Verzweigung 54 vorgesehen, an welcher eine Niederdruck-Abgasrückführung 56 aus dem Abgaskanal 22 abzweigt und diesen mit dem Ansaugkanal 64 stromaufwärts des Verdichters 70 verbindet. Die Niederdruck-Abgasrückführung 56 umfasst neben der Abgasrückführungsleitung 76 einen Abgasrückführungskühler 78 und ein Abgasrückführungsventil 80, über welches die Abgasrückführung durch die Abgasrückführungsleitung 76 steuerbar ist. An der Abgasrückführungsleitung 76 der Niederdruck-Abgasrückführung 56 kann ein Temperatursensor 48 vorgesehen, über welchen eine Abgastemperatur in der Niederdruck-Abgasrückführung 56 ermittelt werden kann, um die Abgasrückführung 56 zu aktivieren, sobald die Abgastemperatur in der Abgasrückführung 56 einen definierten Schwellenwert überschritten hat. Somit kann verhindert werden, dass Wasserdampf oder im Abgas enthaltenes Reduktionsmittel 52 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, insbesondere flüssige Harnstofflösung, auskondensiert und in der Niederdruck-Abgasrückführung 56 oder im Luftversorgungssystem 60 zu Beschädigungen oder Ablagerungen führt.Downstream of the particle filter 32 and upstream of the second SCR catalyst 38 is on the exhaust duct 22 a branch 54 provided on which a low-pressure exhaust gas recirculation 56 from the exhaust duct 22 branches and this with the intake duct 64 upstream of the compressor 70 connects. The low pressure exhaust gas recirculation 56 includes in addition to the exhaust gas recirculation line 76 an exhaust gas recirculation cooler 78 and an exhaust gas recirculation valve 80 , via which the exhaust gas recirculation through the exhaust gas recirculation line 76 is controllable. On the exhaust gas recirculation line 76 the low pressure exhaust gas recirculation 56 can be a temperature sensor 48 provided, above which an exhaust gas temperature in the low-pressure exhaust gas recirculation 56 can be determined to the exhaust gas recirculation 56 to activate as soon as the exhaust gas temperature in the exhaust gas recirculation 56 has exceeded a defined threshold. This can prevent water vapor or reducing agent contained in the exhaust gas 52 for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides, especially liquid urea solution, condensed and in the low-pressure exhaust gas recirculation 56 or in the air supply system 60 leads to damage or deposits.

In der Abgasanlage 20 ist stromabwärts der Verzweigung 54 ein Brenner 58 vorgesehen, mit welchem der Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 vor Eintritt in den zweiten SCR-Katalysator 38 erhitzt werden kann. Stromabwärts des Brenners 58 und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators ist ein zweites Dosierelement 42 zur Eindosierung des Reduktionsmittels 52 vorgesehen, welchem ein zweiter Abgasmischer 46 nachgeschaltet sein kann. Ferner können im Abgaskanal 22 ein Temperatursensor 48 und/oder ein NOx-Sensor 50 angeordnet sein, um die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors 10 oder die Stickoxidkonzentration im Abgas zu ermitteln und das Reduktionsmittel bedarfsgerecht durch mindestens eines der Dosierelemente 40, 42 einzudosieren. Ferner ist in der Abgasanlage 20 ein Differenzdrucksensor 82 vorgesehen, um eine Druckdifferenz über dem Partikelfilter 32 zu bestimmen. Auf diese Weise kann der Beladungszustand des Partikelfilters 32 ermittelt und bei Überschreiten eines definierten Beladungsniveaus eine Regeneration des Partikelfilters 32 eingeleitet werden.In the exhaust system 20th is downstream of the branch 54 a burner 58 provided with which the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10th before entering the second SCR catalytic converter 38 can be heated. Downstream of the burner 58 and upstream of the second SCR catalyst is a second metering element 42 for dosing the reducing agent 52 provided which a second exhaust mixer 46 can be downstream. Furthermore, in the exhaust duct 22 a temperature sensor 48 and / or a NOx sensor 50 be arranged to the exhaust gas temperature of the internal combustion engine 10th or to determine the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas and the reducing agent as required by at least one of the metering elements 40 , 42 meter in. Also in the exhaust system 20th a differential pressure sensor 82 provided a pressure difference across the particulate filter 32 to determine. In this way, the loading status of the particle filter 32 determined and, if a defined loading level is exceeded, regeneration of the particle filter 32 be initiated.

Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Motorsteuergerät 90 verbunden, welches über nicht dargestellte Signalleitungen mit einem Temperatursensor 48, einem NOx-Sensor 50, einem Differenzdrucksensor 82, mit den Kraftstoffinjektoren 14 des Verbrennungsmotors 10 sowie mit den Dosierelementen 40, 42 und dem Brenner 58 verbunden ist.The internal combustion engine 10th is with an engine control unit 90 connected, which via signal lines, not shown, to a temperature sensor 48 , a NOx sensor 50 , a differential pressure sensor 82 , with the fuel injectors 14 of the internal combustion engine 10th as well as with the dosing elements 40 , 42 and the burner 58 connected is.

Die Einspritzmenge sowie der Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffs in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 sowie die Eindosierung eines Reduktionsmittels 52 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in den Abgaskanal 22 wird durch dieses Motorsteuergerät 90 gesteuert. Ferner wird der Brenner 58 aktiviert, wenn die Abgastemperatur oder eine Bauteiltemperatur einer Abgasnachbehandlungskomponente 30, 32, 34, 36 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden unterhalb einer Schwellentemperatur TS liegt. Durch den Sperrkatalysator 58 kann eventuell unvollständig verbrannter Kraftstoff des Brenners 58 sowie Ammoniak aus einer Überdosierung eines der Dosierelemente 40, 42 konvertiert werden, um die Emissionen zu verringern.The injection quantity as well as the time of injection of the fuel into the combustion chambers 12th of the internal combustion engine 10th and the metering of a reducing agent 52 for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides in the exhaust duct 22 is through this engine control unit 90 controlled. Furthermore, the burner 58 activated when the exhaust gas temperature or a component temperature of an exhaust gas aftertreatment component 30th , 32 , 34 , 36 for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides is below a threshold temperature T S. Through the blocking catalyst 58 may be incompletely burned fuel of the burner 58 and ammonia from an overdose of one of the metering elements 40 , 42 be converted to reduce emissions.

In 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 ausgeführt, wird im Nachfolgenden nur auf die Unterschiede zu der in 1 dargestellten Ausführungsform eingegangen. In der Abgasanlage 20 ist stromabwärts des Oxidationskatalysators 26 oder des NOx-Speicherkatalysators 28 als erste Abgasnachbehandlungskomponente 30 zur selektiven, katalytischen Reduktion ein SCR-Katalysator 30 vorgesehen. Stromabwärts des SCR-Katalysators 30 ist als zweite Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion ein Partikelfilter 32 mit einer Beschichtung 34 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet. Dabei ist der Brenner 58 stromabwärts des SCR-Katalysators 30 und stromaufwärts des zweiten Dosierelements 42 zur Eindosierung des Reduktionsmittels 52 für eine selektive, katalytische Reduktion von Stickoxiden auf dem beschichteten Partikelfilter 32 angeordnet. Die Niederdruck-Abgasrückführung 56 zweigt in diesem Ausführungsbeispiel erst hinter der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente 36 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden, nämlich stromabwärts des Partikelfilters 32 mit der Beschichtung 34 zur selektiven, katalytischen Reduktion stromaufwärts des Sperrkatalysators 38, aus dem Abgaskanal 22 ab. Dabei können eventuell auftretende Rußemissionen des Brenners 58 durch den Partikelfilter 32 gereinigt werden, sodass der Betrieb des Brenners 58 nicht zu einem Anstieg der Rußemissionen führt. Ferner besteht durch die Anordnung des Brenners 58 stromaufwärts des Partikelfilters 32 die Möglichkeit, die Regeneration des Partikelfilters 32, also die Oxidation der im Partikelfilter 32 zurückgehaltenen Rußpartikel, unabhängig vom Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 10 durch den Brenner 58 einzuleiten. Da die Regenerationstemperatur des Partikelfilters 32 oberhalb des Temperaturfensters liegt, bei dem eine effiziente Konvertierung der Stickoxide durch die selektive, katalytische Reduktion möglich ist, sollte der Brenner bei dieser Ausführungsvariante eine höhere Leistung, insbesondere eine Leistung zwischen 15 Kilowatt und 25 Kilowatt, aufweisen.In 2nd 10 is an alternative embodiment of an exhaust aftertreatment system for an internal combustion engine 10th shown. With essentially the same structure as for 1 only the differences from that in 1 illustrated embodiment received. In the exhaust system 20th is downstream of the oxidation catalyst 26 or the NOx storage catalytic converter 28 as the first exhaust aftertreatment component 30th an SCR catalytic converter for selective, catalytic reduction 30th intended. Downstream of the SCR catalytic converter 30th is a particle filter as the second exhaust aftertreatment component for selective, catalytic reduction 32 with a coating 34 arranged for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. Here is the burner 58 downstream of the SCR catalyst 30th and upstream of the second metering element 42 for dosing the reducing agent 52 for a selective, catalytic reduction of nitrogen oxides on the coated particle filter 32 arranged. The low pressure exhaust gas recirculation 56 branches in this embodiment only behind the second exhaust aftertreatment component 36 for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides, namely downstream of the particle filter 32 with the coating 34 for selective, catalytic reduction upstream of the barrier catalytic converter 38 , from the exhaust duct 22 from. This may result in soot emissions from the burner 58 through the Particle filter 32 be cleaned so that the operation of the burner 58 does not lead to an increase in soot emissions. There is also the arrangement of the burner 58 upstream of the particulate filter 32 the possibility of regeneration of the particulate filter 32 , i.e. the oxidation of the in the particle filter 32 retained soot particles, regardless of the operating point of the internal combustion engine 10th through the burner 58 initiate. Because the regeneration temperature of the particulate filter 32 lies above the temperature window, in which an efficient conversion of the nitrogen oxides is possible through the selective, catalytic reduction, the burner in this embodiment variant should have a higher output, in particular an output between 15 kilowatts and 25 kilowatts.

In 3 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt <100> eine Temperatur TEG in der Abgasanlage 20 des Verbrennungsmotors 10 ermittelt. Die kann die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors 10 oder die Temperatur einer Abgasnachbehandlungskomponente 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, insbesondere einer Abgasnachbehandlungskomponente 30, 32, 34, 36 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden, ermitteln. In einem zweiten Verfahrensschritt <110> wird die ermittelte Temperatur TEG mit einer Schwellentemperatur TS verglichen. Liegt die Temperatur TEG unterhalb der Schwellentemperatur TS, so wird in einem Verfahrensschritt <120> der Brenner 58 aktiviert und der Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 durch den Brenner 58 erhitzt. Das auf diese Art und Weise erhitzte Abgas tritt in die in Strömungsrichtung zweite Abgasnachbehandlungskomponente 36 zur selektiven, katalytischen Reduktion ein, sodass diese zweite Abgasnachbehandlungskomponente 36 zeitnah ihre Betriebstemperatur erreicht. Ist diese Betriebstemperatur erreicht, so wird in einem Verfahrensschritt <130> durch das zweite Dosierelement 42 Reduktionmittel 52 in den Abgaskanal 22 eindosiert, wobei die Stickoxide mit dem Reduktionsmittel 52 zu molekularem Stickstoff reduziert werden. Durch den Betrieb des Verbrennungsmotors 10 werden sämtliche Abgasnachbehandlungskomponenten 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 im Abgaskanal 22 aufgeheizt. Hat die in Strömungsrichtung des Abgases des Verbrennungsmotors 10 erste Abgasnachbehandlungskomponente 30 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ihre Betriebstemperatur erreicht, so kann der Brenner 58 in einem Verfahrensschritt <140> abgeschaltet werden und die Eindosierung des Reduktionsmittels 52 in einem Verfahrensschritt <150> auf das erste Dosierelement 40 umgeschaltet werden. Alternativ kann der Brenner 58 auch zeitgesteuert betrieben werden und in seiner Leistung reduziert beziehungsweise abgeschaltet werden, wenn ein definiertes Zeitintervall verstrichen ist.In 3rd is a flowchart for performing an inventive method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine 10th shown. In a first process step <100>, a temperature T EG in the exhaust system 20th of the internal combustion engine 10th determined. This can be the exhaust gas temperature of the internal combustion engine 10th or the temperature of an exhaust aftertreatment component 26 , 28 , 30th , 32 , 34 , 36 , 38 , in particular an exhaust gas aftertreatment component 30th , 32 , 34 , 36 for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. In a second method step <110>, the determined temperature T EG is compared with a threshold temperature T S. If the temperature T EG is below the threshold temperature T S , the burner becomes in a process step <120> 58 activated and the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10th through the burner 58 heated. The exhaust gas heated in this way enters the second exhaust gas aftertreatment component in the direction of flow 36 for selective, catalytic reduction, so that this second exhaust aftertreatment component 36 reaches its operating temperature in a timely manner. If this operating temperature is reached, the second metering element in a process step <130> 42 Reducing agent 52 in the exhaust duct 22 metered in, the nitrogen oxides with the reducing agent 52 reduced to molecular nitrogen. By operating the internal combustion engine 10th all exhaust aftertreatment components 26 , 28 , 30th , 32 , 34 , 36 , 38 in the exhaust duct 22 heated up. Has in the flow direction of the exhaust gas of the internal combustion engine 10th first exhaust aftertreatment component 30th for selective, catalytic reduction of nitrogen oxides, the burner can 58 be switched off in a process step <140> and the metering in of the reducing agent 52 in a process step <150> on the first metering element 40 can be switched. Alternatively, the burner 58 can also be operated in a time-controlled manner and its output reduced or switched off when a defined time interval has elapsed.

Durch ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem können die Stickoxidemissionen, insbesondere nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 oder nach einem Betrieb in einer Leerlauf- oder Schwachlastphase, verringert werden. Dabei kann die selektive, katalytische Reduktion von Stickoxiden im Wesentlichen unabhängig vom Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 10 durchgeführt werden. Somit werden hohe Wirkungsgrade in der Konvertierung von Stickoxiden unabhängig vom Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 10 und der Position in der Abgasanlage 20 erreicht. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, die SCR-Katalysatoren an nahezu beliebigen Positionen in der Abgasanlage anzuordnen.An exhaust gas aftertreatment system according to the invention can reduce the nitrogen oxide emissions, in particular after a cold start of the internal combustion engine 10th or after an operation in an idle or light load phase. The selective, catalytic reduction of nitrogen oxides can essentially be independent of the operating point of the internal combustion engine 10th be performed. This means that high levels of efficiency in the conversion of nitrogen oxides become independent of the operating point of the internal combustion engine 10th and the position in the exhaust system 20th reached. This makes it possible to arrange the SCR catalytic converters at almost any position in the exhaust system.

BezugszeichenlisteReference list

1010th
VerbrennungsmotorInternal combustion engine
1212th
BrennraumCombustion chamber
1414
KraftstoffinjektorFuel injector
1616
AuslassOutlet
1818th
Abgasturbolader Exhaust gas turbocharger
2020th
AbgasanlageExhaust system
2222
AbgaskanalExhaust duct
2424th
Turbineturbine
2626
OxidationskatalysatorOxidation catalyst
2828
NOx-Speicherkatalysator NOx storage catalytic converter
3030th
erster SCR-Katalysatorfirst SCR catalytic converter
3232
PartikelfilterParticle filter
3434
SCR-BeschichtungSCR coating
3636
zweiter SCR-Katalysatorsecond SCR catalytic converter
3838
Sperrkatalysator Blocking catalyst
4040
erstes Dosierelementfirst dosing element
4242
zweites Dosierelementsecond dosing element
4444
erster Abgasmischerfirst exhaust mixer
4646
zweiter Abgasmischersecond exhaust mixer
4848
Temperatursensor Temperature sensor
5050
NOx-SensorNOx sensor
5252
ReduktionsmittelReducing agent
5454
Verzweigungbranch
5656
Niederdruck-AbgasrückführungLow pressure exhaust gas recirculation
5858
Brennerburner
6060
LuftversorgungssystemAir supply system
6262
Einlassinlet
6464
AnsaugkanalIntake duct
66 66
MotorsteuergerätEngine control unit
6868
Luftmassenmesser Air mass meter
7070
Verdichtercompressor
7272
LadeluftkühlerIntercooler
7474
EinmündungConfluence
7676
AbgasrückführungsleitungExhaust gas recirculation line
7878
Abgasrückführungskühler Exhaust gas recirculation cooler
8080
AbgasrückführungsventilExhaust gas recirculation valve
8282
Differenzdrucksensor Differential pressure sensor
9090
MotorsteuergerätEngine control unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102005013707 A1 [0004]DE 102005013707 A1 [0004]
  • DE 102016205182 A1 [0005]DE 102016205182 A1 [0005]
  • EP 1469173 B1 [0006]EP 1469173 B1 [0006]

Claims (15)

Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (10), umfassend eine Abgasanlage (20) mit einem Abgaskanal (22), in welchem mindestens zwei Abgasnachbehandlungskomponenten (30, 34, 36) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (30, 34, 36) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden und stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente (30, 34, 36) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein Brenner (58) vorgesehen ist, mit welchem das Abgas vor Eintritt in die zweite Abgasnachbehandlungskomponente (30, 34, 36) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden beheizbar ist.Exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine (10), comprising an exhaust gas system (20) with an exhaust gas duct (22) in which at least two exhaust gas aftertreatment components (30, 34, 36) are arranged for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides, characterized in that downstream of the first Exhaust gas aftertreatment component (30, 34, 36) for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides and upstream of the second exhaust gas aftertreatment component (30, 34, 36) for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides, a burner (58) is provided with which the exhaust gas before entering the second exhaust gas aftertreatment component (30, 34, 36) for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Abgasnachbehandlungskomponenten (30, 34, 36) als Partikelfilter (32) mit einer Beschichtung (34) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden und die jeweils andere Abgasnachbehandlungskomponente (30, 24, 36) als SCR-Katalysator (30, 36) ausgeführt sind.Exhaust aftertreatment system after Claim 1 , characterized in that one of the exhaust gas aftertreatment components (30, 34, 36) as a particle filter (32) with a coating (34) for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides and the respective other exhaust gas aftertreatment component (30, 24, 36) as an SCR catalyst ( 30, 36) are executed. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der beiden Abgasnachbehandlungskomponenten (30, 34, 36) ein Ammoniak-Sperrkatalysator (38) angeordnet ist.Exhaust aftertreatment system after Claim 1 or 2nd , characterized in that an ammonia blocking catalyst (38) is arranged downstream of the two exhaust gas aftertreatment components (30, 34, 36). Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (30, 34, 36) ein erstes Dosierelement (40) und der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente (30, 34, 36) ein zweites Dosierelement (42) zur Eindosierung eines Reduktionsmittels in den Abgaskanal (22) zugeordnet sind.Exhaust aftertreatment system according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the first exhaust gas aftertreatment component (30, 34, 36) is assigned a first metering element (40) and the second exhaust gas aftertreatment component (30, 34, 36) a second metering element (42) for metering a reducing agent into the exhaust gas duct (22) . Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem jeweiligen Dosierelement (40, 42) und der jeweiligen Abgasnachbehandlungskomponente (30, 34, 36) jeweils ein Abgasmischer (44, 46) angeordnet ist.Exhaust aftertreatment system after Claim 4 , characterized in that an exhaust gas mixer (44, 46) is arranged between the respective metering element (40, 42) and the respective exhaust gas aftertreatment component (30, 34, 36). Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (58) eine Leistung von mindestens 8 Kilowatt aufweist.Exhaust aftertreatment system according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the burner (58) has an output of at least 8 kilowatts. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (58) mit dem gleichen Kraftstoff wie der Verbrennungsmotor (10) betrieben wird.Exhaust aftertreatment system according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the burner (58) is operated with the same fuel as the internal combustion engine (10). Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Abgasnachbehandlungskomponente (30, 34, 36) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden als ein Partikelfilter (32) mit einer Beschichtung (34) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden und die zweite Abgasnachbehandlungskomponente (30, 34, 36) ein SCR-Katalysator sind.Exhaust aftertreatment system according to one of the Claims 1 to 7 , wherein the first exhaust gas aftertreatment component (30, 34, 36) for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides as a particle filter (32) with a coating (34) for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides and the second exhaust gas aftertreatment component (30, 34, 36) SCR catalyst are. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abgasnachbehandlungskomponenten (30, 34, 36) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein SCR-Katalysator (30) und die zweite Abgasnachbehandlungskomponente (30, 34, 36) ein Partikelfilter (32) mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ist.Exhaust aftertreatment system according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the first exhaust gas aftertreatment components (30, 34, 36) for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides an SCR catalyst (30) and the second exhaust gas aftertreatment component (30, 34, 36) a particle filter (32) with a coating for selective , catalytic reduction of nitrogen oxides. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Partikelfilters (32) an einer Verzweigung (54) eine Niederdruck-Abgasrückführung (56) aus dem Abgaskanal (22) abzweigt.Exhaust aftertreatment system after Claim 8 or 9 , characterized in that a low-pressure exhaust gas recirculation (56) branches off from the exhaust gas duct (22) at a branch (54) downstream of the particle filter (32). Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 8 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (58) stromabwärts des Partikelfilters (32) und stromabwärts der Verzweigung (54) sowie stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators (36) angeordnet ist.Exhaust aftertreatment system after Claim 8 and Claim 10 , characterized in that the burner (58) is arranged downstream of the particle filter (32) and downstream of the branch (54) and upstream of the second SCR catalytic converter (36). Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 8 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (58) stromabwärts des Partikelfilters (32) und stromaufwärts der Verzweigung (54) sowie stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators (36) angeordnet ist.Exhaust aftertreatment system after Claim 8 and Claim 10 , characterized in that the burner (58) is arranged downstream of the particle filter (32) and upstream of the branch (54) and upstream of the second SCR catalytic converter (36). Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (22) mindestens ein Temperatursensor (48), ein NOx-Sensor (50) und/oder ein Drucksensor angeordnet ist.Exhaust aftertreatment system according to one of the Claims 1 to 12th , characterized in that at least one temperature sensor (48), a NOx sensor (50) and / or a pressure sensor is arranged in the exhaust system (22). Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einem Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur (TEG) in der Abgasanlage (20) ermittelt wird, die ermittelte Temperatur (TEG) mit einer Schwellentemperatur (TS) vergleichen wird, und der Brenner (58) aktiviert wird, wenn die ermittelte Temperatur (TEG) unterhalb der Schwellentemperatur (TS) liegt.Method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (10) with an exhaust gas aftertreatment system according to one of the Claims 1 to 13 , characterized in that a temperature (T EG ) is determined in the exhaust system (20), the determined temperature (T EG ) is compared with a threshold temperature (T S ), and the burner (58) is activated when the determined temperature (T EG ) is below the threshold temperature (T S ). Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (58) wieder deaktiviert wird, wenn die ermittelte Temperatur (TEG) oberhalb einer Schwellentemperatur (TS) liegt.Exhaust gas aftertreatment process after Claim 14 , characterized in that the burner (58) is deactivated again when the determined temperature (T EG ) is above a threshold temperature (T S ).
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