DE102017118214A1 - Exhaust gas aftertreatment system and method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (10), insbesondere einen Dieselmotor. Dabei sind in der Abgasanlage (22) des Verbrennungsmotors (10) stromabwärts eines Auslasses (12) des Verbrennungsmotors (10) ein Abgasturbolader (18), stromabwärts des Abgasturboladers (18) ein offener Partikelfilter (30) und stromabwärts des offenen Partikelfilters (30) ein Dieselpartikelfilter (34), welcher vorzugsweise mit einer Beschichtung (38) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden versehen ist, angeordnet. Der offene Partikelfilter (30) ist vorzugsweise als kontinuierlich regenerierender Partikelfilter ausgebildet und wird kontinuierlich im Betrieb des Verbrennungsmotors mit Rußpartikeln beladen und regeneriert. Der Dieselpartikelfilter (34) ist als geschlossener Filter ausgeführt und muss periodisch regeneriert werden. Durch das Vorschalten des offenen Partikelfilters (30) können die Intervalle zwischen zwei Regenerationsvorgängen des Dieselpartikelfilters (34) verlängert werden, wodurch der durch die Regeneration verursachte Mehrverbrauch gesenkt werden kann und in Verbindung mit der Regeneration des Dieselpartikelfilters (34) weniger Schadstoffe an die Umwelt emittiert werden. The invention relates to an exhaust aftertreatment system for an internal combustion engine (10), in particular a diesel engine. In this case, in the exhaust system (22) of the internal combustion engine (10) downstream of an outlet (12) of the internal combustion engine (10), an exhaust gas turbocharger (18), downstream of the exhaust gas turbocharger (18) an open particulate filter (30) and downstream of the open particulate filter (30) a diesel particulate filter (34), which is preferably provided with a coating (38) for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides arranged. The open particle filter (30) is preferably designed as a continuously regenerating particle filter and is continuously loaded with the soot particles during operation of the internal combustion engine and regenerated. The diesel particulate filter (34) is designed as a closed filter and must be regenerated periodically. By connecting the open particulate filter (30), the intervals between two regeneration processes of the diesel particulate filter (34) can be extended, whereby the excess consumption caused by the regeneration can be reduced and emits fewer pollutants to the environment in connection with the regeneration of the diesel particulate filter (34) become.
Description
Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to an exhaust aftertreatment system for an internal combustion engine and to a method for exhaust aftertreatment of 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 oder NOx-Speicherkatalysator, 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 sind im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen.The current and increasingly stringent future exhaust gas legislation places high demands on the engine raw emissions and the exhaust aftertreatment of internal combustion engines. The demands for a further reduction in consumption and the further tightening of emission standards with regard to permissible nitrogen oxide emissions pose a challenge to engine developers. In gasoline engines, exhaust gas purification takes place in a known manner via a three-way catalytic converter, as well as the three-way catalytic converter. Catalyst upstream and downstream further catalysts. For diesel engines exhaust gas aftertreatment systems are currently used, which have an oxidation catalyst or NOx storage catalyst, a catalyst for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR catalyst) and a particulate filter for the separation of soot particles and optionally other catalysts. The reducing agent used is preferably ammonia. Because the handling of pure ammonia is complicated, in vehicles usually a synthetic, aqueous urea solution is used, which is mixed in a SCR catalyst upstream mixing device with the hot exhaust gas stream. By this mixing, the aqueous urea solution is heated, wherein the aqueous urea solution releases ammonia in the exhaust gas passage. A commercial aqueous urea solution generally consists of 32.5% urea and 67.5% water.
Beim Betrieb eines Dieselmotors besteht ein Zielkonflikt zwischen niedrigen NOx-Rohemissionen, niedrigen Partikelrohemissionen und langen Regenerationsintervallen für einen Dieselpartikelfilter. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Auslegungen des Brennverfahrens des Dieselmotors wird üblicherweise in Kenntnis der sehr hohen Filterfähigkeit des Dieselpartikelfilters und der weniger effizienten Möglichkeit, Stickoxide durch die Abgasnachbehandlung zu verringern, eine Applikation gewählt, bei der die NOx-Rohemissionen gering ausfallen und vergleichsweise viele Rußpartikel entstehen, um die Emissionsgrenzwerte der Abgasnormen EU6 sowie künftiger, noch schärferer Grenzwerte zu erreichen. Damit verbunden ist der Nachteil, dass der Dieselpartikelfilter entsprechend häufig regeneriert werden muss, wobei die Regeneration des Dieselpartikelfilters zu einer Erhöhung des Verbrauchs und der Schadstoffemissionen während der Regeneration führt. Wird das Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Regenerationsvorgängen des Dieselpartikelfilters länger, sinken Mehrverbrach und zusätzliche Schadstoffemissionen ab.When operating a diesel engine, there is a trade-off between low levels of raw NOx emissions, low particulate emissions and long regeneration intervals for a diesel particulate filter. In known from the prior art interpretations of the combustion process of the diesel engine is usually chosen, knowing the very high filterability of the diesel particulate filter and the less efficient way to reduce nitrogen oxides by exhaust aftertreatment, an application in which the NOx raw emissions are low and comparatively many Soot particles are generated to meet the emission limits of the EU6 emissions standard as well as future even stricter limit values. This has the disadvantage that the diesel particulate filter must be regenerated correspondingly frequently, with the regeneration of the diesel particulate filter leading to an increase in consumption and pollutant emissions during regeneration. If the interval between two successive regeneration processes of the diesel particulate filter becomes longer, multiple emissions and additional pollutant emissions decrease.
Eine Minderung der Partikelrohemissionen geht wie beschrieben mit einem Anstieg der Stickoxid-Emissionen einher, sodass dies zwangsläufig zu einer Überschreitung der Grenzwerte für die Stickoxid-Emissionen führen würde. Ein solches Vorgehen scheidet also im Bestreben, die Regenerationsintervalle des Dieselpartikelfilters zu verlängern, aus.A reduction in PM emissions is associated with an increase in nitrogen oxide emissions as described, which would inevitably lead to exceeding the limit values for nitrogen oxide emissions. Such a procedure is therefore eliminated in the effort to extend the regeneration intervals of the diesel particulate filter.
Aus der
Die
Darüber hinaus sind aus der
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, auch bei vergleichsweise hohen Partikelrohemissionen eine Verlängerung der Regenerationsintervalle des Dieselpartikelfilters zu ermöglichen.It is an object of the invention to make it possible to extend the regeneration intervals of the diesel particulate filter even with comparatively high particulate raw emissions.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, bei dem in einer Abgasanlage des Verbrennungsmotors stromabwärts eines Auslasses des Verbrennungsmotors eine Turbine eines Abgasturboladers und stromabwärts der Turbine ein Dieselpartikelfilter angeordnet sind, gelöst. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass stromabwärts der Turbine und stromaufwärts des Dieselpartikelfilters ein PM-Katalysator angeordnet ist. Dabei ist unter einem PM-Katalysator ein kontinuierlich katalytisch regenerierendes Partikelminderungssystem zu verstehen, welches in einem Niedertemperaturbereich von weniger als 300°C regenerierbar ist. Vorzugsweise ist der PM-Katalysator aus einer dünnen, gewellten Stahlfolie mit schaufelförmigen Sub-Strukturen und dazwischen abgeordneten Lagen aus Sintermetallvlies ausgebildet, wobei die Lagen aus Sintermetallvlies als Speichermedium für die Rußpartikel dienen. Dadurch kann die Beladung des Dieselpartikelfilters mit Rußpartikeln bei gleichen Partikelrohemissionen verlangsamt werden, sodass bei gleichen Partikelrohemissionen des Verbrennungsmotors längere Intervalle zwischen zwei Regenerationen des Dieselpartikelfilters möglich sind. Dadurch kann der Kraftstoffmehrverbrauch gesenkt werden und die bei der Regeneration des Dieselpartikelfilters auftretenden Sekundäremissionen können ebenfalls vermindert werden.According to the invention, this object is achieved by an exhaust aftertreatment system for an internal combustion engine in which a turbine of an exhaust gas turbocharger and downstream of the turbine a diesel particulate filter are arranged in an exhaust system of the internal combustion engine downstream of an outlet of the internal combustion engine. It is inventively provided that downstream of the turbine and upstream of the diesel particulate filter, a PM catalyst is arranged. Here, a PM catalyst is to be understood as meaning a continuously catalytically regenerating particle reduction system which is in a low-temperature range of less than 300 ° C is regenerable. Preferably, the PM catalyst is formed of a thin, corrugated steel foil with paddle-shaped sub-structures and deposited layers of sintered metal nonwoven therebetween, wherein the layers of sintered metal nonwoven serve as a storage medium for the soot particles. As a result, the loading of the diesel particulate filter with soot particles can be slowed down at the same particle raw emissions, so that longer intervals between two regenerations of the diesel particulate filter are possible with the same particle raw emissions of the internal combustion engine. As a result, the additional fuel consumption can be reduced and the secondary emissions occurring in the regeneration of the diesel particulate filter can also be reduced.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Abgasnachbehandlungssystems möglich.By the features listed in the dependent claims advantageous improvements and developments of the exhaust gas aftertreatment system given in the independent claim are possible.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der Dieselpartikelfilter eine Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stichoxiden (SCR-Beschichtung) aufweist und in der Abgasanlage stromabwärts des PM-Katalysators und stromaufwärts des Dieselpartikelfilters ein Dosiermodul zur Eindosierung von Reduktionsmittel in die Abgasanlage vorgesehen ist. Durch einen Dieselpartikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden können neben den Partikelemissionen auch die Stickoxidemissionen verringert werden, wobei durch die SCR-Beschichtung des Dieselpartikelfilters bis zu 95 % der NOx-Rohemissionen des Verbrennungsmotors in unschädlichen molekularen Stickstoff N2 und Wasserdampf konvertiert werden können. Dabei kann durch eine SCR-Beschichtung auf dem Dieselpartikelfilter auf einen zusätzlichen SCR-Katalysator verzichtet werden, wodurch Gewicht, Bauraum und Kosten eingespart werden können.In an advantageous embodiment of the exhaust aftertreatment system it is provided that the diesel particulate filter has a coating for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR coating) and provided in the exhaust system downstream of the PM catalyst and upstream of the diesel particulate filter, a metering module for metering of reducing agent into the exhaust system is. Through a diesel particulate filter with a coating for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides, not only the particulate emissions but also the nitrogen oxide emissions can be reduced, whereby the SCR coating of the diesel particulate filter converts up to 95% of the raw NOx emissions of the internal combustion engine into harmless molecular nitrogen N 2 and water vapor can be. It can be dispensed with an additional SCR catalyst by an SCR coating on the diesel particulate filter, which weight, space and cost can be saved.
Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass dem Dieselpartikelfilter ein SCR-Katalysator vorgeschaltet ist, welcher in der Abgasanlage stromabwärts des PM-Katalysators und eines Dosiermoduls zur Eindosierung von Reduktionsmittel in die Abgasanalage angeordnet ist. Dabei können die Funktionaltäten von selektiver, katalytischen Reduktion und dem Zurückhalten von Rußpartikeln auf zwei Bauteile verteilt werden, wodurch jedes diese Bauteile in seiner Funktion weiter optimiert werden kann.Alternatively, it is advantageously provided that the diesel particulate filter is preceded by an SCR catalytic converter, which is arranged in the exhaust system downstream of the PM catalyst and a metering module for metering in reducing agent into the exhaust gas system. The functionalities of selective, catalytic reduction and the retention of soot particles can be distributed over two components, whereby each of these components can be further optimized in its function.
Alternativ können das Dosiermodul und der SCR-Katalysator auch stromabwärts des Dieselpartikelfilters angeordnet werden. In einer weniger bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, das Dosiermodul stromaufwärts des Dieselpartikelfilters und den SCR-Katalysator stromabwärts des Dieselpartikelfilters anzuordnen. Zwar kann man in dieser Konfiguration den Dieselpartikelfilter als zusätzlichen Abgasmischer zur Verbesserung der Gleichverteilung des Reduktionsmittels nutzen, jedoch können Tropfen des Reduktionsmittels zu Beschädigungen und/oder Funktionsstörungen des Dieselpartikelfilters führen.Alternatively, the dosing module and the SCR catalyst can also be arranged downstream of the diesel particulate filter. In a less preferred embodiment, it is possible to arrange the metering module upstream of the diesel particulate filter and the SCR catalyst downstream of the diesel particulate filter. Although you can use the diesel particulate filter as an additional exhaust gas mixer to improve the uniform distribution of the reducing agent in this configuration, but drops of the reducing agent can lead to damage and / or malfunction of the diesel particulate filter.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der PM-Katalysator eine Edelmetallbeschichtung zur Oxidation von Kohlenmonoxid und/oder unverbrannten Kohlenwasserstoffen aufweist. Durch eine entsprechende Edelmetallbeschichtung können unverbrannte Abgaskomponenten auf dem PM-Katalysator exotherm umgesetzt werden, wodurch das Erreichen der Temperatur zur kontinuierlichen Regeneration der zurückgehaltenen Rußpartikel und der Durchführung eines CRT-Verfahrens erleichtert wird. Dabei weist die Edelmetallbeschichtung Platin, Rhodium und/oder Palladium auf, welche katalytisch wirksam für einen Oxidationsprozess der unverbrannten Abgaskomponenten wirken.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the PM catalyst has a noble metal coating for the oxidation of carbon monoxide and / or unburned hydrocarbons. By means of a corresponding noble metal coating unburned exhaust gas components can be exothermically reacted on the PM catalyst, whereby the achievement of the temperature for continuous regeneration of the retained soot particles and the implementation of a CRT process is facilitated. In this case, the noble metal coating on platinum, rhodium and / or palladium, which act catalytically effective for an oxidation process of the unburned exhaust gas components.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Edelmetallbeschichtung einen Edelmetallgehalt von 30 - 250 g/ft3, vorzugsweise von 40 - 200 g/ft3, besonders bevorzugt von 60 - 150 g/ft3 aufweist, wobei die Edelmetallbeschichtung einen Platinanteil von mindestens 40 %, vorzugsweise von mindestens 70 % hat. Durch eine entsprechende Edelmetallbeschichtung kann eine optimale Umsetzung der unverbrannten Abgaskomponenten sichergestellt werden.It is particularly preferred if the noble metal coating has a noble metal content of 30-250 g / ft 3 , preferably 40-200 g / ft 3 , particularly preferably 60-150 g / ft 3 , the noble metal coating having a platinum content of at least 40%. , preferably of at least 70%. An appropriate noble metal coating can ensure optimal conversion of the unburned exhaust gas components.
Der PM-Katalysator weist ein Katalysatorvolumen von mindestens 0,5 dm3, vorzugsweise von mindestens 0,8 dm3, besonders bevorzugt von mindestens 1,2 dm3, idealerweise von mindestens 1,5 dm3 auf. Um eine hinreichende Reinigungswirkung und einen entsprechenden Abscheidungsgrad für Rußpartikel zu erreichen, ist ein entsprechendes Katalysatorvolumen des PM-Katalysators notwendig. Dabei ist ein Katalysatorvolumen von mindestens 1,5 dm3 besonders vorteilhaft, um eine hinreichende Aufnahme von Rußpartikeln zu ermöglichen.The PM catalyst has a catalyst volume of at least 0.5 dm 3 , preferably of at least 0.8 dm 3 , more preferably of at least 1.2 dm 3 , ideally of at least 1.5 dm 3 . In order to achieve a sufficient cleaning effect and a corresponding degree of separation for soot particles, a corresponding catalyst volume of the PM catalyst is necessary. In this case, a catalyst volume of at least 1.5 dm 3 is particularly advantageous in order to allow a sufficient uptake of soot particles.
In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem PM-Katalysator ein Oxidationskatalysator vorgeschaltet ist. Durch einen vorgeschalteten Oxidationskatalysator, welcher auch als Startkatalysator des Verbrennungsmotors bezeichnet wird, ist eine besonders effizient Umsetzung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoffmonoxid möglich. Durch die motornahe Anordnung erreicht der Oxidationskatalysator nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors möglichst schnell seine Betriebstemperatur, sodass eine wirksame Konvertierung der genannten Schadstoffe möglich ist. Dabei weist der Startkatalysator vorzugsweise ein Katalysatorvolumen von 0,2 - 0,7 dm3, besonders bevorzugt von 0,4 - 0,6 dm3 auf.In a further improvement of the invention it is provided that the PM catalyst is preceded by an oxidation catalyst. By an upstream oxidation catalyst, which is also referred to as a starting catalyst of the internal combustion engine, a particularly efficient reaction of unburned hydrocarbons and carbon monoxide is possible. Due to the arrangement close to the engine, the oxidation catalytic converter reaches its operating temperature as quickly as possible after a cold start of the internal combustion engine, so that an effective conversion of said pollutants is possible is. In this case, the starting catalyst preferably has a catalyst volume of from 0.2 to 0.7 dm 3 , particularly preferably from 0.4 to 0.6 dm 3 .
In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass dem PM-Katalysator ein elektrisch beheizbarer Katalysator vorgeschaltet oder nachgeschaltet ist. Durch einen elektrisch beheizbaren Katalysator kann das Aufheizen des PM-Katalysators begünstigt werden. Ist der elektrisch beheizbare Katalysator dem PM-Katalysator vorgeschaltet, kann der Rußabbrand auf dem PM-Katalysator bei kalter Abgasanlage, insbesondere bei Kurzstreckenverkehr, wirksam unterstützt werden. Ist der elektrisch beheizbare Katalysator dem PM-Katalysator nachgeschaltet und weist eine Hydrolysebeschichtung auf, kann auf effektive Art und Weise das Verdampfen der wässrigen Reduktionsmittellösung, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, und die Freisetzung eines darin enthaltenen Reduktionsmittel unterstützt werden.In a preferred embodiment of the exhaust gas aftertreatment system, it is provided that an electrically heatable catalyst is connected upstream or downstream of the PM catalyst. By an electrically heatable catalyst, the heating of the PM catalyst can be promoted. If the electrically heatable catalyst precedes the PM catalyst, the Rußabbrand on the PM catalyst at cold exhaust system, especially in short-haul traffic, can be effectively supported. If the electrically heatable catalyst downstream of the PM catalyst and has a hydrolysis on effective evaporation of the aqueous reducing agent solution, in particular an aqueous urea solution, and the release of a reducing agent contained therein can be supported.
In einer vorteilhaften Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass der elektrisch beheizbare Katalysator eine Edelmetallbeschichtung zur oxidativen Umsetzung von unverbrannten Abgaskomponenten oder eine Hydrolysebeschichtung zur verbesserten Aufbereitung eines flüssigen Reduktionsmittels aufweist. Durch eine entsprechende Beschichtung kann die katalytische Wirkung des elektrisch beheizbaren Katalysators verbessert werden.In an advantageous improvement of the invention, it is provided that the electrically heatable catalyst has a noble metal coating for the oxidative conversion of unburned exhaust gas components or a hydrolysis coating for the improved preparation of a liquid reducing agent. By an appropriate coating, the catalytic effect of the electrically heated catalyst can be improved.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Niederdruck-Abgasrückführung vorgesehen, wobei ein Abgasrückführungskanal der Niederdruck-Abgasrückführung stromabwärts des PM-Katalysators und stromaufwärts des Dieselpartikelfilters aus einem Abgaskanal der Abgasanlage abzweigt und stromaufwärts eines Verdichters des Abgasturboladers in eine Frischgasleitung eines Ansaugtraktes des Verbrennungsmotors einmündet. Durch eine Niederdruck-Abgasrückführung, welche stromabwärts des PM-Katalysators und stromaufwärts des Dieselpartikelfilters abzweigt, kann die Raumgeschwindigkeit im Dieselpartikelfilter reduziert werden. Dadurch können die Konvertierungsraten an der SCR-Beschichtung des Dieselpartikelfilters erhöht werden.In an advantageous embodiment of the invention, a low-pressure exhaust gas recirculation is provided, wherein an exhaust gas recirculation channel of the low-pressure exhaust gas recirculation downstream of the PM catalyst and upstream of the diesel particulate filter branches off from an exhaust passage of the exhaust system and opens upstream of a compressor of the exhaust gas turbocharger in a fresh gas line of an intake manifold of the internal combustion engine. Low-pressure exhaust gas recirculation, which branches off downstream of the PM catalyst and upstream of the diesel particulate filter, can reduce the space velocity in the diesel particulate filter. As a result, the conversion rates of the SCR coating of the diesel particulate filter can be increased.
Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass eine Niederdruck-Abgasrückführung vorgesehen ist, wobei ein erster Abgasrückführungskanal der Niederdruck-Abgasrückführung stromabwärts des PM-Katalysators und stromaufwärts des Dieselpartikelfilters aus einem Abgaskanal des Abgasanlage abzweigt und ein zweiter Abgasrückführungskanal der Niederdruck-Abgasrückführung stromabwärts des Dieselpartikelfilters aus dem Abgaskanal der Abgasanlage abzweigt und stromaufwärts eines Verdichters eines Abgasturboladers in eine Frischgasleitung des Verbrennungsmotors mündet, wobei in dem zweiten Abgasrückführungskanal, vorzugsweise ausschließlich in dem zweiten Abgasrückführungskanal, ein Niederdruck-Abgasrückführungskühler angeordnet ist. Dadurch kann ein erster Teilstrom des Abgases über den ersten Abgasrückführungskanal ungekühlt zurückgeführt werden und ein zweiter Teilstrom des Abgases gekühlt zurückgeführt werden. Ferner ist es möglich, in Abhängigkeit der Betriebsparameter des Verbrennungsmotors wahlweise eine gekühlte oder ungekühlte Abgasrückführung über die Niederdruck-Abgasrückführungskanäle zu realisieren, wodurch ein Auskondensieren von Flüssigkeit in einem der Abgasrückführungskanäle vermieden wird und die Rohemissionen des Verbrennungsmotors schon zeitnah nach einem Kaltstart durch eine ungekühlte Niederdruck-Abgasrückführung verbessert werden können.Alternatively, it is advantageously provided that a low-pressure exhaust gas recirculation is provided, wherein a first exhaust gas recirculation channel of the low-pressure exhaust gas recirculation downstream of the PM catalyst and upstream of the diesel particulate filter branches off an exhaust passage of the exhaust system and a second exhaust gas recirculation channel of the low-pressure exhaust gas recirculation downstream of the diesel particulate filter from the Exhaust duct of the exhaust system branches off and upstream of a compressor of an exhaust gas turbocharger flows into a fresh gas line of the internal combustion engine, wherein in the second exhaust gas recirculation passage, preferably only in the second exhaust gas recirculation passage, a low-pressure exhaust gas recirculation cooler is arranged. As a result, a first partial flow of the exhaust gas can be recirculated without cooling via the first exhaust gas recirculation passage and a second partial flow of the exhaust gas can be recirculated in a cooled manner. Furthermore, it is possible, depending on the operating parameters of the internal combustion engine optionally to realize a cooled or uncooled exhaust gas recirculation via the low-pressure exhaust gas recirculation channels, whereby a condense of liquid in one of the exhaust gas recirculation channels is avoided and the raw emissions of the engine in a timely manner after a cold start by an uncooled low pressure Exhaust gas recirculation can be improved.
Gemäß einer weiteren Verbesserung des Abgasnachbehandlungssystem ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Einlass des PM-Katalysators mit einer Abgaslauflänge von weniger als 400 mm, bevorzugt von weniger als 300 mm, besonders bevorzugt von weniger als 200 mm, idealerweise von weniger als 150 mm ab einem Turbinenaustritt der Turbine des Abgasturboladers in der Abgasanlage angeordnet ist. Durch eine entsprechende motornahe Anordnung des PM-Katalysators und einen kurzen Abstand zum Auslass der Turbine kann sichergestellt werden, dass der PM-Katalysator zeitnah nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors seine Betriebstemperatur erreicht und insbesondere die zur Selbstreinigung des PM-Katalysators notwendige Temperatur von mehr als 200°C erreicht beziehungsweise überschritten wird.According to a further improvement of the exhaust aftertreatment system is advantageously provided that the inlet of the PM catalyst with a Abgaslauflänge of less than 400 mm, preferably less than 300 mm, more preferably less than 200 mm, ideally less than 150 mm from a Turbine outlet of the turbine of the exhaust gas turbocharger is arranged in the exhaust system. By a corresponding close-coupled arrangement of the PM catalyst and a short distance to the outlet of the turbine can be ensured that the PM catalyst reaches its operating temperature promptly after a cold start of the engine and in particular the required for self-cleaning of the PM catalyst temperature of more than 200 ° C is reached or exceeded.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, wobei ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors zunächst durch einen Turbine eines Abgasturboladers geleitet wird. Anschließend wird der Abgasstrom stromabwärts der Turbine zunächst durch einen motornah angeordneten PM-Katalysator und anschließend durch einen stromabwärts des PM-Katalysators angeordneten Dieselpartikelfilter geleitet. Vorteilhaft an diesem Verfahren ist, dass sowohl an dem PM-Katalysator als auch an dem Dieselpartikelfilter Rußpartikel abgeschieden werden, sodass die Beladung des Dieselpartikelfilters bei gleichen Partikelrohemissionen des Verbrennungsmotors verlangsamt wird und längere Intervalle zwischen zwei Regenerationen des Dieselpartikelfilters möglich sind.According to the invention, a method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine is proposed, wherein an exhaust gas stream of the internal combustion engine is first passed through a turbine of an exhaust gas turbocharger. Subsequently, the exhaust gas stream downstream of the turbine is first passed through a PM catalyst arranged close to the engine and then through a diesel particulate filter arranged downstream of the PM catalyst. An advantage of this method is that soot particles are deposited on both the PM catalyst and on the diesel particulate filter, so that the load of the diesel particulate filter is slowed at the same PM emissions of the internal combustion engine and longer intervals between two regenerations of the diesel particulate filter are possible.
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 are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.
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 dargestellt. Es zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems für einen Verbrennungsmotor; -
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems für einen Verbrennungsmotor, wobei die Positionen des elektrisch beheizbaren Katalysators und des PM-Katalysators gegenüber dem Ausführungsbeispiel in1 vertauscht sind; -
3 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems für einen Verbrennungsmotor; -
4 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems für einen Verbrennungsmotor; -
5 ein weiteres, besonders einfaches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems für einen Verbrennungsmotor; -
6 ein weiteres, alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems, wobei die Niederdruck-Abgasrückführung stromabwärts des PM-Katalysators und stromaufwärts des Dieselpartikelfilters aus dem Abgaskanal abzweigt; -
7 ein weiteres, alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems, wobei die Positionen des elektrisch beheizbaren Katalysators und des PM-Katalysators gegenüber dem Ausführungsbeispiel in6 vertauscht sind; und -
8 ein Diagramm zur Visualisierung des Temperaturverlaufs stromaufwärts und stromabwärts des PM-Katalysators sowie der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem bei einem Testzyklus.
-
1 an embodiment of an exhaust aftertreatment system according to the invention for an internal combustion engine; -
2 a further embodiment of an exhaust aftertreatment system according to the invention for an internal combustion engine, wherein the positions of the electrically heatable catalyst and the PM catalyst over the embodiment in1 are reversed; -
3 an alternative embodiment of an exhaust gas aftertreatment system according to the invention for an internal combustion engine; -
4 a further alternative embodiment of an exhaust gas aftertreatment system according to the invention for an internal combustion engine; -
5 a further, particularly simple embodiment of an exhaust aftertreatment system according to the invention for an internal combustion engine; -
6 another alternative embodiment of an exhaust aftertreatment system according to the invention, wherein the low-pressure exhaust gas recirculation branches off from the exhaust passage downstream of the PM catalyst and upstream of the diesel particulate filter; -
7 a further alternative embodiment of an exhaust aftertreatment system according to the invention, wherein the positions of the electrically heatable catalyst and the PM catalyst with respect to the embodiment in6 are reversed; and -
8th a diagram for visualizing the temperature profile upstream and downstream of the PM catalyst and the speed of a motor vehicle with an exhaust aftertreatment system according to the invention in a test cycle.
Die Abgasanlage
Stromabwärts des PM-Katalysators
Stromabwärts des PM-Katalysators
In
In
In
In
In
In
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass durch ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 1212
- Auslassoutlet
- 1414
- Abgaskrümmerexhaust manifold
- 1616
- Abgasturboladerturbocharger
- 1818
- Turbine turbine
- 2020
- Abgasnachbehandlungssystemaftertreatment system
- 2222
- Abgasanlageexhaust system
- 2424
- Oxidationskatalysator / StartkatalysatorOxidation Catalyst / Start Catalyst
- 2626
- elektrisch beheizbarer Katalysatorelectrically heated catalyst
- 2828
- Stützkatalysator supporting catalyst
- 3030
- PM-KatalysatorPM catalyst
- 3232
- Edelmetallbeschichtungnoble metal coating
- 3434
- Dieselpartikelfilterdiesel particulate Filter
- 3636
- SCR-KatalysatorSCR catalyst
- 3838
- SCR-Beschichtung SCR coating
- 4040
- Dosiermoduldosing
- 4242
- Reduktionsmittelreducing agent
- 4444
- Abgaskanalexhaust duct
- 4646
- Verzweigungbranch
- 4848
- Umlenkelement deflecting
- 5050
- Niederdruck-AbgasrückführungLow-pressure exhaust gas recirculation
- 5252
- AbgasrückführungskanalExhaust gas recirculation passage
- 5454
- Einmündungjunction
- 5656
- Niederdruck-Abgasrückführungs-KühlerLow-pressure exhaust gas recirculation cooler
- 5858
- Ladeluftkühler Intercooler
- 6060
- Ansaugtraktintake system
- 6262
- FrischgasleitungFresh gas line
- 6464
- Luftfilterair filter
- 6666
- Verdichtercompressor
- 6868
- Einlass inlet
- 7070
- Unterbodenkanal Underbody channel
- TT
- Temperaturtemperature
- T1 T 1
- Temperatur stromaufwärts des PM-KatalysatorsTemperature upstream of the PM catalyst
- T2 T 2
- Temperatur stromabwärts des PM-KatalysatorsTemperature downstream of the PM catalyst
- Tmin T min
- Mindesttemperatur zur kontinuierlichen Regeneration des PM-KatalysatorsMinimum temperature for continuous regeneration of the PM catalyst
- tt
- ZeitTime
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 202014102809 U1 [0005]DE 202014102809 U1 [0005]
- EP 2826971 A1 [0006]EP 2826971 A1 [0006]
- EP 2907564 A1 [0007]EP 2907564 A1 [0007]
Claims (10)
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DE102017118214.4A DE102017118214A1 (en) | 2017-08-10 | 2017-08-10 | Exhaust gas aftertreatment system and method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102017118214.4A DE102017118214A1 (en) | 2017-08-10 | 2017-08-10 | Exhaust gas aftertreatment system and method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine |
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