DE102008017280B4 - Arrangement for influencing the conversion behavior of catalytic converters - Google Patents
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Abstract
Anordnung zur Veränderung der Abgastemperatur und des Abgasdrucks als Betriebsparameter mindestens eines Katalysators (5) zur Veränderung der Zusammensetzung des Abgases einer Brennkraftmaschine (1), wobei die Anordnung umfasst: mindestens zwei abgasbetriebene Aufladegruppen (4, 7) mit mindestens zwei Abgasturbinen, welche eine Hochdruckturbine (3) und eine Niederdruckturbine (6) umfassen, die strömungstechnisch hintereinander angeordnet sind; mindestens einen Katalysator (5), der strömungstechnisch zwischen den mindestens zwei Abgasturbinen (3, 6) angebracht ist; und mindestens eine Einstell-Vorrichtung zum Verändern von Verdichterleistungen, Turbinenwirkungsgraden oder Verdichterwirkungsgraden der Aufladegruppen, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Katalysator (5) einen SCR-Katalysator umfasst, und dass strömungstechnisch zwischen der Hochdruckturbine (3) und dem SCR-Katalysator Ammoniak oder ammoniakabspaltendes Reduktionsmittel zuführbar ist, und ferner eine elektronische Kontrolleinheit umfassend, die zur Regelung der am SCR-Katalysator anliegenden Abgastemperatur und Abgasdruck mittels der Einstell-Vorrichtung ausgebildet ist.Arrangement for varying the exhaust-gas temperature and the exhaust-gas pressure as operating parameters of at least one catalytic converter (5) for changing the composition of the exhaust gas of an internal combustion engine (1), the arrangement comprising: at least two exhaust-gas-charged charging groups (4, 7) with at least two exhaust gas turbines, which are a high-pressure turbine (3) and a low-pressure turbine (6), which are arranged fluidically behind one another; at least one catalyst (5), which is fluidly mounted between the at least two exhaust gas turbines (3, 6); and at least one adjusting device for varying compressor powers, turbine efficiencies or compressor efficiencies of the charge groups, characterized in that the at least one catalyst (5) comprises an SCR catalyst and that fluidly between the high pressure turbine (3) and the SCR catalyst is ammonia or ammonia-releasing reducing agent can be supplied, and further comprising an electronic control unit, which is designed to control the applied to the SCR catalyst exhaust gas temperature and exhaust gas pressure by means of the adjusting device.
Description
Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Beeinflussung des Umsatzverhaltens eines Abgasnachbehandlungssystems bei mit Abgasaufladung ausgestatteten Brennkraftmaschinen, wie Dieselmotoren und Ottomotoren, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an arrangement for influencing the sales behavior of an exhaust aftertreatment system in equipped with exhaust charging internal combustion engines, such as diesel engines and gasoline engines, according to the preamble of
Um die gesetzlich vorgeschriebenen Abgasgrenzwerte einzuhalten, sind inzwischen nahezu alle Brennkraftmaschinen mit katalytisch arbeitenden Nachbehandlungssystemen wie Drei-Wege-Katalysatoren, NOx-Speicherkatalysatoren, Katalysatoren zur Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxidoxidation, SCR-Katalysatoren oder Partikelfiltern ausgestattet.In order to comply with the statutory exhaust emission limits, almost all internal combustion engines are now equipped with catalytic after treatment systems such as three-way catalytic converters, NOx storage catalysts, catalysts for hydrocarbon and carbon monoxide oxidation, SCR catalysts or particulate filters.
All diesen Systemen ist gemein, dass sie zur korrekten Funktion ausreichend hohe Abgastemperaturen voraussetzen. Dies ist besonders bei abgasaufgeladenen Brennkraftmaschinen problematisch, da der Abgasturbolader zur Verrichtung der Verdichtungsarbeit dem Abgas Enthalpie entzieht, was zu einer Abkühlung des Abgases führt. Wird die Brennkraftmaschine zusätzlich in schwachbelasteten Fahrzeugen eingesetzt, werden oft die notwendigen Mindesttemperaturen für die Nachbehandlungssysteme nicht erreicht.All these systems have in common that they presuppose sufficiently high exhaust gas temperatures for the correct function. This is particularly problematic in exhaust-gas-charged internal combustion engines, since the exhaust-gas turbocharger extracts enthalpy from the exhaust gas to perform the compression work, which leads to a cooling of the exhaust gas. If the internal combustion engine is additionally used in lightly loaded vehicles, the necessary minimum temperatures for the aftertreatment systems are often not reached.
Eine Lösungsmöglichkeit besteht darin, die Katalysatoren zu vergrößern und/oder die aktive Masse zu erhöhen. Allerdings führt dies zu erheblich höheren Kosten.One possible solution is to increase the catalysts and / or to increase the active mass. However, this leads to significantly higher costs.
Auch eine Anhebung der Abgastemperaturen durch Drosseln des Abgas- oder Frischluftsystems und/oder eine Absenkung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses und/oder einer Veränderung der Einspritzzeitpunkte sind denkbar, führen jedoch zu einem Verbrauchsanstieg.An increase in the exhaust gas temperatures by throttling the exhaust or fresh air system and / or a reduction in the air / fuel ratio and / or a change in the injection times are conceivable, but lead to an increase in consumption.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Katalysatoren stromauf des Abgasturboladers anzuordnen, allerdings kommt es dabei zu einer hohen thermischen Belastung der Katalysatoren, die bis zu deren Schädigung führen kann. So liegen die Abgastemperaturen stromauf des Turboladers bis zu 900°C.Another possibility is to arrange the catalysts upstream of the exhaust gas turbocharger, but this leads to a high thermal load of the catalysts, which can lead to their damage. The exhaust gas temperatures upstream of the turbocharger are up to 900 ° C.
Zusätzlich kommt es bei einigen Katalysatortypen, wie NO-Oxidations- und NOx-Speicherkatalysatoren, bei zu hohen Temperaturen zu einem Rückgang der erreichbaren Umsätze.In addition, in some types of catalysts, such as NO oxidation and NOx storage catalysts, at too high temperatures, a decline in the achievable revenues.
Einen weiteren wichtigen Betriebsparameter zur Veränderung der Umsätze stellt der Druck dar, unter dem die Katalysatoren arbeiten. Da mit steigendem Druck auch die Partialdrücke der umzusetzenden Abgaskomponenten ansteigen, kommt es zu einer Beschleunigung der Reaktionen. Dies führt im Vergleich zu niedrigeren Betriebsdrücken bei gleichen Temperaturen zu höheren Umsätzen. Eine Möglichkeit den Betriebsdruck anzuheben, wäre eine Drossel stromab des Nachbehandlungssystems anzubringen und dadurch den Abgasgegendruck zu erhöhen. Dies wird in der Praxis jedoch üblicherweise nicht durchgeführt, da dies einen deutlichen Verbrauchsanstieg zur Folge hat.Another important operating parameter for changing sales is the pressure under which the catalysts operate. Since the partial pressures of the exhaust gas components to be converted increase with increasing pressure, the reactions are accelerated. This leads to higher conversions compared to lower operating pressures at the same temperatures. One way to increase the operating pressure would be to install a throttle downstream of the aftertreatment system and thereby increase the exhaust backpressure. However, this is usually not done in practice because it results in a significant increase in consumption.
NO-Oxidationskatalysatoren werden sowohl beim SCR-Verfahren (selektive katalytische Reduktion), wie auch für die verbesserte Regeneration von Partikelfiltern eingesetzt.NO oxidation catalysts are used both in the SCR (Selective Catalytic Reduction) process and for the improved regeneration of particulate filters.
An den meist platinhaltigen NO-Oxidationskatalysatoren wird mit Hilfe von im Abgas enthaltenen Sauerstoff aus dem vom Motor emittierten Stickstoffmonoxid das starke Oxidationsmittel Stickstoffdioxid gebildet.
Das Problem dieser NO-Oxidationskatalysatoren besteht darin, dass die maximal erzielbaren NO2-Anteile bei hohen Temperaturen thermodynamisch begrenzt werden. Dies führt dazu, dass, im Gegensatz zu anderen Abgaskatalysatoren die gewünschten Umsätze nach einem Anstieg bei niedrigen Temperaturen bei hohen Temperaturen wieder absinken und sich kein ausgeprägtes, plateauartiges Umsatzmaximum ausbildet.The problem of these NO oxidation catalysts is that the maximum achievable NO 2 levels are thermodynamically limited at high temperatures. This means that, in contrast to other catalytic converters, the desired conversions fall again after a rise at low temperatures at high temperatures and no pronounced, plateau-like sales maximum is formed.
Ein weiteres Problem stellt die Verschwefelung der NO-Oxidations- und NOx-Speicherkatalysatoren durch im Kraftstoff und/oder im Motorenöl enthaltenen Schwefel dar. Durch die Speicherung des Schwefels in den Katalysatoren geht deren NO-Oxidations- und/oder NOx-Speicherfähigkeit zurück. Eine Regeneration der Katalysatoren kann durch Anhebung der Abgastemperaturen auf über 500°C erfolgen, allerdings wird diese Temperatur im normalen Fahrzeugbetrieb stromab des Turboladers kaum erreicht.Another problem is the sulfurization of the NO oxidation and NOx storage catalysts by sulfur contained in the fuel and / or in the engine oil. The storage of sulfur in the catalysts reduces their NO oxidation and / or NOx storage capacity. A regeneration of the catalysts can be carried out by raising the exhaust gas temperatures to over 500 ° C, but this temperature is hardly reached in the normal vehicle operation downstream of the turbocharger.
Der Einsatz von SCR-Katalysatoren erfolgt seit vielen Jahren im Kraftwerksbereich und in jüngster Zeit auch bei Brennkraftmaschinen. Eine ausführliche Darstellung solcher Verfahren ist der
Als Reduktionsmittel kommen in der praktischen Anwendung Ammoniak oder Ammoniak abspaltende Verbindungen, wie Harnstoff oder Ammoniumformiat, in fester oder Lösungsform zum Einsatz.As reducing agents, ammonia or ammonia releasing compounds, such as urea or ammonium formate, in solid or solution form are used in practical application.
Für die Umsetzung von einem Mol Stickstoffmonoxid ist dabei ein Mol Ammoniak notwendig.
Für die Zersetzung des Reduktionsmittels ist, insbesondere nach dem Start der Brennkraftmaschine, bzw. beim Betreiben der Brennkraftmaschine im unteren Leistungsbereich, die Abgastemperatur zu niedrig, um ohne den Anfall problematischer Nebenprodukte Ammoniak zu erzeugen.For the decomposition of the reducing agent, in particular after the start of the internal combustion engine, or when operating the internal combustion engine in the lower power range, the exhaust gas temperature is too low to produce without the onset of problematic by-products ammonia.
Im Zusammenhang mit der Zersetzung von Harnstoff ((NH2)2CO) in Ammoniak (NH3) ist bekannt, dass dies unter optimalen Bedingungen (Temperaturen über 350°C) in zwei Stufen geschieht, nach
Liegt das Reduktionsmittel in wässriger Form vor, wie Z. B. als eutektische Harnstofflösung (Markenname AdBlue), muss dieses Wasser zusätzlich vor und während der eigentlichen Thermo- und Hydrolyse verdampfen.If the reducing agent is present in aqueous form, such as, for example, as a eutectic urea solution (brand name AdBlue), this water must additionally evaporate before and during the actual thermal and hydrolysis.
Sind die bei der vorstehenden Reaktion nach (3) und (4) vorliegenden Temperaturen unter 350°C bzw. wird nur langsam erhitzt, ist es aus der
Wird den SCR-Katalysatoren ein platinhaltiger NO-Oxidationskatalysator zur Bildung von NO2 vorgeschaltet
Dabei ist darauf zu achten, dass der NO2-Anteil an den Gesamtstickoxiden nicht über 50% liegt, da es ansonsten zu einem Rückgang des NOx-Umsatzes kommt. Um dies zu gewährleisten, kann ein Bypass zum NO-Oxidationskatalysator angebracht werden, der bei zu hohen NO2-Anteilen geöffnet wird, um die gebildete NO2-Menge abzusenken. Beschrieben werden solche Bypasslösungen in
Bei in Fahrzeugen betriebenen Brennkraftmaschinen gestaltet sich die Stickoxidreduzierung mit Hilfe des SCR-Verfahrens deshalb schwierig, weil dort wechselnde Betriebsbedingungen vorliegen, was die mengenmäßige Zumessung des Reduktionsmittels erschwert. Es soll zwar einerseits ein möglichst hoher Umsatz an Stickoxiden erreicht werden, andererseits ist aber darauf zu achteten, dass es nicht zur Emission von unverbrauchtem Ammoniak kommt. Um hier Abhilfe zu schaffen, wird häufig ein, dem SCR-Katalysator nachgeordneter Ammoniak-Sperrkatalysator eingesetzt, der überschüssigen Ammoniak zu Stickstoff und Wasserdampf umsetzt. Weiter kann der Einsatz von V2O5 als Aktivmaterial für den SCR-Katalysator dann Probleme aufwerfen, wenn die Abgastemperatur am SCR-Katalysator über 650°C liegt, weil V2O5 dann sublimiert. Hier bietet sich der Einsatz von Fe-, Cu- oder Co-haltigen Zeolithen als SCR-Katalysatoren an.In internal combustion engines operated in vehicles, nitrogen oxide reduction with the aid of the SCR method is therefore difficult because there are changing operating conditions, which makes the metering of the reducing agent more difficult. Although on the one hand the highest possible conversion of nitrogen oxides is to be achieved, on the other hand it is important to ensure that the emission of unused ammonia does not occur. In order to remedy this situation, an ammonia blocking catalyst arranged downstream of the SCR catalyst is frequently used, which converts excess ammonia into nitrogen and water vapor. Further, the use of V 2 O 5 as the active material for the SCR catalyst may pose problems when the exhaust temperature at the SCR catalyst is above 650 ° C because V 2 O 5 then sublimates. Here, the use of Fe, Cu or Co-containing zeolites as SCR catalysts offers.
Zur Minimierung der Feinstoffpartikel werden sowohl im Kraftwerksbereich als auch bei Fahrzeugen entweder sogenannte Partikelabscheider oder Partikelfilter eingesetzt. Eine für die Anwendung in Fahrzeugen typische Anordnung mit Partikelabscheider ist beispielsweise in der
Um die zukünftig geltenden Abgasbestimmungen zu erfüllen, ist der gleichzeitige Einsatz sowohl von Anordnungen zur Reduzierung der Stickoxidemission, als auch von Anordnungen zur Reduzierung der Feinstoffpartikelemission erforderlich. Hierzu sind bereits verschiedene Anordnungen und Verfahren bekannt geworden.In order to comply with the future applicable exhaust gas regulations, the simultaneous use of both arrangements for the reduction of nitrogen oxide emission, as well as arrangements for reducing the particulate matter emission is required. Various arrangements and methods have already become known for this purpose.
In der
Eine weitere Kombination aus einem Partikelfilter und einer Anordnung zur selektiven katalytischen Reduktion ist aus der
Weiter ist es aus der
Aus der
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung unter Vermeidung der Nachteile bekannter Anordnungen die Betriebsbedingungen mindestens eines Katalysators zur Abgasnachbehandlung so zu steuern oder zu regeln, dass sich die gewünschten Umsätze ergeben.Starting from the above-described prior art, the object of the invention, while avoiding the disadvantages of known arrangements, is to control or regulate the operating conditions of at least one exhaust aftertreatment catalyst such that the desired conversions result.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1. This object is achieved according to the characterizing part of
Zur Veränderung der Betriebsparameter, wie Temperatur und/oder Betriebsdruck mindestens eines Katalysators zur Veränderung der Zusammensetzung des Abgases einer Brennkraftmaschine und/oder eines Partikelfilters und/oder Partikelabscheiders wird eine Anordnung vorgeschlagen, die mindestens zwei abgasbetriebenen Aufladegruppen umfasst, wobei mindestens zwei Abgasturbinen strömungstechnisch hintereinander angeordnet sind und mindestens ein Katalysator und/oder Partikelfilter und/oder Partikelabscheider zwischen den mindestens zwei Abgasturbinen angebracht ist und die Verdichterleistungen und/oder die Turbinenwirkungsgrade und/oder die Verdichterwirkungsgrade durch mindestens eine Einstell-Vorrichtung verändert werden.To change the operating parameters, such as temperature and / or operating pressure of at least one catalyst for changing the composition of the exhaust gas of an internal combustion engine and / or a particulate filter and / or Partikelabscheiders an arrangement is proposed which comprises at least two exhaust gas-driven Aufladegruppen, wherein at least two exhaust gas turbines arranged one behind the other in terms of flow and at least one catalyst and / or particulate filter and / or particle separator between the at least two exhaust gas turbines is mounted and the compressor outputs and / or the turbine efficiencies and / or the compressor efficiencies are changed by at least one adjusting device.
Die dem Motor strömungstechnisch näher liegende Turbine wird dabei als Hochdruckturbine, die weiter entfernte, als Niederdruckturbine bezeichnet.The turbine, which is closer to the engine in terms of flow, is referred to as a high-pressure turbine, which is located farther away, as a low-pressure turbine.
Durch die Veränderung der Verdichterleistung und/oder des Turbinenwirkungsgrades und/oder des Verdichterwirkungsgrades mindestens einer Aufladegruppe ist es möglich, die Abgasenthalpie, die dem Abgas über die erste Hochdruckturbine entzogen wird, zu verändern und somit die gewünschte Abgastemperatur, die am Katalysator und/oder Partikelfilter anliegt, einzustellen. Zusätzlich ist eine Optimierung der Umsätze durch Veränderung des Abgasdrucks zwischen den Turbinen und damit des Betriebsdrucks des Katalysators möglich.By changing the compressor capacity and / or the turbine efficiency and / or the compressor efficiency of at least one charging group, it is possible to change the exhaust gas enthalpy, which is extracted from the exhaust gas via the first high-pressure turbine, and thus the desired exhaust gas temperature at the catalyst and / or particulate filter to adjust. In addition, an optimization of the sales by changing the exhaust gas pressure between the turbines and thus the operating pressure of the catalyst is possible.
Soll beispielsweise die Temperatur und/oder der Abgasdruck am Katalysator abgesenkt werden, kann die Verdichterleistung der Hochdruckstufe angehoben werden. Dadurch wird dem Abgas mehr Enthalpie entzogen, was zu einer Verringerung der Abgastemperatur und des Abgasdrucks zwischen der Hoch- und Niederdruckturbine führt. Da der Niederdruckstufe nun weniger Abgasenthalpie zur Verfügung steht, geht deren Verdichterleistung entsprechend zurück, so dass die geförderte Frischluftmenge sich in Summe nur wenig verändert. Soll die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge konstant gehalten werden, ist es sinnvoll, die Verdichterleistung der Niederdruckstufe durch entsprechende Vorrichtungen gezielt abzusenken.For example, if the temperature and / or the exhaust pressure to be lowered at the catalyst, the compressor power of the high pressure stage can be raised. As a result, more enthalpy is removed from the exhaust gas, which leads to a reduction in the exhaust gas temperature and the exhaust gas pressure between the high and low pressure turbine. Since the low-pressure stage is now less exhaust enthalpy available, their compressor power is reduced accordingly, so that the funded fresh air amount changes in total only slightly. If the amount of air supplied to the internal combustion engine is to be kept constant, it makes sense to deliberately lower the compressor power of the low-pressure stage by means of appropriate devices.
Soll dagegen die Abgastemperatur und/oder der Abgasdruck am Katalysator angehoben werden, wird die Verdichterleistung der Hochdruckstufe abgesenkt und die der Niederdruckstufe entsprechend angehoben. Dies ist besonders beim Kaltstart der Brennkraftmaschine sinnvoll, um die Katalysatoren möglichst schnell aufzuheizen.If, on the other hand, the exhaust-gas temperature and / or the exhaust-gas pressure on the catalytic converter are to be raised, the compressor output of the high-pressure stage is lowered and the low-pressure stage correspondingly raised. This is particularly useful when cold starting the engine to heat the catalysts as quickly as possible.
Die Verdichterleistungen und/oder die Turbinenwirkungsgrade und/oder die Verdichterwirkungsgrade können durch mehrere, auch untereinander kombinierbare Vorrichtungen verändert werden.The compressor capacities and / or the turbine efficiencies and / or the compressor efficiencies can be changed by a plurality of devices which can also be combined with one another.
Die einfachste Lösung besteht darin, eine Bypassleitung parallel zur Abgasturbine vorzusehen und mit Hilfe einer Absperrvorrichtung im Bypass die über den Bypass an der Turbine vorbeigeleitete Abgasmenge einzustellen. Je mehr Abgas über diesen Bypass an der Turbine vorbeigeführt wird, desto weniger Verdichterarbeit kann von dieser Ladegruppe verrichtet werden. Eine solche Vorrichtung wird als „Wastegate” bezeichnet und ist als solche Stand der Technik.The simplest solution is to provide a bypass line parallel to the exhaust gas turbine and set with the aid of a shut-off device in the bypass over the bypass bypassing the turbine exhaust gas. The more exhaust gas that bypasses the turbine via this bypass, the less compressor work can be done by this charging group. Such a device is referred to as a "wastegate" and as such is prior art.
Eine zweite Möglichkeit besteht darin, über verstellbare Leitapparate die Anströmung der Turbinenschaufeln zu variieren, was zu einer Veränderung der Verdichterleistung und des Turbinenwirkungsgrades führt. Solche Vorrichtungen werden als Turbolader mit variabeler Turbinengeometrie, kurz „VTG”, bezeichnet und sind in
Eine dritte Ausführungsform sieht vor, eine Bypassleitung parallel zum Verdichter vorzusehen, über die Frischluft von der Hochdruckseite des Verdichters wieder auf die Niederdruckseite oder in die Umgebung zurückströmen kann. Durch eine verstellbare Absperrvorrichtung im Bypass kann die über den Bypass zurückströmende Frischluftmenge eingestellt oder eingeregelt werden, wodurch sich die Verdichterleistung und der Verdichterwirkungsgrad verändert.A third embodiment provides for a bypass line to be provided parallel to the compressor, via which fresh air can flow back from the high-pressure side of the compressor back to the low-pressure side or into the environment. By means of an adjustable shut-off device in the bypass, the amount of fresh air flowing back through the bypass can be adjusted or regulated, which alters the compressor capacity and the compressor efficiency.
Eine vierte Möglichkeit besteht darin, die Verdichterleistung durch Drosseln auf der Frischluftseite zu beeinflussen. Dabei können die Drosseln stromauf und/oder stromab des ersten und/oder zweiten Verdichters angebracht werden.A fourth possibility is to influence the compressor performance by throttling on the fresh air side. In this case, the throttles can be installed upstream and / or downstream of the first and / or second compressor.
Es ist auch möglich, die oben beschriebenen Vorrichtungen zu kombinieren. Ein Beispiel für eine auf solche Art kombinierte Aufladegruppe ist in
Auch eine verstellbare Drosselvorrichtung im Abgasstrom zwischen der Nieder- und Hochdruckturbine ist denkbar. Ist die Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug verbaut, kann diese Drosselvorrichtung so ausgeführt sein, dass sie im Bremsbetrieb geschlossen wird, wodurch sie als Motorstaubremse wirkt.An adjustable throttle device in the exhaust gas flow between the low and high pressure turbine is conceivable. If the internal combustion engine is installed in a vehicle, this throttle device can be designed such that it is closed in the braking mode, whereby it acts as a motor dust brake.
Die Abgastemperaturen und Abgasdrücke zur Stellung oder Regelung des Systems können mit Hilfe von geeigneten Sensoren bestimmt oder aus, in einer elektronischen Kontrolleinheit abgelegten Modellen, also Tabellen bzw. Kurven, abgeschätzt werden.The exhaust gas temperatures and exhaust gas pressures for position or regulation of the system may be determined or determined by means of suitable sensors an electronic control unit stored models, ie tables or curves are estimated.
In der elektronischen Kontrolleinheit werden zudem die Soll-Betriebsparameter für den zwischen den Abgasturbinen angebrachten Katalysatoren ermittelt und die entsprechenden Stellen angesteuert. Dies geschieht ebenfalls über geeignete Modelle und/oder Sensoren, wobei die Rohemissionen und/oder die Sollemissionen und/oder die tatsächlichen Emissionen nach dem System und/oder die Abgasmasse und/oder die Luftmasse und/oder das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis und/oder der Ladedruck und/oder der Atmosphäredruck und/oder die Abgasrückführungsrate und/oder der Abgasgegendruck und/oder der Restsauerstoffgehalt im Abgas und/oder die Betriebsdauer der Brennkraftmaschine und/oder des Nachbehandlungssystems zur Bestimmung der Sollparameter herangezogen werden.In addition, the target operating parameters for the catalytic converters mounted between the exhaust gas turbines are determined in the electronic control unit and the corresponding points are activated. This is also done via suitable models and / or sensors, whereby the raw emissions and / or the target emissions and / or the actual emissions according to the system and / or the exhaust mass and / or the air mass and / or the fuel / air ratio and / or or the boost pressure and / or the atmospheric pressure and / or the exhaust gas recirculation rate and / or the exhaust gas backpressure and / or the residual oxygen content in the exhaust gas and / or the service life of the internal combustion engine and / or the aftertreatment system are used to determine the desired parameters.
Das Verfahren bzw. eine entsprechend eingerichtete elektronischen Kontrolleinheit kann auch dazu eingesetzt werden, die Abgastemperatur kurzfristig anzuheben, um eine Regeneration des Abgasnachbehandlungssystems durchzuführen. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn NO-Oxidations- und/oder NOx-Speicherkatalysatoren eingesetzt werden. Bei diesen Katalysatoren kommt es sehr leicht zu einer Sulfatisierung und einem dadurch bedingten Umsatzrückgang. Werden diese Katalysatoren zwischen den beiden Turbinen angebracht, kann durch eine kurzzeitige Veränderung der Verdichterleistung und/oder des Turbinenwirkungsgrades und/oder des Verdichterwirkungsgrades mindestens einer Aufladegruppe eine deutliche Temperaturanhebung an den Katalysatoren erzeugt und dadurch sehr einfach eine thermische Desulfatisierung dieser Katalysatoren durchgeführt werden. Entgegen dem Stand der Technik, bei dem üblicherweise zusätzlich Kraftstoff in die Brennkraftmaschine und/oder das Abgassystem zugegeben und/oder die Einspritzbeginne des Kraftstoffs nach „spät” verstellt werden, führt das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die entsprechend eingerichtete elektronischen Kontrolleinheit zu einem weit geringeren Anstieg des Kraftstoffverbrauchs.The method or an appropriately configured electronic control unit can also be used to raise the exhaust gas temperature in the short term to perform a regeneration of the exhaust aftertreatment system. This is useful, for example, when NO oxidation and / or NO x storage catalysts are used. In these catalysts, it is very easy to sulfation and consequent sales decline. If these catalysts are installed between the two turbines, a short-term change in the compressor capacity and / or the turbine efficiency and / or the compressor efficiency of at least one charging group can produce a significant increase in temperature on the catalysts, and thermal desulfation of these catalysts can be carried out very simply. Contrary to the state of the art, in which fuel is usually additionally added to the internal combustion engine and / or the exhaust system and / or the injection starts of the fuel are adjusted "late", the method according to the invention or the correspondingly configured electronic control unit leads to a much smaller increase of fuel consumption.
Auf gleiche Weise kann ein zwischen den Turbinen angebrachter Partikelfilter regeneriert werden, da es bei hohen Temperaturen zu einer Oxidation des im Partikelfilter abgeschiednen kohlenstoffhaltigen Rußes mit Hilfe von Sauerstoff kommt.
Als Abgasnachbehandlungskomponenten zwischen den mindestens zwei Abgasturbinen können NO-Oxidationskatalysatoren und/oder Drei-Wege-Katalysatoren und/oder NOx-Speicherkatalysatoren und/oder Harnstoff-Zersetzungskatalysatoren und/oder Hydrolysekatalysatoren und/oder Katalysatoren zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen und/oder Katalysatoren zur Oxidation von Kohlenmonoxid und oder Katalysatoren zur Oxidation von Ammoniak und/oder SCR-Katalysatoren und/oder Partikelfilter und/oder Partikelabscheider verwendet werden.As exhaust aftertreatment components between the at least two exhaust gas turbines NO-oxidation catalysts and / or three-way catalysts and / or NOx storage catalysts and / or urea decomposition catalysts and / or hydrolysis catalysts and / or catalysts for the oxidation of hydrocarbons and / or catalysts for the oxidation of Carbon monoxide and / or catalysts for the oxidation of ammonia and / or SCR catalysts and / or particulate filter and / or particle are used.
Diese können auch zu einer baulichen Einheit zusammengefasst werden.These can also be combined into a structural unit.
Als Material für den Partikelfilter eignen sich in vorteilhafter Weise Cordierit oder Siliziumcarbid oder Sintermetall oder keramische Fasern oder Silikatfasern oder Metallgestricke oder Aluminiumtitanat.Cordierite or silicon carbide or sintered metal or ceramic fibers or silicate fibers or metal knits or aluminum titanate are advantageously suitable as material for the particle filter.
Als Aktivkomponenten für die NO-Oxidations-, Drei-Wege- und NH3-Oxidationskatalysatoren kommen Elemente der Platinmetallgruppe und deren Oxide und/oder Zeolithe in Frage.Suitable active components for the NO oxidation, three-way and NH 3 oxidation catalysts are elements of the platinum metal group and their oxides and / or zeolites.
Als Aktivkomponenten für die SCR-Katalysatoren sind Vanadiumoxid und/oder Wolframoxid und/oder Titandioxid und/oder Eisenzeolithe und/oder Kupferzeolithe und/oder Kobaltzeolithe einsetzbar. Zur NOx-Umsetzung muss die Reduktionsmittelzuführung stromauf des SCR-Katalysators erfolgen, vorteilhaft zwischen der Hochdruckstufe und dem SCR-Katalysator.Vanadium oxide and / or tungsten oxide and / or titanium dioxide and / or iron zeolites and / or copper zeolites and / or cobalt zeolites can be used as active components for the SCR catalysts. Carried out for NO x conversion must reductant supply upstream of the SCR catalyst, advantageously between the high pressure stage and the SCR catalyst.
Als Aktivkomponenten für die NO-Speicherkatalysatoren sind Bariumoxid und Platinmetalle denkbar.Barium oxide and platinum metals are conceivable as active components for the NO storage catalysts.
Als Aktivkomponente für die Harnstoffzersetzungskatalysatoren kommen TiO2 und/oder TiO2/SiO2 und/oder TiO2/SiO2/Al2O3 und/oder Zeolithe in Frage.Suitable active components for the urea decomposition catalysts are TiO 2 and / or TiO 2 / SiO 2 and / or TiO 2 / SiO 2 / Al 2 O 3 and / or zeolites.
Bei Einsatz eines SCR- und/oder Harnstoffzersetzungskatalysators ist es sinnvoll, das benötigte Reduktionsmittel stromab der Hochdruckturbine und stromauf der SCR- oder Harnstoffzersetzungskatalysatoren zuzugeben.When using an SCR and / or urea decomposition catalyst, it makes sense to add the required reducing agent downstream of the high pressure turbine and upstream of the SCR or urea decomposition catalysts.
Die oben beschriebenen Katalysatoren können in einem Gehäuse untergebracht werden, das gleichzeitig als Abgasschalldämpfer wirkt. Hierfür können Dämpfungsvolumen und/oder Dämmmatten und/oder perforierte Zwischenbleche und/oder perforierte Rohrstücke eingesetzt werden.The catalysts described above can be housed in a housing which simultaneously acts as an exhaust muffler. For this purpose, damping volume and / or insulating mats and / or perforated intermediate plates and / or perforated pipe sections can be used.
Nachfolgend wird die Erfindung mit Hilfe der Zeichnungen anhand einiger Beispiele näher erläutert, es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the drawings with reference to some examples, in which:
In
In
Bei dem Katalysator
Handelt es sich bei dem Katalysator
Die Anordnung nach
Eine weitere Möglichkeit, die Verdichterleistung der Verdichter
Eine Kombination der Anordnung gemäß
Der in
Wie weiter in
Bei Einsatz eines SCR- und/oder Harnstoffzersetzungskatalysators ist es sinnvoll, das benötigte Reduktionsmittel stromab der Hochdruckturbine und stromauf der SCR- oder Harnstoffzersetzungskatalysatoren zuzugeben.When using an SCR and / or urea decomposition catalyst, it makes sense to add the required reducing agent downstream of the high pressure turbine and upstream of the SCR or urea decomposition catalysts.
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