DE102018132833A1 - Method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine and exhaust gas aftertreatment system - Google Patents

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

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10). Der Verbrennungsmotor (10) ist auslassseitig mit einer Abgasanlage (20) verbunden, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors (10) stromabwärts einer Turbine (24) eines Abgasturboladers (18) zumindest ein SCR-Katalysator (26) angeordnet ist. Stromabwärts der Turbine (24) und stromaufwärts des SCR-Katalysators (26) ist ein Dosierelement (32) vorgesehen, mit welchem ein Reduktionsmittel in den Abgaskanal (22) eindosiert werden kann. Dabei ist ein Bypass (40) für den SCR-Katalysator (26) vorgesehen, um in Betriebszuständen, bei denen ein Austrag von in dem SCR-Katalysator (26) eingespeichertem Ammoniak zu befürchten ist, der Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) zumindest anteilig durch den Bypass (40) geleitet wird, um eine thermische Zersetzung des Ammoniaks oder einen Ammoniakaustrag aus dem SCR-Katalysator (26) zu verhindern.Die Erfindung betrifft ferner Abgasnachbehandlungssystem zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (10). The internal combustion engine (10) is connected on the outlet side to an exhaust system (20), in which at least one SCR catalytic converter (26) is arranged downstream of a turbine (24) of an exhaust gas turbocharger (18) in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine (10). A metering element (32) is provided downstream of the turbine (24) and upstream of the SCR catalytic converter (26), with which a reducing agent can be metered into the exhaust gas duct (22). A bypass (40) is provided for the SCR catalytic converter (26) so that the exhaust gas flow of the internal combustion engine (10) is at least partially through in operating states in which there is a risk of discharge of ammonia stored in the SCR catalytic converter (26) the bypass (40) is passed to prevent thermal decomposition of the ammonia or ammonia discharge from the SCR catalyst (26). The invention further relates to exhaust gas aftertreatment system for performing such a method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors sowie ein Abgasnachbehandlungssystem zur Durchführung eines solchen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.The invention relates to a method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine and an exhaust gas aftertreatment system for carrying out such a method according to the preamble of the independent claim.

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 is carried out 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 duct. A commercially available, aqueous urea solution generally consists of 32.5% urea and 67.5% water.

Aus der DE 195 29 835 A1 ist ein Ottomotor mit einem Abgasnachbehandlungssystem bekannt. Dabei ist in der Abgasanlage stromaufwärts eines Drei-Wege-Katalysators ein SCR-Katalysator angeordnet, wobei für den SCR-Katalysator ein Bypass vorgesehen ist, in welchem ein Startkatalysator angeordnet ist. Durch den Startkatalysator im Bypass kann unmittelbar nach einem Kaltstart ein Katalysator auf seine Betriebstemperatur aufgeheizt werden, um kurz nach dem Kaltstart eine effiziente Abgasnachbehandlung des Ottomotors zu ermöglichen. Im weiteren Betrieb erfolgt durch den SCR-Katalysator eine besonders effiziente Konvertierung der Stickoxide, wenn der Ottomotor in einem Magerbetrieb gefahren wird und somit kein Reduktionsmittel für eine Reduzierung der Stickoxide durch den Drei-Wege-Katalysator vorliegt.From the DE 195 29 835 A1 a gasoline engine with an exhaust gas aftertreatment system is known. An SCR catalytic converter is arranged upstream of a three-way catalytic converter in the exhaust gas system, a bypass being provided for the SCR catalytic converter, in which a starting catalytic converter is arranged. The catalytic converter in the bypass enables a catalytic converter to be heated to its operating temperature immediately after a cold start, in order to enable efficient exhaust gas aftertreatment of the gasoline engine shortly after the cold start. During further operation, the SCR catalytic converter converts the nitrogen oxides particularly efficiently if the gasoline engine is operated in a lean mode and there is therefore no reducing agent for reducing the nitrogen oxides through the three-way catalytic converter.

Aus der DE 10 2005 015 479 A1 ist ein Verbrennungsmotor bekannt, welcher als selbstzündender Dieselmotor ausgeführt ist. Dabei sind in der Abgasanlage in Strömungsrichtung eines Abgases durch die Abgasanlage ein Oxidationskatalysator, stromabwärts des Oxidationskatalysators ein Partikelfilter und weiter stromabwärts ein SCR-Katalysator angeordnet. Um ein Überhitzen des SCR-Katalysators zu vermeiden und zu verhindern, dass die im SCR-Katalysator zurückgehaltenen Stickoxide thermisch dissipieren, ist ein Bypass für den SCR-Katalysator vorgesehen, um besonders heißes Abgas, insbesondere während einer Regeneration des Partikelfilters, an dem SCR-Katalysator vorbeizuleiten. Alternativ ist ein Kühlluftsystem vorgesehen, mit welchem der SCR-Katalysator extern gekühlt wird, um eine thermische Dissipation der Stickoxide zu verhindern.From the DE 10 2005 015 479 A1 an internal combustion engine is known, which is designed as a self-igniting diesel engine. An oxidation catalytic converter is arranged in the exhaust gas system in the flow direction of an exhaust gas through the exhaust gas system, a particle filter downstream of the oxidation catalytic converter and an SCR catalytic converter further downstream. In order to prevent the SCR catalytic converter from overheating and to prevent the nitrogen oxides retained in the SCR catalytic converter from thermally dissipating, a bypass is provided for the SCR catalytic converter in order to remove particularly hot exhaust gas from the SCR catalytic converter, in particular during regeneration of the particle filter. Guide catalyst over. Alternatively, a cooling air system is provided with which the SCR catalytic converter is cooled externally in order to prevent thermal dissipation of the nitrogen oxides.

Die EP 2 055 909 A1 offenbart einen Verbrennungsmotor mit einem Abgassystem. Dabei ist der Verbrennungsmotor als Ottomotor ausgeführt, welcher in einem Schichtladebetrieb mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben werden kann. In der Abgasanlage ist ein SCR-Katalysator stromaufwärts eines Drei-Wege-Katalysators angeordnet. Dabei ist ein Bypass für den SCR-Katalysator vorgesehen. In einem Schichtladebetrieb wird das Abgas durch den SCR-Katalysator geleitet. In einem stöchiometrischen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors wird das Abgas durch den Bypass geleitet, wobei eine Reduktion der Stickoxide durch den Drei-Wege-Katalysator erfolgt.The EP 2 055 909 A1 discloses an internal combustion engine with an exhaust system. The internal combustion engine is designed as a gasoline engine, which can be operated in a stratified charge mode with an over-stoichiometric combustion air ratio. An SCR catalytic converter is arranged upstream of a three-way catalytic converter in the exhaust system. A bypass is provided for the SCR catalytic converter. In stratified charge mode, the exhaust gas is passed through the SCR catalytic converter. At a stoichiometric operating point of the internal combustion engine, the exhaust gas is passed through the bypass, the nitrogen oxides being reduced by the three-way catalytic converter.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem Abgasnachbehandlungssystem mit einem SCR-Katalysator einen Austrag von Ammoniak aus dem SCR-Katalysator zu vermeiden und somit das vollständige Katalysatorvolumen zur Konvertierung von Stickoxiden nutzen zu können.The invention is based on the object of preventing the discharge of ammonia from the SCR catalytic converter in an exhaust gas aftertreatment system with an SCR catalytic converter and thus being able to use the complete catalytic converter volume to convert nitrogen oxides.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors, welcher mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage verbunden ist, gelöst, wobei in der Abgasanlage stromabwärts einer Turbine eines Abgasturboladers zumindest ein SCR-Katalysator mit einem dem SCR-Katalysator in Strömungsrichtung eines Abgases durch einen Abgaskanal der Abgasanlage nachgeschalteten Sperrkatalysator angeordnet ist. Dabei umfasst die Abgasanlage ein Dosierelement, mit welchem ein Reduktionsmittel stromaufwärts des SCR-Katalysators in den Abgaskanal eindosiert werden kann. Ferner weist die Abgasanlage einen Bypass auf, mit welchem das Abgas des Verbrennungsmotors an dem SCR-Katalysator vorbeigeleitet werden kann. Das Verfahren umfassend folgende Schritte:

  • - Eindosieren eines Reduktionsmittels in den Abgaskanal des Verbrennungsmotors, wobei der Bypass verschlossen ist und der Abgasstrom des Verbrennungsmotors durch den Abgaskanal geleitet wird, wobei der SCR-Katalysator mit Ammoniak beladen wird,
  • - Ermitteln eines Beladungszustandes der Ammoniak-Beladung des SCR-Katalysators,
  • - Umschalten auf einen Bypassbetrieb, wenn der Verbrennungsmotor in einem Betriebszustand betrieben wird, bei welchem ein Ammoniakdurchbruch durch den SCR-Katalysator oder einem dem SCR-Katalysator nachgeschalteten weiteren SCR-Katalysator zu erwarten ist.
According to the invention, this object is achieved by a method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine, the outlet of which is connected to an exhaust gas system, wherein in the exhaust gas system downstream of a turbine of an exhaust gas turbocharger at least one SCR catalyst with one of the SCR catalysts in the flow direction of an exhaust gas through a Exhaust gas duct of the exhaust system is arranged downstream blocking catalyst. The exhaust system comprises a metering element with which a reducing agent can be metered upstream of the SCR catalytic converter into the exhaust duct. Furthermore, the exhaust system has a bypass with which the exhaust gas of the internal combustion engine can be directed past the SCR catalytic converter. The process comprises the following steps:
  • - Dosing a reducing agent into the exhaust duct of the internal combustion engine, the bypass being closed and the exhaust gas flow of the internal combustion engine through the Exhaust duct is passed, the SCR catalyst is loaded with ammonia,
  • Determining a loading state of the ammonia loading of the SCR catalyst,
  • - Switching to bypass operation when the internal combustion engine is operated in an operating state in which ammonia breakthrough through the SCR catalytic converter or another SCR catalytic converter connected downstream of the SCR catalytic converter is to be expected.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren ermöglicht es, den SCR-Katalysator vollständig mit Ammoniak zu beladen und dabei einen Anstieg der Endrohr-Emissionen zu vermeiden. Dabei wird ein Austrag von Ammoniak aus dem SCR-Katalysator durch die Abgasstromführung des Verbrennungsmotors vollständig vermieden. Sollte es dennoch zu einem Austrag von Ammoniak aus dem SCR-Katalysator kommen, so kann das Ammoniak durch den Oxidationskatalysator oxidiert werden und gelangt nicht als Endrohremission in die Umwelt.A method according to the invention makes it possible to fully load the SCR catalytic converter with ammonia and to avoid an increase in tailpipe emissions. A discharge of ammonia from the SCR catalytic converter through the exhaust gas flow guidance of the internal combustion engine is completely avoided. If ammonia is nevertheless discharged from the SCR catalytic converter, the ammonia can be oxidized by the oxidation catalytic converter and does not end up in the environment as tailpipe emissions.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und nicht triviale Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch aufgeführten Verfahrens zur Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors möglich.The features listed in the dependent claims enable advantageous improvements and non-trivial further developments of the method for exhaust gas aftertreatment of the internal combustion engine listed in the independent claim.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Abgasstroms durch den SCR-Katalysator durch ein Steuerelement in dem Bypass gesteuert oder geregelt wird. Durch ein Steuerelement im Bypass ist eine einfache, betriebssichere und kostengünstige Aufteilung des Abgasstroms auf den Abgaskanal und den Bypass möglich. Der Bypass weist einen geringeren Strömungswiderstand gegenüber dem SCR-Katalysator auf, sodass ein nennenswerter Teil des Abgasstroms durch den Bypass geleitet wird. Somit kann insbesondere die Abgasmenge und die Geschwindigkeit des Abgasstroms durch den SCR-Katalysator gesteuert werden, um eine bestmögliche Konvertierung der Schadstoffe zu erreichen. Alternativ kann das Steuerelement auch an einer Verzweigung, an welcher der Bypass aus dem Abgaskanal abzweigt oder an einer Einmündung, an welcher der Bypass wieder in den Abgaskanal einmündet, angeordnet sein. Durch ein Steuerelement, insbesondere eine Abgasklappe an der Verzweigung kann der Abgasstrom unabhängig vom Strömungswiderstand des Abgaskanals und des Bypasses variiert werden. Zusätzlich ist dabei das Steuerelement stromaufwärts des Dosierelements angeordnet, um unkontrollierte Turbulenzen unmittelbar vor dem SCR-Katalysator zu vermeiden. Weiterhin besteht durch ein Steuerelement an der Verzweigung die Möglichkeit den Abgasstrom über den SCR-Katalysator so weit zu reduzieren, dass durch Konvektion und Wärmestrahlung der Teilstrom auf den zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden notwendigen Temperaturbereich, vorzugsweise auf eine Temperatur von weniger als 450°C am Eintritt in den SCR-Katalysator, herunterzukühlen.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the flow rate of the exhaust gas flow through the SCR catalytic converter is controlled or regulated by a control element in the bypass. A control element in the bypass enables simple, reliable and cost-effective distribution of the exhaust gas flow between the exhaust duct and the bypass. The bypass has a lower flow resistance than the SCR catalytic converter, so that a significant part of the exhaust gas flow is passed through the bypass. In particular, the amount of exhaust gas and the speed of the exhaust gas flow can thus be controlled by the SCR catalytic converter in order to achieve the best possible conversion of the pollutants. Alternatively, the control element can also be arranged on a branch at which the bypass branches off from the exhaust gas duct or at a junction at which the bypass re-opens into the exhaust gas duct. By means of a control element, in particular an exhaust gas flap on the branching, the exhaust gas flow can be varied independently of the flow resistance of the exhaust gas duct and the bypass. In addition, the control element is arranged upstream of the metering element in order to avoid uncontrolled turbulence immediately upstream of the SCR catalytic converter. Furthermore, a control element on the branching makes it possible to reduce the exhaust gas flow via the SCR catalytic converter to such an extent that, by convection and heat radiation, the partial flow reaches the temperature range required for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides, preferably to a temperature of less than 450 ° C. at the entrance to the SCR catalyst to cool down.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Steuerelement an der Verzweigung von dem Abgaskanal und dem Bypass stromaufwärts des SCR-Katalysators oder an der Zusammenführung von Bypass und Abgaskanal stromabwärts des SCR-Katalysator angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich der Abgasstrom über den SCR-Katalysator beliebig bis auf ein Minimum reduzieren.In a further embodiment of the invention, it is advantageously provided that the control element is arranged at the branching of the exhaust gas duct and the bypass upstream of the SCR catalytic converter or at the junction of the bypass and exhaust gas duct downstream of the SCR catalytic converter. In this way, the exhaust gas flow can be reduced to a minimum via the SCR catalytic converter.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Umschalten auf den Bypassbetrieb erfolgt, wenn eine Regeneration eines im Abgaskanal des Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilters durchgeführt wird. Eine Regeneration des Partikelfilters führt zu einem Anstieg der Abgastemperatur, dabei sind zur Regeneration des Partikelfilters Abgastemperaturen von mehr als 600°C sowie das Vorliegen von Sauerstoff im Abgas Voraussetzungen, um die im Partikelfilter zurückgehaltenen Rußpartikel oxidieren zu können. Bei diesen Abgastemperaturen ist eine effiziente Abgasnachbehandlung der Stickoxidemissionen durch den SCR-Katalysator nicht mehr möglich, da Ammoniak oberhalb von etwa 450°C thermisch zersetzt wird. Daher ist es gerade bei einer Regeneration des Partikelfilters sinnvoll, zumindest eine Teilmenge des Abgasstroms durch den Bypass zu führen, um den SCR-Katalysator im für die Konvertierung von Stickoxiden optimalen Temperaturbereich betreiben zu können. Dazu ist der Abzweig in den Bypass mindestens 5cm, besser 10cm, idealerweise 15cm vor dem Dosierventil angeordnet, damit das Abgas aufgrund von Konvektion und Wärmestrahlung in den gewünschten Temperaturbereich heruntergekühlt wird.In an advantageous embodiment of the method it is provided that the switchover to the bypass operation takes place when a particle filter arranged in the exhaust gas duct of the internal combustion engine is regenerated. Regeneration of the particulate filter leads to an increase in the exhaust gas temperature. In order to regenerate the particulate filter, exhaust gas temperatures of more than 600 ° C. and the presence of oxygen in the exhaust gas are prerequisites in order to be able to oxidize the soot particles retained in the particulate filter. At these exhaust gas temperatures, an efficient exhaust gas aftertreatment of the nitrogen oxide emissions by the SCR catalytic converter is no longer possible, since ammonia is thermally decomposed above approximately 450 ° C. Therefore, it makes sense, particularly when the particle filter is being regenerated, to pass at least a portion of the exhaust gas flow through the bypass in order to be able to operate the SCR catalytic converter in the optimum temperature range for converting nitrogen oxides. For this purpose, the branch in the bypass is arranged at least 5 cm, better 10 cm, ideally 15 cm in front of the metering valve, so that the exhaust gas is cooled down to the desired temperature range due to convection and heat radiation.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Strömungsgeschwindigkeit durch den SCR-Katalysator reduziert wird, um einen AmmoniakAustrag aus dem SCR-Katalysator zu verhindern und die Verweildauer des Abgases beim Durchströmen des SCR-Katalysators zu erhöhen. Durch eine verringerte Strömungsgeschwindigkeit erhöht sich die Verweildauer des Abgases im SCR-Katalysator, wodurch die Konvertierungsrate der Stickoxid-Emissionen erhöht wird.In a preferred embodiment of the method it is provided that the flow rate through the SCR catalytic converter is reduced in order to prevent ammonia discharge from the SCR catalytic converter and to increase the residence time of the exhaust gas as it flows through the SCR catalytic converter. A reduced flow rate increases the duration of the exhaust gas in the SCR catalytic converter, which increases the conversion rate of the nitrogen oxide emissions.

In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Temperatur des SCR-Katalysators unter einer definierten Schwellentemperatur gehalten wird, um eine thermische Zersetzung des im SCR-Katalysator zurückgehaltenen Ammoniaks zu verhindern. Dazu ist die Verzweigung von Abgaskanal und Bypass mindestens 5cm, besser 10cm, idealerweise 15cm vor dem Dosierventil angeordnet, damit das Abgas aufgrund von Konvektion und Wärmestrahlung in den gewünschten Temperaturbereich heruntergekühlt wird.In an alternative embodiment of the method it is provided that the temperature of the SCR catalytic converter is kept below a defined threshold temperature in order to prevent thermal decomposition of the ammonia retained in the SCR catalytic converter. This is the branching of the exhaust duct and bypass at least 5cm, better 10cm, ideally 15cm in front of the metering valve, so that the exhaust gas is cooled down to the desired temperature range due to convection and heat radiation.

Erfindungsgemäß wird ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, welcher mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage verbunden ist, vorgeschlagen, wobei in der Abgasanlage stromabwärts einer Turbine eines Abgasturboladers zumindest ein SCR-Katalysator mit einem dem SCR-Katalysator in Strömungsrichtung eines Abgases durch einen Abgaskanal der Abgasanlage nachgeschalteten Sperrkatalysator angeordnet ist. Dabei umfasst die Abgasanlage ein Dosierelement, mit welchem ein Reduktionsmittel stromaufwärts des SCR-Katalysators in den Abgaskanal eindosierbar ist. Ferner weist die Abgasanlage einen Bypass auf, welcher einen Abgasstrom des Verbrennungsmotors an dem SCR-Katalysator vorbeileiten kann. Der Verbrennungsmotor ist mit einem Motorsteuergerät verbunden, welches dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Abgasnachbehandlung durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Motorsteuergerät ausgeführt wird.According to the invention, an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine, which is connected with its outlet to an exhaust gas system, is proposed, wherein in the exhaust gas system downstream of a turbine of an exhaust gas turbocharger at least one SCR catalytic converter with an SCR catalytic converter downstream of an exhaust gas through an exhaust gas duct of the exhaust gas system Locking catalyst is arranged. The exhaust system comprises a metering element with which a reducing agent can be metered into the exhaust duct upstream of the SCR catalytic converter. Furthermore, the exhaust system has a bypass, which can bypass an exhaust gas flow of the internal combustion engine past the SCR catalytic converter. The internal combustion engine is connected to an engine control unit, which is set up to carry out an inventive method for exhaust gas aftertreatment when a machine-readable program code is executed by the engine control unit.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der Sperrkatalysator einen Oxidationskatalysator umfasst. Durch einen Oxidationskatalysator können Schadstoffemissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC), Kohlenmonoxid (CO) und von Ammoniak konvertiert werden, sodass diese nicht als Endrohremissionen an die Umwelt emittiert werden.In a preferred embodiment of the exhaust gas aftertreatment system, it is provided that the blocking catalytic converter comprises an oxidation catalytic converter. An oxidation catalytic converter can convert pollutant emissions from unburned hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO) and ammonia so that they are not emitted to the environment as tailpipe emissions.

Alternativ oder zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Sperrkatalysator einen weiteren SCR-Katalysator umfasst. Durch einen zusätzlichen Sperrkatalysator ist eine Ammoniakbeladung des SCR-Katalysators bis an seine Speichergrenze besonders einfach zu realisieren. Dabei wird überschüssiges Ammoniak in den zweiten SCR-Katalysator eingelagert und kann dort zu selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden genutzt werden. Gleichzeitig wird die Menge an eindosiertem Reduktionsmittel verringert, um die eingebrachte Menge an Reduktionsmittel an den zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden notwendigen Ammoniakbedarf anpassen zu können.Alternatively or additionally, it is advantageously provided that the blocking catalytic converter comprises a further SCR catalytic converter. An additional barrier catalytic converter makes it particularly easy to load the SCR catalytic converter up to its storage limit. Excess ammonia is stored in the second SCR catalytic converter and can be used there for selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. At the same time, the amount of reducing agent metered in is reduced in order to be able to adapt the amount of reducing agent introduced to the ammonia requirement required for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass das Steuerelement in dem Bypass, an der Verzweigung des Bypasses aus dem Abgaskanal oder an der Einmündung des Bypasses in den Abgaskanal als eine elektrisch schaltbare Abgasklappe ausgeführt ist. Durch eine elektrische Abgasklappe kann auf einfache und betriebssichere Art und Weise eine Aufteilung des Abgasstroms des Verbrennungsmotors auf den Abgaskanal und den Bypass erfolgen. Ferner kann damit die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch den SCR-Katalysator verringert werden, um die Konvertierungsleitung des SCR-Katalysators zu erhöhen und/oder einen Austrag von Ammoniak zu vermeiden.In a preferred embodiment of the exhaust gas aftertreatment system, it is provided that the control element in the bypass, at the branching of the bypass from the exhaust duct or at the confluence of the bypass with the exhaust duct is designed as an electrically switchable exhaust flap. An electrical exhaust flap allows the exhaust gas flow of the internal combustion engine to be divided into the exhaust duct and the bypass in a simple and reliable manner. Furthermore, the flow rate of the exhaust gas through the SCR catalytic converter can thus be reduced in order to increase the conversion line of the SCR catalytic converter and / or to avoid the discharge of ammonia.

In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass stromabwärts des Dosierelements und stromaufwärts des SCR-Katalysators ein Abgasmischer in dem Abgaskanal angeordnet ist. Durch einen Abgasmischer kann eine homogene Verteilung des Reduktionsmittels im Abgasstrom vor Eintritt in den SCR-Katalysator erreicht werden. Dabei kann durch den Abgasmischer die Länge der Mischstrecke verkürzt werden, um eine solche homogene Verteilung zu erreichen. Dadurch kann der SCR-Katalysator näher am Auslass des Verbrennungsmotors angeordnet werden, wodurch ein Aufheizen des SCR-Katalysators nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors begünstigt wird.In a further improvement of the invention it is provided that an exhaust gas mixer is arranged in the exhaust gas duct downstream of the metering element and upstream of the SCR catalytic converter. An exhaust gas mixer can achieve a homogeneous distribution of the reducing agent in the exhaust gas stream before it enters the SCR catalytic converter. The length of the mixing section can be shortened by the exhaust gas mixer in order to achieve such a homogeneous distribution. As a result, the SCR catalytic converter can be arranged closer to the outlet of the internal combustion engine, which promotes heating of the SCR catalytic converter after a cold start of the internal combustion engine.

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

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 den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:

  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem;
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem, wobei einem SCR-Katalysator ein Oxidationskatalysator als Sperrkatalysator nachgeschaltet ist;
  • 3 ein drittes Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem, wobei dem SCR-Katalysator ein weiterer SCR-Katalysator als Sperrkatalysator nachgeschaltet ist;
  • 4 ein viertes Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem, wobei der Bypass stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators wieder in den Abgaskanal einmündet;
  • 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem mit einem SCR-Katalysator und zwei Sperrkatalysatoren ;
  • 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem, wobei der Bypass stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators und stromaufwärts des Oxidationskatalysators wieder in den Abgaskanal einmündet;
  • 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem, wobei der Bypass stromabwärts sämtlicher Katalysatoren wieder in den Abgaskanal einmündet,
  • 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem, wobei das Steuerelement an der Verzweigung von Abgaskanal und Bypass angeordnet ist, und
  • 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem, wobei das Steuerelement an der Einmündung des Bypasses in den Abgaskanal angeordnet ist.
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 numbers. Show it:
  • 1 a first embodiment for an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system according to the invention;
  • 2nd a second embodiment of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system according to the invention, an SCR catalytic converter being followed by an oxidation catalytic converter as a blocking catalytic converter;
  • 3rd a third exemplary embodiment of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system according to the invention, the SCR catalytic converter being followed by a further SCR catalytic converter as a blocking catalytic converter;
  • 4th a fourth embodiment of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system according to the invention, the bypass downstream of the second SCR catalytic converter again opening into the exhaust gas duct;
  • 5 a further embodiment for an exhaust gas aftertreatment system according to the invention with an SCR catalytic converter and two blocking catalytic converters;
  • 6 a further exemplary embodiment of an exhaust gas aftertreatment system according to the invention, the bypass opening again downstream of the second SCR catalytic converter and upstream of the oxidation catalytic converter into the exhaust gas duct;
  • 7 a further exemplary embodiment of an exhaust gas aftertreatment system according to the invention, the bypass downstream of all the catalysts again opening into the exhaust gas duct,
  • 8th a further exemplary embodiment of an exhaust gas aftertreatment system according to the invention, the control element being arranged at the branching of the exhaust gas duct and bypass, and
  • 9 a further exemplary embodiment of an exhaust gas aftertreatment system according to the invention, the control element being arranged at the confluence of the bypass and the exhaust gas duct.

1 zeigt die schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 10, welcher mit seinem Auslass 16 mit einer Abgasanlage 20 verbunden ist. 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 kann ferner eine Hochdruck-Abgasrückführung umfassen, über welche ein Abgas des Verbrennungsmotors 10 von dem Auslass 16 zu einem Einlass des Verbrennungsmotors 10 zurückgeführt werden kann. An den Brennräumen 12 sind Einlassventile und Auslassventile angeordnet, mit welchen eine fluidische Verbindung vom Ansaugtrakt 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 10 which with its outlet 16 with an exhaust system 20 connected is. The internal combustion engine 10 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 10 may further comprise a high-pressure exhaust gas recirculation, via which an exhaust gas of the internal combustion engine 10 from the outlet 16 to an inlet of the internal combustion engine 10 can be traced back. At the combustion chambers 12th Inlet valves and outlet valves are arranged with which a fluidic connection from the intake tract to the combustion chambers 12th or from the combustion chambers 12th to the exhaust system 20 can be opened or closed.

Die Abgasanlage 20 umfasst einen Abgaskanal 22, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch den Abgaskanal 22 eine Turbine 24 eines Abgasturboladers 18 und stromabwärts der Turbine 24 als erste Komponente der Abgasnachbehandlung ein SCR-Katalysator 26 angeordnet sind. 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 des Abgasturboladers 18 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 26 ist ein Dosierelement 32 angeordnet, mit welchem ein Reduktionsmittel, insbesondere wässrige Harnstofflösung, in den Abgaskanal 22 eindosiert werden kann. Dem Dosierelement 32 ist ein Abgasmischer 34 nachgeschaltet, um eine bessere Durchmischung des Reduktionsmittels und des Abgases vor dem Eintritt in den SCR-Katalysator zu erreichen. Aus der wässrigen Harnstofflösung wird Ammoniak gewonnen, mit welchem die Stickoxide in molekularen Stickstoff reduziert werden. Stromabwärts des SCR-Katalysators 26 ist ein Oxidationskatalysator 28 angeordnet, welcher in Bezug auf das im SCR-Katalysator 26 eingelagerte Ammoniak als Sperrkatalysator fungiert. Stromabwärts der Turbine 24 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 26 weist der Abgaskanal 22 eine Verzweigung 36 auf, an welcher ein Bypass 40 aus dem Abgaskanal 22 abzweigt. Der Bypass 40 umgeht den SCR-Katalysator 26 und führt stromabwärts des SCR-Katalysators 26 und stromaufwärts des Oxidationskatalysators 28 an einer Einmündung 38 wieder zurück in den Abgaskanal 22. In dem Bypass 40 ist ein Steuerelement 42, insbesondere eine Abgasklappe 44 vorgesehen, mit welchem der Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 wahlweise durch den Abgaskanal 22 oder durch den Bypass 40 geführt werden kann. Eine Aufteilung des Abgasstroms auf beide Kanäle 22, 40 ist ebenfalls möglich. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Motorsteuergerät 50 verbunden, über welches die Einspritzung des Kraftstoffes in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10, die Eindosierung des Reduktionsmittels in den Abgaskanal 22 sowie die Stellung des Steuerelementes 42 gesteuert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Abgasstrom durch den SCR-Katalysator 26 mithilfe des Steuerelements 42 im Bypass 40 so eingestellt, dass ein Austragen von Ammoniak aus dem SCR-Katalysator 26 vermieden wird. Durch ein Einleiten des Abgasstroms bei einem Bypassbetrieb stromaufwärts des Oxidationskatalysators 28 können unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenstoffmonoxid (CO) und Ammoniak-Bestandteile im Abgas oxidiert werden, wodurch die Endrohremissionen minimiert werden.The exhaust system 20 includes an exhaust duct 22 , in which in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine 10 through the exhaust duct 22 a turbine 24th of an exhaust gas turbocharger 18th and downstream of the turbine 24th an SCR catalytic converter as the first component of exhaust gas aftertreatment 26 are arranged. 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 blades connected upstream, through which the flow of the exhaust gas onto the blades of the turbine 24th can be varied. Downstream of the turbine 24th of the exhaust gas turbocharger 18th and upstream of the SCR catalyst 26 is a dosing element 32 arranged with which a reducing agent, in particular aqueous urea solution, into the exhaust duct 22 can be dosed. The dosing element 32 is an exhaust gas mixer 34 downstream to achieve better mixing of the reducing agent and the exhaust gas before entering the SCR catalytic converter. Ammonia is obtained from the aqueous urea solution, with which the nitrogen oxides are reduced to molecular nitrogen. Downstream of the SCR catalytic converter 26 is an oxidation catalyst 28 arranged, which in relation to that in the SCR catalytic converter 26 stored ammonia acts as a blocking catalyst. Downstream of the turbine 24th and upstream of the SCR catalyst 26 points the exhaust duct 22 a branch 36 on which a bypass 40 from the exhaust duct 22 branches. The bypass 40 bypasses the SCR catalyst 26 and leads downstream of the SCR catalyst 26 and upstream of the oxidation catalyst 28 at a confluence 38 back into the exhaust duct 22 . In the bypass 40 is a control 42 , in particular an exhaust flap 44 provided with which the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10 optionally through the exhaust duct 22 or through the bypass 40 can be performed. A distribution of the exhaust gas flow over both channels 22 , 40 is also possible. The internal combustion engine 10 is with an engine control unit 50 connected, via which the fuel is injected into the combustion chambers 12th of the internal combustion engine 10 , the metering of the reducing agent into the exhaust duct 22 as well as the position of the control element 42 is controlled. In this embodiment, the exhaust gas flow through the SCR catalyst 26 using the control 42 in the bypass 40 set so that ammonia is discharged from the SCR catalytic converter 26 is avoided. By introducing the exhaust gas stream in a bypass operation upstream of the oxidation catalytic converter 28 unburned hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO) and ammonia components in the exhaust gas can be oxidized, thereby minimizing tailpipe emissions.

In 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor 10 mit einer Abgasanlage 20 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 ausgeführt, mündet in diesem Ausführungsbeispiel der Bypass 40 erst stromabwärts des Oxidationskatalysators 28 wieder in den Abgaskanal 22, sodass der Oxidationskatalysator 28 in einem Bypassbetrieb ebenfalls nicht von dem Abgas des Verbrennungsmotors 10 durchströmt wird.In 2nd is an alternative embodiment for an internal combustion engine 10 with an exhaust system 20 shown. With essentially the same structure as for 1 executed, the bypass opens in this embodiment 40 only downstream of the oxidation catalyst 28 back into the exhaust duct 22 , so the oxidation catalyst 28 also in a bypass operation not from the exhaust gas of the internal combustion engine 10 is flowed through.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor 10 mit einer Abgasanlage 20. Bei ansonsten gleichem Aufbau wie zu 1 ausgeführt, ist in diesem Ausführungsbeispiel anstelle des Oxidationskatalysators 28 ein weiterer SCR-Katalysator 30 als Sperrkatalysator für aus dem ersten SCR-Katalysator 26 freigesetztes Ammoniak vorgesehen. Dabei ist vorzugsweise einer der SCR-Katalysatoren 26, 30 als eine Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden auf einem Partikelfilter ausgeführt, um zusätzlich zur Reduktion der Stickoxid-Emissionen auch die Rußpartikel aus dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 entfernen zu können. 3rd shows a further embodiment for an internal combustion engine 10 with an exhaust system 20 . With otherwise the same structure as for 1 is carried out in this embodiment instead of the oxidation catalyst 28 another SCR catalyst 30th as a blocking catalyst for the first SCR catalyst 26 released ammonia provided. There is preferably one of the SCR catalysts 26 , 30th as a coating for selective, catalytic reduction of nitrogen oxides carried out on a particle filter in order to reduce the nitrogen oxide emissions as well as the soot particles from the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10 to be able to remove.

In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor 10 mit einer Abgasanlage 20 dargestellt. Bei ansonsten gleichem Aufbau wie zu 3 ausgeführt, befindet sich die Einmündung 38 für den Bypass 40 in den Abgaskanal 22 bei diesem Ausführungsbeispiel stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators 30.In 4th is another embodiment of an internal combustion engine 10 with an exhaust system 20 shown. With otherwise the same structure as for 3rd the junction is located 38 for the bypass 40 in the exhaust duct 22 in this embodiment, downstream of the second SCR catalytic converter 30th .

Durch die in 3 und 4 dargestellten Ausführungsvarianten kann der Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 mithilfe des Steuerelements 42 im Bypass 40 so eingestellt werden, dass das aus dem ersten SCR-Katalysator 26 ausgetragene Ammoniak (NH3) im zweiten SCR-Katalysator zur Reduzierung der Stickoxid-Emissionen genutzt werden kann, ohne dass ein Ammoniak-Durchbruch durch das Abgasnachbehandlungssystem erfolgt. Die Variante gemäß dem Ausführungsbeispiel in 3 wird dabei bevorzugt, da die Stickoxid-Emissionen, die durch den Bypass 40 gelangen, im zweiten SCR-Katalysator 30 mithilfe des definiert ausgetragenen Ammoniaks reduziert werden können.By in 3rd and 4th The embodiment variants shown can be the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10 using the control 42 in the bypass 40 be set so that from the first SCR catalytic converter 26 discharged ammonia (NH3) in the second SCR catalytic converter can be used to reduce nitrogen oxide emissions without ammonia breakthrough through the exhaust gas aftertreatment system. The variant according to the embodiment in 3rd is preferred because the nitrogen oxide emissions caused by the bypass 40 arrive in the second SCR catalytic converter 30th with the help of the defined discharge of ammonia.

5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Abgasanlage 20 stromabwärts einer Turbine eines Abgasturboladers. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 und 3 ausgeführt, sind in diesem Ausführungsbeispiel stromabwärts der Einmündung 38 des Bypasses 40 sowohl ein weiterer SCR-Katalysator 30 als auch ein Oxidationskatalysator 28 in dem Abgaskanal 22 angeordnet. 5 shows an embodiment of an exhaust system 20 downstream of a turbine of an exhaust gas turbocharger. With essentially the same structure as for 1 and 3rd are in this embodiment downstream of the junction 38 of the bypass 40 both another SCR catalyst 30th as well as an oxidation catalyst 28 in the exhaust duct 22 arranged.

6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine solche Abgasanlage 20. Bei ansonsten gleichem Aufbau wie zu 5 ausgeführt, mündet der Bypass 40 in diesem Ausführungsbeispiel stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators 30 und stromaufwärts des Oxidationskatalysators 28 wieder in den Abgaskanal 22. Dies hat den Vorteil, dass der Oxidationskatalysator 28 in allen Betriebszuständen der Abgasanlage 20 vom Abgas des Verbrennungsmotors 10 durchströmt wird, jedoch der Strömungswiderstand gegenüber dem Ausführungsbeispiel in 5 bei einem Bypassbetrieb reduziert ist. 6 shows another embodiment of such an exhaust system 20 . With otherwise the same structure as for 5 executed, the bypass opens 40 in this embodiment, downstream of the second SCR catalytic converter 30th and upstream of the oxidation catalyst 28 back into the exhaust duct 22 . This has the advantage that the oxidation catalyst 28 in all operating states of the exhaust system 20 from the exhaust gas of the internal combustion engine 10 is flowed through, but the flow resistance compared to the embodiment in 5 is reduced in a bypass operation.

In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Abgasanlage 20 für einen Verbrennungsmotor 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 5 und 6 ausgeführt, befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel die Einmündung 38 für den Bypass 40 stromabwärts sämtlicher Katalysatoren 26, 28, 30, also stromabwärts des Oxidationskatalysators 28.In 7 is another embodiment of an exhaust system 20 for an internal combustion engine 10 shown. With essentially the same structure as for 5 and 6 executed, the junction is in this embodiment 38 for the bypass 40 downstream of all catalysts 26 , 28 , 30th , that is to say downstream of the oxidation catalytic converter 28 .

Die in 5 bis 7 dargestellten Ausführungsformen stellen eine Kombination der in 1 und 2 sowie in 3 und 4 dargestellten Varianten dar. Dabei besteht der Sperrkatalysator aus dem zweiten SCR-Katalysator 30 und dem Oxidationskatalysator 28. Diese Lösungen sind technisch aufwendiger und teuer, kombinieren jedoch deren Vorteile für minimale Endrohremissionen.In the 5 to 7 Embodiments shown represent a combination of the in 1 and 2nd as in 3rd and 4th shown variants. The barrier catalyst consists of the second SCR catalyst 30th and the oxidation catalyst 28 . These solutions are technically complex and expensive, but combine their advantages for minimal tailpipe emissions.

In 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Abgasanlage 20 für einen Verbrennungsmotor 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 ausgeführt, ist in diesem Ausführungsbeispiel das Steuerelement 42 an der Verzweigung 36 von Abgaskanal 22 und Bypass 40 angeordnet. Dadurch kann das Abgasstrom unabhängig vom Strömungswiderstand im Abgaskanal 22 oder im Bypass 40 variiert werden. Zusätzlich kann durch das Steuerelement 42 stromaufwärts des Dosierelements 32 eine unkontrollierte Turbulent des Abgasstrom unmittelbar vor Eintritt in den SCR-Katalysator 26 vermieden werden. Ferner besteht durch das Steuerelement 42 an der Verzweigung 36 die Möglichkeit, den Abgasstrom über den SCR-Katalysator 26 so weit zu reduzieren, dass eine thermische Zersetzung des im SCR-Katalysator 26 eingespeicherten Ammoniaks verhindert wird. Alternativ zu einem Oxidationskatalysator 28 kann stromabwärts des SCR-Katalysators 26 auch ein zweiter SCR-Katalysator 30 als Ammoniak-Sperrkatalysator angeordnet sein.In 8th is another embodiment of an exhaust system 20 for an internal combustion engine 10 shown. With essentially the same structure as for 1 executed, the control element is in this embodiment 42 at the junction 36 from exhaust duct 22 and bypass 40 arranged. This enables the exhaust gas flow to be independent of the flow resistance in the exhaust gas duct 22 or in the bypass 40 can be varied. Additionally, through the control 42 upstream of the metering element 32 an uncontrolled turbulent exhaust gas flow immediately before entering the SCR catalytic converter 26 be avoided. Furthermore, the control element 42 at the junction 36 the possibility of exhaust gas flow via the SCR catalytic converter 26 reduce so far that thermal decomposition of the in the SCR catalyst 26 stored ammonia is prevented. As an alternative to an oxidation catalyst 28 can downstream of the SCR catalyst 26 also a second SCR catalytic converter 30th be arranged as an ammonia blocking catalyst.

In 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Abgasanlage 20 für einen Verbrennungsmotor 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 8 ausgeführt, ist das Steuerelement 42 in diesem Ausführungsbeispiel an der Einmündung 38 angeordnet. Durch ein Schließen des Steuerelements 42 entsteht in dem Abgaskanal 22 ein Staudruck, sodass der Abgasstrom durch den Bypass 40 geleitet wird. Anstelle eines Oxidationskatalysator 28 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein zweiter SCR-Katalysator 30 als Ammoniak-Sperrkatalysator stromabwärts des SCR-Katalysators 26 angeordnet. Ein Oxidationskatalysator 28 ist jedoch ebenfalls als Sperrkatalysator möglich.In 9 is another embodiment of an exhaust system 20 for an internal combustion engine 10 shown. With essentially the same structure as for 8th executed, is the control 42 in this embodiment at the confluence 38 arranged. By closing the control 42 arises in the exhaust duct 22 a dynamic pressure, so that the exhaust gas flow through the bypass 40 is directed. Instead of an oxidation catalyst 28 is a second SCR catalyst in this embodiment 30th as an ammonia barrier catalyst downstream of the SCR catalyst 26 arranged. An oxidation catalyst 28 is also possible as a blocking catalyst.

BezugszeichenlisteReference list

1010th
VerbrennungsmotorInternal combustion engine
1212th
BrennraumCombustion chamber
1414
KraftstoffinjektorFuel injector
1616
AuslassOutlet
1818th
Abgasturbolader Exhaust gas turbocharger
2020
AbgasanlageExhaust system
2222
AbgaskanalExhaust duct
2424th
Turbineturbine
26 26
SCR-KatalysatorSCR catalytic converter
2828
Oxidationskatalysator Oxidation catalyst
3030th
zweiter SCR-Katalysatorsecond SCR catalytic converter
3232
DosierelementDosing element
3434
AbgasmischerExhaust mixer
3636
Verzweigungbranch
3838
Einmündung Confluence
4040
Bypassbypass
4242
SteuerelementControl
4444
Abgasklappe Exhaust flap
5050
MotorsteuergerätEngine control unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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  • EP 2055909 A1 [0005]EP 2055909 A1 [0005]

Claims (10)

Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10), der mit seinem Auslass (16) mit einer Abgasanlage (20) verbunden ist, wobei in der Abgasanlage (20) stromabwärts einer Turbine (24) eines Abgasturboladers (18) zumindest ein SCR-Katalysator (26) mit einem dem SCR-Katalysator (26) in Strömungsrichtung eines Abgases durch einen Abgaskanal (22) der Abgasanlage (20) nachgeschalteten Sperrkatalysator (28, 30) angeordnet ist, wobei die Abgasanlage (20) ein Dosierelement (32) umfasst, mit welchem ein Reduktionsmittel stromaufwärts des SCR-Katalysators (26) in den Abgaskanal (22) eindosiert werden kann, und wobei die Abgasanlage (20) einen Bypass (40) aufweist, mit welchem das Abgas des Verbrennungsmotors (10) an dem SCR-Katalysator (26) vorbeigeleitet werden kann, umfassend folgende Schritte: - Eindosieren eines Reduktionsmittels in den Abgaskanal (22) des Verbrennungsmotors (10), wobei der Bypass (40) verschlossen ist und der Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) durch den Abgaskanal (22) geleitet wird, wobei der SCR-Katalysator (26) mit Ammoniak beladen wird, - Ermitteln eines Beladungszustandes des SCR-Katalysators (26) mit Ammoniak, - Umschalten auf einen Bypassbetrieb, wenn der Verbrennungsmotor (10) in einem Betriebszustand betrieben wird, bei welchem ein Ammoniakdurchbruch durch den SCR-Katalysator (26) oder einem dem SCR-Katalysator (26) nachgeschalteten weiteren SCR-Katalysator (30) zu erwarten ist.Method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (10), the outlet (16) of which is connected to an exhaust gas system (20), with at least one SCR catalytic converter (26) in the exhaust gas system (20) downstream of a turbine (24) of an exhaust gas turbocharger (18) ) with a blocking catalyst (28, 30) downstream of the SCR catalytic converter (26) in the flow direction of an exhaust gas through an exhaust duct (22) of the exhaust system (20), the exhaust system (20) comprising a metering element (32) with which a reducing agent upstream of the SCR catalytic converter (26) can be metered into the exhaust gas duct (22), and the exhaust system (20) has a bypass (40) with which the exhaust gas of the internal combustion engine (10) on the SCR catalytic converter (26 ) can be passed, including the following steps: - A reducing agent is metered into the exhaust duct (22) of the internal combustion engine (10), the bypass (40) being closed and the exhaust gas stream of the internal combustion engine (10) being passed through the exhaust duct (22), the SCR catalytic converter (26) being included Ammonia is loaded, - Determining a state of loading of the SCR catalyst (26) with ammonia, - Switching to bypass operation when the internal combustion engine (10) is operated in an operating state in which ammonia breakthrough by the SCR catalytic converter (26) or another SCR catalytic converter (30) connected downstream of the SCR catalytic converter (26) is to be expected . Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Abgasstroms durch den SCR-Katalysator (26) durch ein Steuerelement (42) in dem Bypass (40) oder ein einer Verzweigung (36) oder Einmündung (38) des Bypasses (40) gesteuert oder geregelt wird.Exhaust gas aftertreatment process after Claim 1 , characterized in that the flow rate of the exhaust gas flow through the SCR catalytic converter (26) is controlled or regulated by a control element (42) in the bypass (40) or by a branching (36) or junction (38) of the bypass (40) . Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschalten auf den Bypassbetrieb erfolgt, wenn eine Regeneration eines im Abgaskanal (22) des Verbrennungsmotors (10) angeordneten Partikelfilters durchgeführt wird.Exhaust gas aftertreatment process after Claim 1 or 2nd , characterized in that the switchover to the bypass operation takes place when regeneration of a particle filter arranged in the exhaust gas duct (22) of the internal combustion engine (10) is carried out. Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit durch den SCR-Katalysator (26) reduziert wird, um einen Ammoniakaustrag aus dem SCR-Katalysator (26) zu verhindern und die Verweildauer des Abgases beim Durchströmen des SCR-Katalysators zu erhöhen.Process for exhaust gas aftertreatment according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the flow rate through the SCR catalyst (26) is reduced in order to prevent ammonia discharge from the SCR catalyst (26) and to increase the residence time of the exhaust gas when flowing through the SCR catalyst. Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des SCR-Katalysators (26) unter einer definierten Schwellentemperatur (TS) gehalten wird, um eine thermische Zersetzung des im SCR-Katalysator (26) zurückgehaltenen Ammoniaks zu verhindern.Process for exhaust gas aftertreatment according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the temperature of the SCR catalyst (26) is kept below a defined threshold temperature (T S ) in order to prevent thermal decomposition of the ammonia retained in the SCR catalyst (26). Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (10), welcher mit seinem Auslass (16) mit einer Abgasanlage (20) verbunden ist, wobei in der Abgasanlage (20) stromabwärts einer Turbine (24) eines Abgasturboladers (18) zumindest ein SCR-Katalysator (26) mit einem dem SCR-Katalysator (26) in Strömungsrichtung eines Abgases durch einen Abgaskanal (22) der Abgasanlage (20) nachgeschalteten Sperrkatalysator (28, 30) angeordnet ist, wobei die Abgasanlage (20) ein Dosierelement (32) umfasst, mit welchem ein Reduktionsmittel (32) stromaufwärts des SCR-Katalysators (26) in den Abgaskanal (22) eindosierbar ist, und wobei die Abgasanlage (20) einen Bypass (40) aufweist, welcher einen Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) an dem SCR-Katalysator (26) vorbeigeleiten kann, sowie mit einem Motorsteuergerät, welches dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Motorsteuergerät (50) ausgeführt wird.Exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine (10), the outlet (16) of which is connected to an exhaust gas system (20), in the exhaust gas system (20) downstream of a turbine (24) of an exhaust gas turbocharger (18) at least one SCR catalytic converter (26) with a blocking catalytic converter (28, 30) arranged downstream of the SCR catalytic converter (26) in the flow direction of an exhaust gas through an exhaust duct (22) of the exhaust system (20), the exhaust system (20) comprising a metering element (32) with which a Reducing agent (32) upstream of the SCR catalytic converter (26) can be metered into the exhaust gas duct (22), and the exhaust system (20) has a bypass (40) which conveys an exhaust gas stream from the internal combustion engine (10) to the SCR catalytic converter (26 ) can bypass, as well as with an engine control unit, which is set up to carry out a method according to one of the Claims 1 to 5 to be carried out when a machine-readable program code is executed by the engine control unit (50). Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrkatalysator (28, 30) einen Oxidationskatalysator (28) umfasst.Exhaust aftertreatment system after Claim 6 , characterized in that the blocking catalyst (28, 30) comprises an oxidation catalyst (28). Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrkatalysator (28, 30) einen weiteren SCR-Katalysator (30) umfasst.Exhaust aftertreatment system after Claim 6 or 7 , characterized in that the blocking catalytic converter (28, 30) comprises a further SCR catalytic converter (30). Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (42) als eine elektrisch schaltbare Abgasklappe (44) im Bypass (40), an einer Verzweigung (36) von Bypass (40) und Abgaskanal (22) oder einer Einmündung (38) des Bypasses (40) in den Abgaskanal (22), ausgeführt ist.Exhaust aftertreatment system according to one of the Claims 6 to 8th , characterized in that the control element (42) as an electrically switchable exhaust flap (44) in the bypass (40), on a branching (36) of the bypass (40) and exhaust duct (22) or an opening (38) of the bypass (40 ) in the exhaust duct (22). Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Dosierelements (32) und stromaufwärts des SCR-Katalysators (26) ein Abgasmischer (34) in dem Abgaskanal (22) angeordnet ist.Exhaust aftertreatment system according to one of the Claims 6 to 9 , characterized in that an exhaust gas mixer (34) is arranged in the exhaust gas duct (22) downstream of the metering element (32) and upstream of the SCR catalytic converter (26).
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