DE102017203267A1 - Internal combustion engine with an exhaust system - Google Patents

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Abstract

Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage, zum Abführen von Abgas der Brennkraftmaschine, wobei in der Abgasanlage ein Partikelfilter angeordnet ist und wobei eine Sekundärlufteinlassöffnung vorgesehen ist zum Einleiten von Sekundärluft über ein Verschlusselement in die Abgasanlage, wobei die Sekundärlufteinlassöffnung in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Partikelfilter in der Abgasanlage angeordnet ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung bleibt der Partikelfilter von der hohen Exothermen verschont, bei gleichzeitiger Reduzierung der Kohlenmonoxid-Emissionen.

Figure DE102017203267A1_0000
Internal combustion engine with an exhaust system, for discharging exhaust gas of the internal combustion engine, wherein a particulate filter is arranged in the exhaust system and wherein a secondary air inlet opening is provided for introducing secondary air via a closure element in the exhaust system, wherein the secondary air inlet opening in the flow direction of the exhaust gas to the particulate filter in the exhaust system is arranged.
The inventive design of the particulate filter is spared by the high exotherms, while reducing carbon monoxide emissions.
Figure DE102017203267A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an internal combustion engine having an exhaust system with the features of the preamble of patent claim 1.

Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die Deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2012 021 573 A1 hingewiesen. Aus dieser Offenlegungsschrift sind ein Verfahren zum Betreiben eines Brenners sowie eine Abgasanlage mit einem derart betreibbaren Brenner bekannt. Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines mit Luft und Kraftstoff betriebenen Brenners einer Abgasanlage beschrieben, dessen Brennerabgas mit einem verbrennungsmotorischen Abgas in der fremdgezündeten Brennkraftmaschine zusammengeführt und ein so erhaltenes Mischabgas wenigstens einem eine Drei-Wege katalytische Funktion aufweisenden Abgaskatalysator zugeführt wird, wobei ein Ist-Sauerstoffgehalt (Lambda-ist) des Mischabgases oder eine hiermit korrelierende Größe gemessen wird und eine dem Brenner zugeführten Kraftstoffmenge (mk) so beeinflusst wird, dass sich der Ist-Sauerstoffgehalt (Lambda-ist) einem Sollsauerstoffgehalt (Lambda-soll) des Mischabgases zumindest annähert.For technical environment is for example on the German disclosure DE 10 2012 021 573 A1 pointed. From this publication, a method for operating a burner and an exhaust system with a burner operable in this way are known. The invention relates to a method for operating an air-fueled and combustible burner of an exhaust system, the burner exhaust gas of which is combined with an internal combustion engine exhaust gas in the spark-ignition internal combustion engine and a mixed exhaust gas thus obtained is fed to at least one catalytic converter having a three-way catalytic function, wherein an actual exhaust gas is present. Oxygen content (lambda-is) of the mixed exhaust gas or a correlated therewith size is measured and an amount of fuel supplied to the burner (m k ) is influenced so that the actual oxygen content (lambda) is a desired oxygen content (lambda-soll) of the mixed exhaust gas at least approaches.

Weiter ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 044 102 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit einem Partikelfilter bekannt. In dieser Offenlegungsschrift wird eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine beschrieben, die einen Abgasstrang aufweist, der mit einer Auslassseite der Brennkraftmaschine verbindbar ist, wobei im Abgasstrang in stromabwendiger Richtung wenigstens ein Katalysator angeordnet und diesem ein Partikelfilter nachgeschaltet ist. Ferner ist dem Abgasstrang stromaufwärts des Partikelfilters eine Sekundärlufteinlassöffnung zum Einleiten von Sekundärluft über wenigstens ein Ventil in den Abgasstrang vorgesehen, wobei die Sekundärluft verdichtete Luft ist.Next is from the German patent application DE 10 2010 044 102 A1 , from which the present invention proceeds, an exhaust system for an internal combustion engine with a particulate filter known. In this publication, an exhaust system for an internal combustion engine is described, which has an exhaust line, which is connectable to an outlet side of the internal combustion engine, wherein in the exhaust line in the downstream direction arranged at least one catalyst and this is followed by a particle filter. Further, the exhaust line upstream of the particulate filter, a secondary air inlet opening for introducing secondary air via at least one valve is provided in the exhaust line, wherein the secondary air is compressed air.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Schriften führen die Sekundärluft vor dem Ottopartikelfilter ( DE 10 2010 044 102 A1 ) oder vor dem Katalysator ( DE 10 2012 021 573 A1 ) zu, wobei typischerweise der Ottopartikelfilter in Abgasströmungsrichtung hinter dem Katalysator angeordnet ist. Diese bestehenden Anordnungen haben den Nachteil, dass die hohe Exotherme zu einem Ottopartikelfilterschaden oder Katalysatorschaden führen kann, oder die Lebensdauer der emissionsrelevanten Bauteile verkürzt werden. Die freiwerdende hohe Exotherme (Wärmeenergie) kommt durch die Oxidation der Kohlenstoffmonoxide direkt im Abgas, durch die Oxidation der Kohlenstoffmonoxide auf einer katalytisch beschichteten Oberfläche oder durch die Oxidation von Ruß im Ottopartikelfilter zustande.The documents known from the prior art carry the secondary air in front of the Otto particle filter ( DE 10 2010 044 102 A1 ) or in front of the catalyst ( DE 10 2012 021 573 A1 ), wherein typically the gasoline particulate filter is located downstream of the catalyst in the exhaust gas flow direction. These existing arrangements have the disadvantage that the high exotherm can lead to an Ottopartikelfiltergeschaden or catalyst damage, or the life of the emission-relevant components are shortened. The released high exotherm (thermal energy) comes about through the oxidation of the carbon monoxide directly in the exhaust gas, by the oxidation of the carbon monoxide on a catalytically coated surface or by the oxidation of soot in the Ottopartikelfilter.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, um die oben genannten Nachteile zu vermeiden.Object of the present invention is to show a measure to avoid the above-mentioned disadvantages.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features in the characterizing part of patent claim 1.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass durch die Sekundärlufteinblasung nach dem Partikelfilter der Partikelfilter und ein eventuell vor dem Partikelfilter angeordneter Katalysator von der hohen Exotherme verschont bleiben bei gleichzeitiger Reduzierung der Kohlenstoffmonoxid-Emissionen. Die erfindungsgemäße Anordnung ist sowohl für Otto- als auch Dieselbrennverfahren geeignet.The advantage of the present invention is that the secondary air injection downstream of the particle filter leaves the particle filter and any catalyst arranged upstream of the particle filter from the high exotherm, while reducing carbon monoxide emissions. The arrangement according to the invention is suitable for both gasoline and diesel combustion.

Durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 kann die erfindungsgemäße Anordnung auch für Brennkraftmaschinen mit einer Abgasturboaufladung verwendet werden.Due to the configuration according to claim 2, the arrangement according to the invention can also be used for internal combustion engines with a turbocharger.

Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 ist eine bevorzugte Ausführungsvariante, bei der in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ausreichend Luft für die Sekundärlufteinleitung vorliegt.The embodiment according to claim 3 is a preferred embodiment, in which there is sufficient air for the secondary air introduction in each operating state of the internal combustion engine.

Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 ist eine zweite bevorzugte Ausführungsvariante, bei der zur Förderung der Luft ein elektrischer Verdichter verwendet wird, der jedoch bedarfsgerecht immer zuschaltbar sein muss.The embodiment according to claim 4 is a second preferred embodiment, in which an electric compressor is used to convey the air, but which must always be switchable as needed.

Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 ist eine Effizienzsteigerung bei der Reduzierung von Kohlenstoffmonoxid möglich.With the embodiment according to claim 5 an increase in efficiency in the reduction of carbon monoxide is possible.

Die Ausgestaltungen gemäß den Patentansprüchen 6 bis 9 sind bevorzugte Ausführungsvarianten für unterschiedliche Konfigurationen von Abgasreinigungsanlagen sowohl für Otto- als auch Dieselbrennverfahren.The embodiments according to the claims 6 to 9 are preferred embodiments for different configurations of emission control systems for both gasoline and diesel combustion.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines schematischen Aufbaus des Gesamtsystems sowie für zwölf weitere Ausführungsvarianten in dreizehn Figuren näher beschrieben.

  • 1 zeigt einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage.
  • 2 zeigt schematisch eine erste Ausführungsvariante.
  • 3 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsvariante.
  • 4 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsvariante.
  • 5 zeigt schematisch eine vierte Ausführungsvariante.
  • 6 zeigt schematisch eine fünfte Ausführungsvariante.
  • 7 zeigt schematisch eine sechste Ausführungsvariante.
  • 8 zeigt schematisch eine siebte Ausführungsvariante.
  • 9 zeigt schematisch eine achte Ausführungsvariante.
  • 10 zeigt schematisch eine neunte Ausführungsvariante.
  • 11 zeigt schematisch eine zehnte Ausführungsvariante.
  • 12 zeigt schematisch eine elfte Ausführungsvariante.
  • 13 zeigt schematisch eine zwölfte Ausführungsvariante.
The invention is described in more detail below with reference to a schematic structure of the overall system and to twelve further variants in thirteen figures.
  • 1 shows a schematic structure of an internal combustion engine according to the invention with an exhaust system.
  • 2 schematically shows a first embodiment.
  • 3 schematically shows a second embodiment.
  • 4 schematically shows a third embodiment.
  • 5 schematically shows a fourth embodiment.
  • 6 schematically shows a fifth embodiment.
  • 7 schematically shows a sixth embodiment.
  • 8th schematically shows a seventh embodiment.
  • 9 schematically shows an eighth embodiment.
  • 10 schematically shows a ninth embodiment variant.
  • 11 schematically shows a tenth embodiment variant.
  • 12 shows schematically an eleventh embodiment.
  • 13 schematically shows a twelfth embodiment.

Im Folgenden gelten in den Figuren 1 bis 13 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.The following apply in the figures 1 to 13 for same components the same reference numbers.

1 zeigt einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 mit einer Abgasanlage 2. Die Abgasanlage 2 dient zum Abführen von Abgas der Brennkraftmaschine 1, wobei in der Abgasanlage 2 ein Partikelfilter 3 angeordnet ist. Weiter ist in der Abgasanlage 2 eine Sekundärlufteinlassöffnung 4 vorgesehen, zum Einleiten von Sekundärluft über ein Verschlusselement 5 in die Abgasanlage 2. Das Verschlusselement 5 kann beispielsweise ein Ventil oder eine Klappe sein. Erfindungsgemäß ist die Sekundärlufteinlassöffnung 4 in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Partikelfilter 3 in der Abgasanlage 2 angeordnet. 1 shows a schematic structure of an internal combustion engine according to the invention 1 with an exhaust system 2 , The exhaust system 2 serves for discharging exhaust gas of the internal combustion engine 1 , being in the exhaust system 2 a particle filter 3 is arranged. Next is in the exhaust system 2 a secondary air inlet opening 4 provided for introducing secondary air via a closure element 5 in the exhaust system 2 , The closure element 5 may be for example a valve or a flap. According to the invention, the secondary air inlet opening 4 in the flow direction of the exhaust gas after the particle filter 3 in the exhaust system 2 arranged.

Eine Strömungsrichtung des Abgases ist in der Abgasanlage 2 durch kleine Pfeile dargestellt. Eine Strömungsrichtung der Sekundärluft ist ebenfalls durch einen kleinen Pfeil im Bereich der Sekundärlufteinlassöffnung 4 dargestellt.A flow direction of the exhaust gas is in the exhaust system 2 represented by small arrows. A flow direction of the secondary air is also indicated by a small arrow in the area of the secondary air inlet opening 4 shown.

Bei dieser oben genannten Ausführung, handelt es sich um eine Brennkraftmaschine mit saugmotorischem Betrieb.In this embodiment above, it is an internal combustion engine with suction engine operation.

In einer ersten Ausführungsvariante der 1 kann die Sekundärlufteinlassöffnung 4 mit dem Frischluftstrang 8 zwischen dem Verdichter 7 und der Brennkraftmaschine 1 über eine Sekundärluftleitung 9 mit einem Verschlusselement 5, wie beispielsweise einem Ventil oder einer Klappe, Luftführend verbindbar sein.In a first embodiment of the 1 can the secondary air inlet 4 with the fresh air line 8th between the compressor 7 and the internal combustion engine 1 via a secondary air line 9 with a closure element 5 , such as a valve or a flap, be air-conducting connectable.

In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Sekundärlufteinlassöffnung 4 auch mit einem elektrischen Verdichter über eine Sekundärluftleitung luftführend verbindbar sein.In a further, not shown embodiment, the secondary air inlet opening 4 also be connected to an electric compressor via a secondary air line air-conducting.

Erfindungsgemäß kann diese Anordnung jedoch auch, wie in 1 dargestellt ist, für eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader eingesetzt werden. Hierbei weist die Brennkraftmaschine 1 einen Abgasturbolader mit einer Turbine 6 und einem Verdichter 7 auf, wobei die Turbine 6 in der Abgasanlage 2 zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Partikelfilter 3 und der Verdichter 7 in einem Frischluftstrang 8 der Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist.According to the invention, however, this arrangement can also, as in 1 is shown, are used for an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger. In this case, the internal combustion engine 1 an exhaust gas turbocharger with a turbine 6 and a compressor 7 on, with the turbine 6 in the exhaust system 2 between the internal combustion engine 1 and the particulate filter 3 and the compressor 7 in a fresh air line 8th the internal combustion engine 1 is arranged.

Eingangsseitig in den Frischluftstrang 8, ist eine Strömungsrichtung der Frischluft ist durch einen Pfeil dargestellt. In Strömungsrichtung der Frischluft ist in der Frischluftleitung 8 zuerst ein Luftfilter 16 angeordnet, dann der Verdichter 7, weiter ein Ladeluftkühler 16 und eine Drosselklappe 18. Darüber hinaus ist in dem Ausführungsbeispiel in 1 zwischen der Turbine 6 und dem Partikelfilter 3, der bevorzugt ein Ottopartikelfilter ist, aber auch ein Dieselpartikelfilter sein kann, ein erster Katalysator 10 vorgesehen. Weiter ist in dem Abgasstrang 2 nach der Sekundärlufteinlassöffnung 4 in der Abgasanlage 2 ein Schalldämpfer 19 angeordnet.Input side in the fresh air line 8th , is a direction of flow of fresh air is shown by an arrow. In the flow direction of the fresh air is in the fresh air line 8th first an air filter 16 arranged, then the compressor 7 , continue with a charge air cooler 16 and a throttle 18 , Moreover, in the embodiment in FIG 1 between the turbine 6 and the particulate filter 3 , which is preferably a gasoline particulate filter, but may also be a diesel particulate filter, a first catalyst 10 intended. Next is in the exhaust system 2 after the secondary air inlet opening 4 in the exhaust system 2 a silencer 19 arranged.

In den folgenden 2 bis 13 sind zwölf weitere Ausführungsvarianten für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine dargestellt. In jeder Figur sind die Abgasanlage 2 in Strömungsrichtung des Abgases nach der Turbine 6 und die Sekundärluftleitung 9 in Strömungsrichtung der Sekundärluft nach dem Verschlusselement 5 als Ausschnittsvergrößerung dargestellt.In the following 2 to 13 twelve further variants of the internal combustion engine according to the invention are shown. In each figure are the exhaust system 2 in the flow direction of the exhaust gas after the turbine 6 and the secondary air line 9 in the direction of flow of the secondary air after the closure element 5 shown as a detail enlargement.

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Partikelfilter 3 zumindest zwei Sekundärlufteinlassöffnungen 4, im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier, in der Abgasanlage 2 vorgesehen sind. Durch diese Maßnahme ist die Reduzierung des Kohlenstoffmonoxids deutlich effizienter. Weiter ist in 2 in Strömungsrichtung des Abgases hinter den Sekundärlufteinlassöffnungen 4 ein Schalldämpfer 19 angeordnet. 2 shows a first embodiment, wherein in the flow direction of the exhaust gas behind the particulate filter 3 at least two secondary air inlet openings 4 in the present embodiment four, in the exhaust system 2 are provided. By this measure, the reduction of carbon monoxide is much more efficient. Next is in 2 in the flow direction of the exhaust gas behind the secondary air inlet openings 4 a silencer 19 arranged.

3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Partikelfilter 3 der erster Katalysator 10 in der Abgasanlage 2 angeordnet ist. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist der erste Katalysator 10 ein Drei-Wege-Katalysator 11. Weiter ist in Strömungsrichtung des Abgases nach der Sekundärlufteinlassöffnung 4 in der Abgasanlage 2 ein Schalldämpfer 19 angeordnet. 3 shows a second embodiment, in which between the internal combustion engine 1 and the particulate filter 3 the first catalyst 10 in the exhaust system 2 is arranged. In this second embodiment, the first catalyst 10 a three-way catalyst 11 , Next is in the flow direction of the exhaust gas to the secondary air inlet opening 4 in the exhaust system 2 a silencer 19 arranged.

4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem in Strömungsrichtung des Abgases hinter der Sekundärlufteinlassöffnung 4 ein zweiter Katalysator 14 in der Abgasanlage 2 angeordnet ist. 4 shows a third embodiment, wherein in the flow direction of the exhaust gas behind the secondary air inlet opening 4 a second catalyst 14 in the exhaust system 2 is arranged.

5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel bei dem in Strömungsrichtung des Abgases hinter der Sekundärlufteinlassöffnung 4 ein zweiter Katalysator 14 vorgesehen ist und der erste Katalysator 10 entfallen ist. 5 shows a fourth embodiment in the direction of flow of the exhaust gas behind the secondary air inlet opening 4 a second catalyst 14 is provided and the first catalyst 10 has been omitted.

6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel bei dem der erste Katalysator 10 ein NOx-Speicherkatalysator 12 ist und der zweite Katalysator 14 entfallen ist. 6 shows a fifth embodiment in which the first catalyst 10 is a NO x storage catalyst 12 and the second catalyst 14 has been omitted.

7 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel bei dem der erste Katalysator 10 ein NOx-Speicherkatalysator ist und der zweite Katalysator 14 in Strömungsrichtung des Abgases hinter der Sekundärlufteinlassöffnung 4 angeordnet ist. 7 shows a sixth embodiment in which the first catalyst 10 is a NO x storage catalyst and the second catalyst 14 in the flow direction of the exhaust gas behind the secondary air inlet opening 4 is arranged.

8 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel bei dem erste Katalysator 10 ein beheizbarer Katalysator 13 ist und in Strömungsrichtung des Abgases nach der Sekundärlufteinlassöffnung 4 ein zweiter Katalysator 14 in der Abgasanlage 2 vorgesehen ist. 8th shows a seventh embodiment in the first catalyst 10 a heatable catalyst 13 is and in the flow direction of the exhaust gas to the secondary air inlet opening 4 a second catalyst 14 in the exhaust system 2 is provided.

9 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel bei dem der erste Katalysator 10 entfallen ist und der zweite Katalysator 14 ein beheizbarer Katalysator 13 ist. 9 shows an eighth embodiment in which the first catalyst 10 is omitted and the second catalyst 14 a heatable catalyst 13 is.

10 zeigt ein neuntes Ausführungsbeispiel bei dem der erste Katalysator 10 ein Drei-Wege-Katalysator 11 und der zweite Katalysator 14 ein beheizbarer Katalysator 13 ist. 10 shows a ninth embodiment in which the first catalyst 10, a three-way catalyst 11 and the second catalyst 14 a heatable catalyst 13 is.

11 zeigt ein zehntes Ausführungsbeispiel bei dem der erste Katalysator 10 ein Drei-Wege-Katalysator 11 ist, wobei zwischen dem ersten Katalysator 10 und dem Partikelfilter 3 ein NOx-Speicherkatalysator 12 in der Abgasanlage 2 vorgesehen ist. Der zweite Katalysator 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel entfallen. 11 Fig. 10 shows a tenth embodiment in which the first catalyst 10 is a three-way catalyst 11 is, wherein between the first catalyst 10 and the particulate filter 3 a NO x storage catalyst 12 in the exhaust system 2 is provided. The second catalyst 14 is omitted in this embodiment.

12 zeigt ein elftes Ausführungsbeispiel gemäß 11, wobei in diesem Ausführungsbeispiel auch der zweite Katalysator 14 vorgesehen ist. 12 shows an eleventh embodiment according to 11 , In this embodiment, the second catalyst 14 is provided.

13 zeigt ein zwölftes Ausführungsbeispiel bei dem der erste Katalysator 10 ein Drei-Wege-Katalysator 11 ist und der zweite Katalysator 14 ein SCR-Katalysator 15 ist. 13 shows a twelfth embodiment in which the first catalyst 10, a three-way catalyst 11 is and the second catalyst 14 an SCR catalyst 15 is.

Mit anderen Worten ausgedrückt zum Stand der Technik und der Erfindung:In other words, with respect to the prior art and the invention:

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine 1 die zur Verminderung der Partikelemissionen einen Partikelfilter 3 in der Abgasanlage 2 aufweist.The invention relates to an internal combustion engine 1 to reduce particulate emissions a particulate filter 3 in the exhaust system 2 having.

Es ist Stand der Technik, dass Partikelfilter 3 zur Reduzierung der Partikelemissionen einer Brennkraftmaschine 1 eingesetzt werden. Weiterhin ist bekannt, dem Partikelfilter 3, insbesondere ein Ottopartikelfilter oder auch ein Dieselpartikelfilter, mit einer katalytischen Beschichtung zur Reduzierung der Abgasemissionen aus einer Brennkraftmaschine 1 zu beschichten oder einen Partikelfilter 3 mit einem Drei-Wege-Katalysator 11 zu kombinieren.It is state of the art that particle filters 3 for reducing the particle emissions of an internal combustion engine 1 be used. Furthermore, it is known the particle filter 3 , In particular, a gasoline particulate filter or a diesel particulate filter, with a catalytic coating for reducing the exhaust emissions from an internal combustion engine 1 to coat or a particle filter 3 with a three-way catalyst 11 to combine.

Die katalytische Beschichtung des Partikelfilters 3 oder des ersten und/oder des zweiten Katalysators 10, 14 kann ihre Funktion nur ab einer vom Alterungszustand der Beschichtung abhängigen Anspringtemperatur erfüllen. Unterhalb der Anspringtemperatur ist die katalytische Fähigkeit der Beschichtung äußerst gering. Um die Abgasemissionen bis zum Anspringen der Beschichtung gering zu halten, ist es weiter Stand der Technik, vor den beschichteten Partikelfilter 3 oder vor den Katalysatoren 10, 14 Sekundärluft zuzuführen und die Brennkraftmaschine 1 gleichzeitig bei einem geringen Luftkraftstoffverhältnis (fettes Lambda) zu betreiben. Im fetten Lambda-Bereich entstehen vermehrt Kohlenstoffmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe. Diese oxidieren in Verbindung mit dem in der Sekundärluft enthaltenen Sauerstoff. Dabei handelt es sich um eine exotherme Reaktion, deren Energie in Form von Wärme zum Heizen der Katalysatoren 10, 14 genutzt wird. Dadurch kann die Zeit bis zum Erreichen der Anspringtemperatur der Katalysatoren 10, 14 deutlich reduziert werden. Mit steigender Last die der Brennkraftmaschine 1 abverlangt wird, steigt auch die Abgastemperatur. Um Bauteile der Brennkraftmaschine 1, wie zum Beispiel den Partikelfilter 3 oder den Abgasturbolader vor zu hohen Abgastemperaturen zu schützen, ist es weiter bekannt die Abgastemperatur durch Anfetten des Luftkraftstoffgemisches zu senken. Durch das fette Lambda sinkt im Abgas der Anteil des Sauerstoffs und der Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid steigt. Aufgrund des Sauerstoffmangels im Abgas kann die katalytische Beschichtung die unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenstoffmonoxide nicht oxidieren. Mit diesem Sachverhalt beschäftigt sich die vorliegende Erfindung.The catalytic coating of the particulate filter 3 or the first and / or the second catalyst 10 . 14 can only fulfill its function from a light-off temperature dependent on the aging state of the coating. Below the light-off temperature, the catalytic ability of the coating is extremely low. In order to keep the exhaust emissions low until the coating starts, it is still state of the art, in front of the coated particle filter 3 or in front of the catalysts 10 . 14 Supply secondary air and the internal combustion engine 1 operate simultaneously at a low air fuel ratio (rich lambda). In the rich lambda range, more carbon monoxide and unburned hydrocarbons are produced. These oxidize in conjunction with the oxygen contained in the secondary air. This is an exothermic reaction, whose energy in the form of heat for heating the catalysts 10 . 14 is being used. This allows the time to reach the light-off temperature of the catalysts 10 . 14 be significantly reduced. With increasing load that of the internal combustion engine 1 is demanded, also increases the exhaust gas temperature. To components of the internal combustion engine 1 , such as the particulate filter 3 or to protect the exhaust gas turbocharger from excessive exhaust gas temperatures, it is also known to reduce the exhaust gas temperature by enriching the air-fuel mixture. Due to the rich lambda, the proportion of oxygen in the exhaust gas decreases and the proportion of unburned hydrocarbons and carbon monoxide increases. Due to the lack of oxygen in the exhaust gas, the catalytic coating can not oxidize the unburned hydrocarbons and carbon monoxides. With this fact, the present invention is concerned.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Senkung der Emissionen durch die Zufuhr von Sekundärluft ins Abgas. Zugeführt wird die Sekundärluft dabei erfindungsgemäß in Strömungsrichtung nach dem Partikelfilter 3. Durch den in der Sekundärluft enthaltenen Sauerstoff werden die Kohlenstoffmonoxide, die aufgrund des fetten Lambdas mit Hilfe einer Drei-Wege-Beschichtung nicht oxidiert werden, nach dem Ottopartikelfilter 3 oxidiert und somit die Abgasemissionen der fett betriebenen Brennkraftmaschine gesenkt.The subject of the present invention is the reduction of emissions by the supply of secondary air into the exhaust gas. According to the invention, the secondary air is fed in the flow direction downstream of the particle filter 3 , Due to the oxygen contained in the secondary air, the carbon monoxide, which are not oxidized due to the rich lambda by means of a three-way coating, after the Ottopartikelfilter 3 oxidized and thus lowered the exhaust emissions of the richly fueled internal combustion engine.

Zusammenfassung der möglichen Ausführungen des Sekundärluft-Versorgungssystems:

  1. 1. Eine Sekundärluftleitung 9 von der Druckseite des Verdichters 7 (frischluftseitig in Strömungsrichtung nach dem Verdichter 7) zur Sekundärluftzuführstelle 4 nach dem Partikelfilter 3. Ein Verschlusselement 5, wie z. B. ein Ventil oder eine Klappe, übernimmt die Steuerung des Sekundärluftmassenstroms und verhindert gleichzeitig ein Zurückströmen von Abgas in den Frischluftstrang 8. Das Zurückströmen eines Abgases in den Frischluftstrang 8 kann in einigen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine 1 zur Steigerung der Abgasrückführrate und somit zur Senkung innermotorischer Stickstoffemissionen jedoch erwünscht sein.
  2. 2. Förderung von Umgebungsluft durch eine elektrisch betriebene Sekundärluftpumpe und ein Sekundärluftventil. Statt einer elektrischen Sekundärluftpumpe kann auch ein elektrisch angetriebener Verdichter, dessen primäre Funktion die Unterstützung des Abgasturboladers ist, die Sekundärluftversorgung bereitstellen. Auch hier übernimmt ein Verschlusselement 5, wie z. B. ein Ventil oder eine Klappe, die Steuerung des Frischluftmassenstroms und verhindert gleichzeitig ein Zurückströmen von Abgas in den Frischluftstrang 8.
  3. 3. Um nach dem Partikelfilter 3 das Material der abgasführenden Leitung vor lokal zu hohen Exothermen zu schützen oder zur Effizienzsteigerung der Reduzierung von Kohlenstoffmonoxid, kann es sinnvoll sein, mehrere statt nur einer Sekundärluftzufuhrstelle 4 nach dem Partikelfilter 3 einzuführen.
Summary of possible versions of the secondary air supply system:
  1. 1. A secondary air line 9 from the pressure side of the compressor 7 (Fresh air side in the flow direction after the compressor 7 ) to the secondary air supply point 4 after the particle filter 3 , A closure element 5 , such as As a valve or a flap, takes over the control of the secondary air mass flow and simultaneously prevents backflow of exhaust gas into the fresh air line 8th , The backflow of an exhaust gas into the fresh air line 8th can in some operating points of the internal combustion engine 1 However, to increase the exhaust gas recirculation rate and thus to reduce internal engine nitrogen emissions may be desirable.
  2. 2. Promotion of ambient air through an electrically operated secondary air pump and a secondary air valve. Instead of an electric secondary air pump and an electrically driven compressor whose primary function is the support of the exhaust gas turbocharger, provide the secondary air supply. Again, a closure element takes over 5 , such as As a valve or a flap, the control of the fresh air mass flow and simultaneously prevents backflow of exhaust gas into the fresh air line 8th ,
  3. 3. To go to the particle filter 3 To protect the material of the exhaust gas line from locally too high exotherms or to increase the efficiency of the reduction of carbon monoxide, it may be useful to have more than one secondary air supply point 4 after the particle filter 3 introduce.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1.1.
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
2.Second
Abgasanlageexhaust system
3.Third
Partikelfilterparticulate Filter
4.4th
SekundärlufteinlassöffnungSecondary air inlet opening
5.5th
Verschlusselementclosure element
6.6th
Turbineturbine
7.7th
Verdichtercompressor
8.8th.
FrischluftstrangFresh air train
9.9th
SekundärluftleitungSecondary air line
10.10th
erster Katalysatorfirst catalyst
11.11th
Drei-Wege-KatalysatorThree-way catalytic converter
12.12th
NOx-SpeicherkatalysatorNO x storage catalyst
13.13th
beheizbarer Katalysatorheatable catalyst
14.14th
zweiter Katalysatorsecond catalyst
15.15th
SCR-KatalysatorSCR catalyst
16.16th
Luftfilterair filter
17.17th
LadeluftkühlerIntercooler
18.18th
Drosselklappethrottle
19.19th
Schalldämpfersilencer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (9)

Brennkraftmaschine (1) mit einer Abgasanlage (2), zum Abführen von Abgas der Brennkraftmaschine (1), wobei in der Abgasanlage (2) ein Partikelfilter (3) angeordnet ist und wobei eine Sekundärlufteinlassöffnung (4) vorgesehen ist zum Einleiten von Sekundärluft über ein Verschlusselement (5) in die Abgasanlage (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärlufteinlassöffnung (4) in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Partikelfilter (3) in der Abgasanlage (2) angeordnet ist.Internal combustion engine (1) with an exhaust system (2), for discharging exhaust gas of the internal combustion engine (1), wherein in the exhaust system (2) a particulate filter (3) is arranged and wherein a secondary air inlet (4) is provided for introducing secondary air over a Closure element (5) in the exhaust system (2), characterized in that the secondary air inlet opening (4) in the flow direction of the exhaust gas to the particle filter (3) in the exhaust system (2) is arranged. Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) einen Abgasturbolader mit einer Turbine (6) und einem Verdichter (7) aufweist, wobei die Turbine (6) in der Abgasanlage (2) zwischen der Brennkraftmaschine (1) und dem Partikelfilter (3) und der Verdichter (7) in einem Frischluftstrang (8) der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist.Internal combustion engine with an exhaust system after Claim 1 , characterized in that the internal combustion engine (1) has an exhaust gas turbocharger with a turbine (6) and a compressor (7), wherein the turbine (6) in the exhaust system (2) between the internal combustion engine (1) and the particulate filter (3) and the compressor (7) in a fresh air line (8) of the internal combustion engine (1) is arranged. Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärlufteinlassöffnung (4) mit dem Frischluftstrang (8) zwischen dem Verdichter (7) und der Brennkraftmaschine (1) über eine Sekundärluftleitung (9) Luft führend verbindbar ist.Internal combustion engine with an exhaust system after Claim 2 , characterized in that the secondary air inlet opening (4) with the fresh air line (8) between the compressor (7) and the internal combustion engine (1) via a secondary air line (9) air leading is connected. Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärlufteinlassöffnung (4) mit einem elektrischen Verdichter über eine Sekundärluftleitung Luft führend verbindbar ist.Internal combustion engine with an exhaust system after Claim 2 , characterized in that the secondary air inlet opening (4) with an electric compressor via a secondary air line air leader is connectable. Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Partikelfilter (3) zumindest zwei Sekundärlufteinlassöffnungen (4) in der Abgasanlage (2) vorgesehen sind.Internal combustion engine with an exhaust system according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that in the flow direction of the exhaust gas behind the particulate filter (3) at least two secondary air inlet openings (4) in the exhaust system (2) are provided. Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Brennkraftmaschine (1) und dem Partikelfilter (3) ein erster Katalysator (10) in der Abgasanlage (2) angeordnet ist.Internal combustion engine with an exhaust system according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that between the internal combustion engine (1) and the particulate filter (3), a first catalyst (10) in the exhaust system (2) is arranged. Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Katalysator (10) ein Drei-Wege-Katalysator (11) oder ein NOx-Speicherkatalysator (12) oder ein beheizbarer Katalysator (13) ist.Internal combustion engine with an exhaust system after Claim 6 , characterized in that the first catalyst (10) is a three-way catalyst (11) or a NO x storage catalyst (12) or a heatable catalyst (13). Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage nach Patentanspruch 2 einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (2) in Strömungsrichtung des Abgases nach der Sekundärlufteinlassöffnung (4) ein zweiter Katalysator (14) angeordnet ist.Internal combustion engine with an exhaust system after Claim 2 one of the Claims 1 to 7 , characterized in that in the exhaust system (2) in the flow direction of the exhaust gas to the secondary air inlet opening (4), a second catalyst (14) is arranged. Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Katalysator (14) ein SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) (15) ist.Internal combustion engine with an exhaust system after Claim 8 , characterized in that the second catalyst (14) is a SCR catalyst (Selective Catalytic Reduction) (15).
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