DE102005022420A1 - Exhaust gas recycling plant for burning device in motor vehicle, comprises a selective catalytic reduction catalyst in track, reduction device, control unit operates the burning device, oxidation catalyst, and a particle filter - Google Patents

Exhaust gas recycling plant for burning device in motor vehicle, comprises a selective catalytic reduction catalyst in track, reduction device, control unit operates the burning device, oxidation catalyst, and a particle filter

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DE102005022420A1
DE102005022420A1 DE200510022420 DE102005022420A DE102005022420A1 DE 102005022420 A1 DE102005022420 A1 DE 102005022420A1 DE 200510022420 DE200510022420 DE 200510022420 DE 102005022420 A DE102005022420 A DE 102005022420A DE 102005022420 A1 DE102005022420 A1 DE 102005022420A1
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exhaust gas
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catalyst
catalyst material
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Withdrawn
Application number
DE200510022420
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German (de)
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Berthold Dr. Keppeler
Markus Dipl.-Ing. Paule
Detlef Dipl.-Chem. Scharr
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Daimler AG
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Abstract

The oxidation catalyst and the particle filter have an ammonia-producing and/or three way catalyst material coating. The reduction device measure the reducing agent from a tank into the exhaust gas of the reduction catalyst and the agent recognize the filling of reducing agent quantity in the tank. An independent claim is also included for a method for the cleaning of exhaust gas recycling in motor vehicle.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsanlage für eine abgaserzeugende Verbrennungseinrichtung, insbesondere einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf ein zugehöriges Abgasreinigungsverfahren. The invention relates to an exhaust gas purification system for an exhaust gas-generating combustion device, in particular a motor vehicle internal combustion engine, according to the preamble of claim 1 and to an associated exhaust gas purification method. Bei Anlagen und Verfahren dieser Art wird das erzeugte Abgas von einem Katalysator vom Typ mit selektiver katalytischer Reduktion, abgekürzt SCR-Katalysator, unter externer Zudosierung eines Reduktionsmittels in den Abgastrakt gereinigt bzw. nachbehandelt. In systems and methods of this kind, the exhaust gas produced by a catalyst of the type with selective catalytic reduction, abbreviated SCR catalyst is purified under external metering a reducing agent into the exhaust system or post-treated. Dies dient beispielsweise bei vorwiegend mager betriebenen Kraftfahrzeugmotoren dazu, den im Magerbetrieb relativ hohen Gehalt an Stickoxiden im Abgas zu verringern. This is used for example in predominantly lean-burn automotive engines to reduce the relatively high in the lean operation content of nitrogen oxides in the exhaust gas. Das Reduktionsmittel bzw. ein zugehöriges Vorläuferprodukt wird in einem zB im Kraftfahrzeug mitgeführten Reduktionsmitteltank bevorratet. The reducing agent or an associated precursor product is stored in a example in the motor vehicle carried reductant tank.
  • Bei Anlagen und Verfahren dieser Art stellt sich allgemein die Anforderung, einen Notbetrieb der Verbrennungseinrichtung durchzuführen, wenn der Reduktionsmitteltank leer ist. In systems and methods of this kind generally provides the requirement to carry out an emergency operation of the incinerator if the reductant tank is empty. In der Patentschrift In the patent DE 44 25 018 C1 DE 44 25 018 C1 wird für einen mittels einer Motorelektronik regelbaren Verbrennungsmotor, insbesondere einen Kraftfahrzeug-Dieselmotor, vorgeschlagen, die Kraftstoffeinspritzung in Richtung spät zu verstellen, wenn der Reduktionsmitteltank leer geworden ist. is proposed for a variable by means of an electronic engine combustion engine, particularly a motor vehicle diesel engine to adjust the fuel injection in the late direction, when the reducing agent tank has become empty. Dazu dienen entspre chende Mittel zum Erfassen des Füllstandes des Reduktionsmitteltanks und eine mit diesen sowie mit der Motorelektronik verbundene Steuereinrichtung. Serve entspre sponding means for detecting the fill level of the reducing agent tank and connected to these as well as the engine electronic control device. Die Spätverstellung der Kraftstoffeinspritzung führt zu erhöhten Partikel- und Kohlenwasserstoffemissionen, wobei zur Verringerung letzterer vorgeschlagen wird, dem Reduktionskatalysator einen Oxidationskatalysator nachzuschalten. The retard of the fuel injection results in increased particulate and hydrocarbon emissions, the latter is proposed to reduce, nachzuschalten the reduction catalyst an oxidation catalyst. Um den Fahrer über den leeren Reduktionsmitteltank zu informieren, ist eine Sichtanzeige im Bereich der Armaturentafel des Kraftfahrzeuges vorgesehen. In order to inform the driver of the empty reductant tank, a visual display in the dashboard of the motor vehicle is provided. Des weiteren kann unter Verwendung eines Zeitschalters der Motorbetrieb mit leerem Reduktionsmitteltank auf einen vorgebbaren Zeitraum begrenzt werden. Further, the engine operation with an empty reducing agent tank can be limited to a predetermined period of time using a timer.
  • Es sind verschiedentlich Abgasreinigungsanlagen mit Stickoxidspeicherkatalysator und nachgeschaltetem SCR-Katalysator bekannt, insbesondere auch für vorwiegend mager betriebene Kraftfahrzeugmotoren und speziell auch Kraftfahrzeug-Dieselmotoren. There are variously emission control systems with nitrogen oxide storage catalytic converter and a downstream SCR catalytic converter known, especially for predominantly lean-burn automobile engines and particularly also motor vehicle diesel engines. Meist wird für solche Anlagen eine interne Ammoniakerzeugung vorgeschlagen, um keinen Reduktionsmitteltank mitführen zu müssen, wie zB in der Offenlegungsschrift Most internal ammonia generation is proposed to have to carry any reductant tank for such plants, such as in the publication EP 0 878 609 A1 EP 0878609 A1 angegeben. specified. In der Offenlegungsschrift In publication DE 103 00 298 A1 DE 103 00 298 A1 sind solche Anlagen offenbart, die zudem einen Partikelfilter aufweisen. disclosed such systems, which also have a particle filter. Des weiteren wird dort zur Regeneration des Stickoxidspeicherkatalysators und/oder des Partikelfilters eine Umstellung vom vorwiegenden Magerbetrieb des Motors auf zeitweisen Fettbetrieb bei erhöhter Abgastemperatur vorgeschlagen, wobei die Maßnahmen zur Temperaturerhöhung unter anderem eine innermotorische und/oder nachmotorische, externe Einbringung eines Reduktionsmittels insbesondere in Form von Kraftstoff oder Wasserstoff beinhalten können. Furthermore, a switch from predominantly lean operation of the engine is proposed there to temporary rich operation at elevated exhaust gas temperature for regeneration of the nitrogen oxide storage catalyst and / or of the particulate filter, wherein the measures for increasing the temperature, among other things within the engine and / or post-engine, external introduction of a reducing agent, in particular in the form of may include fuel, or hydrogen. Allgemein ist es zur regenerierenden Desorption von Stickoxidspeicherkatalysatoren alternativ zu einem durchgehenden Fettbetrieb auch bekannt, während einer jeweiligen Regenerationsphase die Verbrennungseinrichtung in alternierenden Fett-/Magerbetriebszyklen zu betreiben. Generally, it is an alternative to a continuous rich operation also known for regenerating desorption of nitrogen oxide storage catalytic converters to operate during a respective regeneration phase, the combustion device in alternating rich / lean cycles.
  • Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Abgasreinigungsanlage der eingangs genannten Art und eines zugehörigen Abgasreinigungsverfahrens zugrunde, mit denen bei leerem Reduktionsmitteltank noch ein vergleichsweise komfortabler und hinsichtlich Abgasemissionen günstiger Notbetrieb möglich ist. The invention is the technical problem of providing an emission control system of the aforementioned type and a corresponding emission control method based on which is possible with an empty reductant tank still a relatively comfortable and convenient with regard to exhaust emissions emergency operation.
  • Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Abgasreinigungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eines Abgasreinigungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 3. The invention solves this problem by providing an emission control system having the features of claim 1 and an exhaust gas purification method with the features of claim. 3
  • Erfindungsgemäß wird mittels der entsprechend ausgelegten Steuereinheit bei erkanntem leerem Reduktionsmitteltank ein Notbetrieb der Verbrennungseinrichtung durch Vorgabe alternierender Mager-/Fettbetriebszyklen oder eines stöchiometrischen Betriebs durchgeführt, und/oder es ist stromaufwärts des SCR-Katalysators wenigstens ein weiterer Abgaskatalysator vorgesehen, der ein unter reduzierenden Bedingungen umwandlungsaktives Katalysatormaterial zur Ammoniakerzeugung und/oder ein Dreiwegekatalysatormaterial aufweist. an emergency operation of the combustion device according to the invention by means of the appropriately designed control unit for a detected empty reducing agent tank carried out by specifying an alternating lean / rich cycles of operation or a stoichiometric operation, and / or it is upstream of the SCR catalyst at least one further catalytic converter is provided, which a under reducing conditions transformation active having catalyst material for ammonia production and / or a three-way catalyst material. Die alternierenden Mager-/Fettbetriebszyklen oder der stöchiometrische Betrieb der Verbrennungseinrichtung tragen ebenso wie der spezielle zusätzliche Abgaskatalysator stromaufwärts des SCR-Katalysators dazu bei, im Notbetrieb bei leerem Reduktionsmitteltank die Abgasemissionen und insbesondere die Stickoxidemissionen akzeptabel gering zu halten. The alternating lean / rich cycles of operation or the stoichiometric operation of the combustion device wear as well as the special additional catalytic converter upstream of the SCR catalyst helping to keep in emergency operation with an empty reducing agent tank exhaust emissions and in particular the nitrogen oxide emissions, acceptably low. Insbesondere lassen sich mit jeder dieser Maßnahmen und erst recht bei Kombination mehrerer dieser Maßnahmen die Stickoxidemissionen bei allenfalls mäßiger Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs gegenüber dem Normalbetrieb relativ gering halten, bei allenfalls geringen Einbußen an Betriebskomfort, insbesondere Fahrkomfort im Fall eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors. In particular, especially ride comfort in the case of a motor vehicle combustion engine can be personalized with any of these measures and even more so for a combination of several of these measures keep the nitrogen oxide emissions at most moderate increase in fuel consumption compared to the normal operation relatively low, at most slight loss of operating comfort. Generell kann ein Übergang in die Notbetriebsart bei einem nicht funktionsbereiten SCR-System vorgesehen sein, wobei unter einem SCR-System die Gesamtheit der Komponenten zum ordnungsgemäßen Betrieb des SCR-Katalysators zu verstehen ist. In general, a transition to the emergency operating mode can be provided in an inoperable SCR system, under an SCR system, the total of the components is to be understood for the proper operation of the SCR catalyst. Es kann daher bei einem Defekt des SCR-Katalysators selbst oder beispielsweise bei einem Ausfall der Reduktionszudosiereinrichtung ein Übergang in die Notbetriebsart vorgesehen sein. It can therefore be provided with a defect of the SCR catalyst itself or, for example, upon failure of the Reduktionszudosiereinrichtung a transition in the emergency operating mode.
  • Eine nach Anspruch 2 weitergebildete Abgasreinigungsanlage beinhaltet als den weiteren Abgaskatalysator stromaufwärts des SCR-Katalysators einen Oxidationskatalysator und/oder einen Partikelfilter, der bzw. die jeweils eine Beschichtung mit dem ammoniakerzeugenden Katalysatormaterial und/oder dem Dreiwegekatalysatormaterial beinhalten. A further embodiment according to claim 2 emission control system includes, as the further exhaust gas catalytic converter upstream of the SCR catalyst an oxidation catalyst and / or a particulate filter or each containing a coating with the ammonia-generating catalyst material and / or the three-way catalyst material. Es zeigt sich, dass damit ein sehr günstiger Notbetrieb der Verbrennungseinrichtung bei leerem Reduktionsmitteltank möglich ist, insbesondere bei Kombination beider Maßnahmen in Form eines nahe an der Verbrennungseinrichtung angeordneten Oxidationskatalysators gefolgt von dem Partikelfilter, wobei wenigstens eine dieser beide Abgasreinigungskomponenten die besagte Beschichtung mit dem ammoniakerzeugenden Katalysatormaterial und/oder dem Dreiwegekatalysatormaterial aufweist. It is found that thus a very favorable emergency operation of the combustion device is possible with empty reducing agent tank, in particular in combination of both measures in the form of a closely located to the combustion device oxidation catalyst followed by the particulate filter, wherein at least one of these both exhaust cleaning components to said coating with the ammonia-generating catalyst material and / or has the three-way catalyst material.
  • Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht gemäß Anspruch 4 eine oder mehrere spezielle betriebseinschränkende Maßnahmen für einen abgaserzeugenden Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor in der Notbetriebsart vor. A development of the method provides for one or more specific operational restrictive measures for emission-producing automotive internal combustion engine in the emergency operating mode according to claim fourth Vorzugsweise sind diese Maßnahmen so gewählt, dass sich eine für den Fahrer spürbare Verringerung der Motorleistung ergibt, so dass er bestrebt sein wird, den Reduktionsmitteltank baldmöglichst wieder zu befüllen. Preferably, these measures are selected so that a noticeable to the driver reducing the engine output results in so that it will endeavor as soon as possible to fill the reducing agent tank.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden ebenso wie weitere mögliche Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. An advantageous embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be described hereinafter as well as other possible embodiments of the invention.
  • Die einzige Figur zeigt als schematisches Blockdiagramm eine Abgasreinigungsanlage für einen Kraftfahrzeug-Dieselmotor. The single figure shows a schematic block diagram of an emission control system for a motor vehicle diesel engine.
  • Beim gezeigten Beispiel umfasst eine Abgasreinigungsanlage für einen vorwiegend mager betriebenen Dieselmotor In the illustrated example comprises an emission control system for a mainly lean burn diesel engine 1 1 eines Kraftfahrzeugs einen motornah angeordneten Oxidationskatalysator of a motor vehicle a close-coupled oxidation catalyst 2 2 , einen Partikelfilter , A particulate filter 3 3 und einen SCR-Katalysator and an SCR catalyst 4 4 , die in Abgasströmungsrichtung hintereinander in einem Abgastrakt That in the exhaust gas flow direction one behind the other in an exhaust gas tract 5 5 des Verbrennungsmotors the internal combustion engine 1 1 angeordnet sind. are arranged. Des weiteren weist die Abgasreinigungsanlage eine Reduktionsmittelzudosiereinrichtung auf, die einen Reduktionsmitteltank Furthermore, the emission control system on a Reduktionsmittelzudosiereinrichtung, the reducing agent tank a 6 6 und eine Zudosiereinheit and a Zudosiereinheit 7 7 umfasst, mit der Reduktionsmittel aus dem Tank includes, with the reducing agent from the tank 6 6 entnommen und gesteuert in den Abgastrakt removed and controlled in the exhaust gas tract 5 5 zwischen dem Partikelfilter between the particle filter 3 3 und dem SCR-Katalysator and the SCR catalyst 4 4 über eine entsprechende Reduktionsmittelleitung via an appropriate reducing agent line 8 8th und eine endseitig daran angeschlossene Dosierdüse and an end connected thereto dosing nozzle 13 13 zudosiert werden kann. can be added. Der Begriff Reduktionsmittel umfasst vorliegend der Einfachkeit halber sowohl eine tatsächlich als solches im SCR-Katalysator The term includes reducing agent present for simplicity both a fact as such in the SCR catalyst 4 4 wirkende Substanz als auch eine Vorläufersubstanz, die eventuell einfacher bevorratet werden kann und aus der das eigentliche Reduktionsmittel spätestens nach Zudosierung in den Abgasstrom entsteht, beispielsweise durch eine chemische Umsetzungsreaktion und/oder eine Abspaltungsreaktion. Substance which acts as a precursor substance that may possibly easily be stored and from which the actual reducing agent is produced at the latest after dosing into the exhaust stream, for example by a chemical conversion reaction and / or a cleavage reaction. Insbesondere kann es sich beim eigentlichen Reduktionsmittel um Ammoniak und bei der im Reduktionsmitteltank In particular, it may be in the actual reducing agent is ammonia and in the reducing agent tank 6 6 bevorrateten Substanz um ein flüssiges oder festes Vorprodukt handeln, wie eine wässrige Harnstofflösung, eine wässrige Ammoniumcarbamatlösung, festen Harnstoff oder festes Ammoniumcarbamat. stockpiled substance is a liquid or solid precursor act as a urea aqueous solution, an aqueous ammonium carbamate solution, solid urea or solid ammonium carbamate.
  • Dem Reduktionsmitteltank The reducing agent tank 6 6 ist ein geeignetes Detektionsmittel is a suitable detection means 9 9 zugeordnet, mit dem erkannt werden kann, wenn sich kein Reduktionsmittel mehr im Tank befindet. assigned, can be detected by when no reducing agent in the tank. So kann es sich bei dem Detektionsmittel So it can be with the detection means 9 9 zB um einen die jeweils momentane Füllmenge erfassenden Füllstandssensor handeln, alternativ ist aber auch jedes andere herkömmliche Detektionsmittel für diesen Zweck verwendbar, einschließlich eines Grenzwertdetektors, der anspricht, wenn der Füllstand einen vorgebbaren Minimalwert unterschreitet. for example, a each current capacity detected action level sensor, but alternatively any other conventional detection means for this purpose is usable, including a threshold detector, which responds when the filling level falls below a predetermined minimum value. Das Detektionsmittel The detection means 9 9 gibt ein entsprechendes Detektionssignal outputs a corresponding detection signal 10 10 an eine Steuereinheit to a control unit 11 11 ab, die unter anderem abhängig von diesem Detektionssignal from, inter alia, a function of this detection signal 10 10 den Betrieb des Verbrennungsmotors the operation of the internal combustion engine 1 1 über entsprechende Steuersignale via appropriate control signals 12 12 steuert. controls. Bei der Steuereinheit The control unit 11 11 kann es sich zB um ein herkömmliches Motorsteuergerät handeln, in das die nachstehend beschriebenen, speziellen Funktionalitäten zusätzlich implementiert sind. it may for example be a conventional engine control unit, in which the functions described below, special are also implemented.
  • Der Dieselmotor The diesel engine 1 1 wird im Normalbetrieb unter der Steuerung durch das Motorsteuergerät is in normal operation under the control by the engine control unit 11 11 nach einem herkömmlichen Magerbetriebskonzept vorwiegend mager betrieben. predominantly lean operated by a conventional lean operation concept. Die dabei im Abgas anfallenden Stickoxide werden im SCR-Katalysator The arising exhaust gas in the nitrogen oxides are in the SCR catalyst 4 4 mit Hilfe des zudosierten Reduktionsmittels zu Stickstoff reduziert und dadurch eliminiert. reduced with the aid of the added reducing agent to nitrogen and thereby eliminated. Die Zudosiereinheit the Zudosiereinheit 7 7 wählt dazu eine jeweils geeignete Menge an dem Tank chooses to a respectively appropriate amount to the tank 6 6 zu entnehmendem und in den Abgastrakt to entnehmendem and into the exhaust system 5 5 vor dem SCR-Katalysator upstream of the SCR catalyst 4 4 einzudosierendem Reduktionsmittel. einzudosierendem reducing agent. Zur Bestimmung der jeweils geeigneten Reduktionsmittelmenge sind herkömmliche, zu diesem Zweck an sich bekannte Mittel und Verfahren vorgesehen, die hier nicht weiter gezeigt sind und nicht näher erläutert werden brauchen. To determine the respective appropriate amount of reducing agent are conventional, provided for this purpose known means and methods that are not shown here and need no further explanation. Dies umfasst zB eine geeignete Sensorik zur Erfassung des momentanen Betriebszustands des Verbrennungsmotors This includes, for example, a suitable sensor for detecting the current operating state of the engine 1 1 und/oder der momentanen Abgaszusammensetzung einschließlich Stickoxidkonzentration. and / or the instantaneous exhaust gas composition including nitrogen oxide concentration. Die Zudosiereinheit the Zudosiereinheit 7 7 steuert dann die jeweils momentan einzudosierende Reduktionsmittelmenge basierend auf Sensorsignalen dieser Sensorik. then controls each currently einzudosierende amount of reducing agent based on sensor signals from these sensors.
  • Im Oxidationskatalysator In the oxidation catalyst 2 2 und/oder im Partikelfilter and / or in the particle filter 3 3 ist eine Beschichtung aus einem Katalysatormaterial vorgesehen, das bei nicht-magerem Motorbetrieb, dh bei fettem Betrieb mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis λ kleiner als eins oder bei stöchiometrischem Betrieb λ = 1, in der Lage ist, aus den Abgasemissionen des Verbrennungsmotors a coating is provided from a catalyst material that is in non-lean engine operation, ie when rich operation with an air / fuel ratio λ is less than one or at stoichiometric operation λ = 1, in a position from the exhaust emissions of the internal combustion engine 1 1 Ammoniak zu erzeugen. to produce ammonia. Zusätzlich oder alternativ beinhaltet der Oxidationskatalysator Additionally or alternatively, the oxidation catalyst includes 2 2 und/oder der Partikelfilter and / or the particle filter 3 3 eine Beschichtung aus einem Dreiwegekatalysatormaterial, das bekanntermaßen in der Lage ist, bei stöchiometrischem Betrieb λ = 1 simultan oxidierbare und reduzierbare Schadstoffe im Abgas umzusetzen. a coating of a three-way catalyst material, which is known to be able to implement at stoichiometric operation λ = 1 simultaneously oxidizable and reducible pollutants in the exhaust. Derartige Dreiwegekatalysatormaterialien und ammoniakerzeugende Katalysatormaterialien sind an sich bekannt, so dass auf die diesbezügliche Literatur verwiesen werden kann. Such three-way catalytic materials and ammonia-producing catalyst materials are known, can be so that reference is made to the relevant literature. Geeignet sind beispielsweise Pt-, Pd- und/oder Rh-haltige Beschichtungen bzw. generell Beschichtungen mit katalytischer Aktivität unter reduzierenden Abgasbedingungen, wie zB typische Katalysatormaterialien von Oxidationskatalysatoren, Dreiwegekatalysatoren und/oder Stickoxidspeicherkatalysatoren. Suitable examples are Pt, Pd and / or Rh-containing coatings or coatings generally having catalytic activity under reducing exhaust gas conditions, such as catalyst materials typical of oxidation catalysts, three-way catalysts and / or nitrogen oxide storage catalysts.
  • Wenn nun im Laufe des normalen Betriebs der Reduktionsmitteltank If, during the normal operation of the reductant tank 6 6 leer wird bzw. die in ihm bevorratete Reduktionsmittelmenge einen vorgebbaren Minimalwert unterschritten hat, gibt das Detektionsmittel empty or is stockpiled in it amount of reducing agent falls below a predetermined minimum value, outputs the detection means 9 9 sein entsprechendes Detektionssignal its corresponding detection signal 10 10 an das Motorsteuergerät to the engine control unit 11 11 ab, das daraufhin über seine Steuersignale From that puts out over its control signals 12 12 den Dieselmotor the diesel engine 1 1 von der Normalbetriebsart mit vorrangigem Magerbetrieb auf eine Notbetriebsart umschaltet. switches from the normal mode to priority of lean operation to an emergency mode. Je nach Systemauslegung umfasst die Notbetriebsart alternierende Mager-/Fettbetriebszyklen oder einen durchgängigen bzw. vorrangigen Fettbetrieb oder stöchiometri schen Betrieb. Depending on the system design the emergency operating mode comprises alternating lean / rich cycles of operation or a continuous operation or fat or priority rule stoichiometric operation. Aus Kraftstoffverbrauchsgründen ist ein Notbetrieb mit zeitweisen Magerbetriebszyklen vorzuziehen. Of fuel consumption reasons, emergency operation is preferable to temporary lean operating cycles. Während Fettbetriebsphasen wird von dem ammoniakerzeugenden Katalysatormaterial im Oxidationskatalysator During rich operation phases of the ammonia-producing catalyst material in the oxidation catalyst 2 2 und/oder im Partikelfilter and / or in the particle filter 3 3 Ammoniak erzeugt, der im SCR-Katalysator Ammonia generated, in the SCR catalyst 4 4 temporär gespeichert werden kann, da SCR-Katalysatoren bekanntermaßen eine gewisse Ammoniakspeicherfähigkeit besitzen. can be temporarily stored as SCR catalysts are known to have a certain amount of ammonia storage capacity. In Magerbetriebszyklen des Notbetriebs können dann die Stickoxidemissionen vom SCR-Katalysator In lean operation cycles of the emergency operation, the NOx emissions from the SCR catalyst can then 4 4 mit Hilfe des zwischengespeicherten Ammoniaks eliminiert werden. are eliminated by using the cached ammonia. Auf diese Weise ist es möglich, auch im Notbetrieb mit leerem Reduktionsmitteltank In this way it is possible, even in emergency mode with an empty reductant tank 6 6 den Motor the engine 1 1 wenigstens zeitweise mager zu betreiben, ohne dadurch erhöhte Stickoxidemissionen zu produzieren. at least temporarily to operate lean, without thereby to produce increased nitric oxide emissions.
  • Wenn ein Stickoxidspeicherkatalysatormaterial als ammoniakerzeugendes Katalysatormaterial eingesetzt wird, können auch dessen bekannte stickoxidreduzierende Eigenschaften im Betrieb mit alternierenden Mager-/Fettbetriebszyklen während des Notbetriebs genutzt werden, dh wenigstens ein Teil der anfallenden Stickoxide können schon von diesem Katalysatormaterial eliminiert werden. When a nitrogen oxide storage catalyst material is used as ammonia-generating catalyst material, including its known stickoxidreduzierende properties in operation can be used with alternating lean / rich operating cycles during emergency operation, ie, at least a part of the generated nitrogen oxides can already be eliminated from this catalyst material. Es versteht sich, dass in entsprechenden Ausführungsformen der Erfindung ein solches Katalysatormaterial innerhalb eines zusätzlichen, separaten Stickoxidspeicherkatalysators enthalten sein kann, der stromaufwärts des SCR-Katalysators It is understood that in some embodiments of the invention, such a catalyst material may be contained within an additional, separate nitrogen oxide storage catalyst upstream of the SCR catalyst 4 4 angeordnet ist, zB zwischen letzterem und dem Partikelfilter is arranged, for example, between the latter and the particulate filter 3 3 oder zwischen dem Partikelfilter or between the particulate filter 3 3 und dem Oxidationskatalysator and the oxidation catalyst 2 2 . ,
  • Des weiteren versteht sich, dass in zur gezeigten Ausführungsform alternativen Ausführungsformen der Oxidationskatalysator Should also be understood that in alternative to the embodiment shown, embodiments of the oxidation catalyst 2 2 und/oder der Partikelfilter and / or the particle filter 3 3 entfallen können und das ammoniakerzeugende Katalysatormaterial in einem anderen Katalysator stromaufwärts des SCR-Katalysators can be omitted and the ammonia-generating catalyst material in a different catalyst upstream of the SCR catalyst 4 4 vorgesehen ist, zB einem Stickoxidspeicherkatalysator oder einem spe ziellen Ammoniakerzeugungskatalysator. is provided, including a nitrogen oxide storage catalyst or a spe cial ammonia generating catalyst. Je nach Bedarf und Anwendungsfall können beide Katalysatormaterialtypen zB als Materialgemisch oder als getrennte Beschichtungen in einem gemeinsamen Katalysatorkörper oder in zwei getrennten Katalysatorkörpern, wie dem Oxidationskatalysator Depending on requirements and the application can use both types of catalyst material, for example, as a material mixture or as separate coatings in a common catalyst body or catalyst in two separate bodies, such as the oxidation catalyst 2 2 und dem Partikelfilter and the particulate filter 3 3 , vorgesehen sein. , be provided. Weitere alternative Ausführungsformen umfassen Abgasreinigungsanlagen, bei denen stromabwärts des SCR-Katalysators Further alternative embodiments include exhaust gas purification systems, in which downstream of the SCR catalyst 4 4 ein oder mehrere weitere Katalysatoren vorgesehen sind, zB ein zweiter SCR-Katalysator oder ein oder mehrere seriell geschaltete Katalysatoren anderen Typs. one or more further catalysts are provided, for example, a second SCR catalyst or one or more serially connected catalysts other type.
  • Eine weitere Maßnahme, die von der Steuereinheit Another measure of the control unit 11 11 im Rahmen des Notbetriebs ergriffen werden kann, besteht in der Wahl eines extrem stickoxidarmen Betriebsverfahrens für den Motor 1 vom LTC(Low-Temperature-Combustion)-Typ, HCCI(Homogenous-Charge-Compression)-Typ oder HPLI(Highly-Premixed-Late-Injection)-Typ. can be taken as part of the emergency operation, is the selection of an extremely nitrogen oxide-free operation procedure for the engine 1 from the LTC (Low-Temperature Combustion) type, HCCI (Homogeneous Charge Compression) type or HPLI (Highly-Premixed-Late -Injection) type. Beim HCCI-Betriebstyp handelt es sich um einen speziellen Dieselmotorbetrieb, bei dem durch frühe Einspritzung eine homogene Kraftstoff-Luft-Mischung im Zylinder erzielt wird, die dann durch Kompressionszündung gezündet wird. During HCCI operation type is a special Diesel engine operation, in which a homogeneous fuel-air mixture in the cylinder is achieved by early injection, which is then ignited by compression ignition. Beim LTC-Typ handelt es sich um ein Dieselbetriebsverfahren mit relativ niedriger Verbrennungstemperatur in Folge einer sehr hohen, gekühlten Abgasrückführung. When LTC type is a diesel operating procedures with relatively low combustion temperature due to a very high, cooled exhaust gas recirculation. Alle drei Betriebsverfahren zeichnen sich durch eine sehr niedrige thermische Stickoxidbildung aus. All three methods of operation are characterized by a very low thermal nitrogen oxide formation.
  • Als weitere Maßnahme kann die Steuereinheit As a further measure, the control unit 11 11 für die Notbetriebsart den möglichen Motorlastbereich des Verbrennungsmotors for the emergency operating mode the possible engine load range of the internal combustion engine 1 1 auf den sogenannten AGR-Bereich beschränken, dh auf den Bereich, in welchem üblicherweise auch eine Abgasrückführung möglich ist. limited to the so-called EGR region, ie the region in which also an exhaust gas recirculation is usually possible. Des weiteren kann die Steuereinheit Furthermore, the control unit 11 11 bei Bedarf darauf ausgelegt sein, den Motor be designed as needed, the motor 1 1 im Notbetrieb so zu betreiben, dass dessen motorische Stickoxidemissionen zu Las ten von merklich erhöhtem Partikelausstoß deutlich gesenkt werden. to operate in emergency mode so that the motor nitrogen oxide emissions to be reduced significantly Las th of markedly increased particulate emissions. Der erhöhte Partikelausstoß wird vom Partikelfilter The increased particle emissions is the particulate filter 3 3 abgefangen. intercepted.
  • Die zur Durchführung des Notbetriebs geschilderte Auslegung der Abgasreinigungsanlage kann vorteilhaft auch zur Verbessung der Stickoxidemissionscharakteristik in Warmlaufphasen des Motors The described for carrying out the emergency operation interpretation of the exhaust gas cleaning system can advantageously also purported to improve the characteristic of nitrogen oxide emission in warm-up phases of the engine 1 1 benutzt werden. to be used. So können direkt nach einem Kaltstart zunächst die Stickoxidemissionen bei Abgastemperaturen unterhalb von etwa 200°C von dem ammoniakerzeugenden Katalysatormaterial bzw. Stickoxidspeicherkatalysatormaterial und/oder dem Dreiwegekatalysatormaterial zwischengespeichert werden. Thus, the nitrogen oxides can first be cached at exhaust gas temperatures below about 200 ° C of the ammonia-generating catalyst material or nitrogen oxide storage catalyst material and / or the three-way catalyst material directly after a cold start. Ab Abgastemperaturen zwischen ca. 200°C ist dann der SCR-Katalysator From exhaust gas temperatures between 200 ° C is then the SCR catalyst 4 4 in der Lage, die Stickoxidemissionen zu reduzieren. able to reduce nitrogen oxide emissions. Als Nitrat zwischengespeicherte Stickoxide zersetzen sich bei den höheren Temperaturen wieder und werden dann vom SCR-Katalysator umgesetzt. cached as nitrate nitrogen oxides decompose at higher temperatures again and are then converted by the SCR catalyst. Möglich ist bei Bedarf auch eine einmalige unterstöchiometrische Regeneration des Stickoxidspeicherkatalysatormaterials nach abgeschlossener Warmlaufphase. is possible, if necessary, a one-stoichiometric regeneration of the nitrogen oxide storage catalyst material after completion of warm-up phase. Alternativ ist während der Warmlaufphase ein stöchiometrischer Betrieb möglich, bei dem die Abgasemissionen dann über das Dreiwegekatalysatormaterial abgebaut werden. Alternatively, during the warm-up phase, a stoichiometric operation is possible in which the exhaust emissions are then degraded through the three-way catalyst material. Da der stöchiometrische Betrieb einen schlechteren Wirkungsgrad verbunden mit einer höheren Abgastemperatur hat, kann damit die Anspringtemperatur der verschiedenen Katalysatoren schneller erreicht werden. Since the stoichiometric operation has a lower efficiency associated with a higher exhaust gas temperature, so that the light-off temperature of the various catalysts can be achieved faster.
  • Die geschilderten Notbetriebsmaßnahmen haben typischerweise eine mehr oder weniger spürbare Auswirkung auf den Betrieb des Motors The described Notbetriebsmaßnahmen typically have a more or less noticeable effect on the operation of the engine 1 1 im Sinne einer Leistungs- und/oder Fahrdynamikreduktion und damit auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs. in terms of power and / or driving dynamics reduction and hence on the driving behavior of the vehicle. Dies kann absichtlich dazu beitragen, den Fahrer zu motivieren, den Reduktionsmitteltank This may intentionally help to motivate the driver, the reducing agent tank 6 6 wieder aufzufüllen. replenish. Im einzelnen können dazu auch eine oder mehrere der folgenden motorbe triebsbeschränkenden Maßnahmen von der Steuereinheit In particular, they can use one or more of the following engine operating restrictive measures by the control unit 11 11 für die Notbetriebsart gewählt werden: Eine Volllast- bzw. Einspritzmengenreduzierung; be chosen for the emergency operating mode: A full load or injection amount reduction; eine Reduzierung des zulässigen Motordrehzahlbereichs zB unter Vorgabe einer reduzierten maximalen Drehzahl; a reduction of the allowable engine speed range, for example, by specifying a reduced maximum speed; eine Vorgabe einer progressiven Fahrpedalkennlinie, die bekanntermaßen die Motorsollleistung in Abhängigkeit von der Fahrpedalstellung beschreibt; a specification of a progressive accelerator pedal characteristic, which is known to describe the target motor power in dependence upon the accelerator pedal position; eine Einschränkung der möglichen Fahrstufen, zB auf den zweiten Gang als maximale Fahrstufe; a restriction on the possible driving stages, for example to the second speed as the maximum speed level; eine Reduzierung der maximal zulässigen Geschwindigkeit; a reduction in the maximum permitted speed; eine Ladedruckabsenkung zB durch vollständige oder partielle Umgehung eines zugeordneten Abgasturboladers; a boost pressure reduction, for example, by complete or partial bypassing of an associated exhaust gas turbocharger; eine Deaktivierung einer im normalen Motorbetrieb vorgesehenen Voreinspritzung; deactivation of an intended in normal engine operation the pilot injection; eine Einspritzdruckerhöhung bei einem Common-Rail-Einspritzsystem; an injection pressure increase in a common-rail injection system; und/oder eine Spätverstellung des Einspritzbeginns. and / or a retardation of the injection timing. Je nach Bedarf sind weitere, fahrkomforteinschränkende Maßnahmen möglich, um den Fahrer über den Notbetrieb zu informieren und ihn zum Nachfüllen des Reduktionsmitteltanks Depending on your needs further, careless restrictive measures are possible to inform the driver of the emergency and him the reducing agent tank for refilling 6 6 zu motivieren, wie Deaktivierung der Fahrzeuginnenraumkühlung und/oder -heizung und/oder Beschränkung der Fahrzeugverfügbarkeit, indem zB nach erkanntem leerem Reduktionsmitteltank nur noch eine vorgebbare Anzahl von Motorstarts zugelassen wird. attract, as deactivation of the vehicle interior cooling and / or heating, and / or restriction of the vehicle availability, on the detected empty reducing agent tank only a predeterminable number of engine start is permitted, for example yet. Des weiteren kann eine zB akustische Warnanzeige für den Fahrzeugführer vorgesehen sein, die den Fahrer über den leeren Reduktionsmitteltank informiert. Furthermore, it can be provided an example acoustic warning to the driver that informs the driver of the empty reductant tank. Analog kann es vorgesehen sein, die genannten Maßnahmen einzeln oder in Kombination zu ergreifen, wenn andere Störungen oder Ausfälle einen ordnungsgemäßen Betrieb des SCR-Katalysators Analogously, it may be provided to take in combination individually the said measures or if other malfunction or failure in proper operation of the SCR catalyst 4 4 verhindern. prevent.
  • Es versteht sich, dass die Erfindung in gleicher Weise wie oben für einen Kraftfahrzeug-Dieselmotor beschrieben für andere mobile und auch stationäre Verbrennungseinrichtungen anwendbar ist, denen eine Abgasreinigungsanlage mit externer Reduktionsmittelzudosierung aus einem Vorratstank zugeordnet ist. It will be understood that the invention is applicable to other mobile and stationary combustion devices as described above for a motor vehicle diesel engine in the same way, which is assigned from a storage tank an exhaust gas purification system with external Reduktionsmittelzudosierung.

Claims (4)

  1. Abgasreinigungsanlage für eine abgaserzeugende Verbrennungseinrichtung, insbesondere einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor, mit – einem SCR-Katalysator ( Exhaust gas purification system for an exhaust gas-generating combustion device, in particular a motor vehicle internal combustion engine, comprising: - (a SCR catalyst 4 4 ) in einem Abgastrakt ( ) (In an exhaust gas tract 5 5 ), – einer Reduktionszudosiereinrichtung mit einem Reduktionsmitteltank ( ), - a Reduktionszudosiereinrichtung with a reducing agent tank ( 6 6 ) und einer Einheit ( ) And a unit ( 7 7 , . 8 8th ) zur Zudosierung eines Reduktionsmittels aus dem Reduktionsmitteltank in den Abgastrakt stromaufwärts des SCR-Katalysators, – einem Mittel ( ) For metering a reducing agent from the reducing agent tank upstream of the SCR catalyst in the exhaust system, - a means ( 9 9 ) zur Erkennung, ob die Reduktionsmittelmenge im Reduktionsmitteltank über einer vorgebbaren Mindestfüllmenge liegt, und – einer Steuereinheit ( ) For detecting whether the amount of reducing agent is in the reducing agent tank via a predeterminable minimum filling quantity, and - a control unit ( 11 11 ), welche für die Verbrennungseinrichtung ( ), Which (for the combustor 1 1 ) eine Normalbetriebsart vorgibt, solange die Reduktionsmittelmenge im Reduktionsmitteltank über der Mindestfüllmenge liegt, und eine Notbetriebsart vorgibt, wenn die Reduktionsmittelmenge im Reduktionsmitteltank nicht über der Mindestfüllmenge liegt, dadurch gekennzeichnet , dass – die Steuereinheit ( ) Specifies a normal mode of operation as long as the amount of reducing agent is in the reducing agent tank to the minimum level, and an emergency operating mode specifies when the amount of reducing agent is not in the reducing agent tank to the minimum level, characterized in that - the control unit ( 11 11 ) darauf ausgelegt ist, als Notbetriebsart alternierende Mager-/Fettbetriebszyklen oder einen stöchiometrischen Betrieb der Verbrennungseinrichtung ( ) Is designed (as emergency operating mode alternating lean / rich cycles of operation or a stoichiometric operation of the combustion device 1 1 ) vorzugeben, und/oder – stromaufwärts des SCR-Katalysators wenigstens ein weiterer Abgaskatalysator ( pretend), and / or - upstream of the SCR catalyst at least one further catalytic converter ( 2 2 , . 3 3 ) vorgesehen ist, der ein unter reduzierenden Bedingungen umwandlungsaktives Katalysatormaterial zur Ammoniakerzeugung und/oder ein Dreiwegekatalysatormaterial aufweist. ) is provided which has a conversion active under reducing conditions, catalyst material for ammonia production and / or a three-way catalyst material.
  2. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine weitere Abgaskatalysator stromaufwärts des SCR-Katalysators einen Oxidationskatalysator und/oder einen Partikelfilter umfasst, in dem oder denen eine Beschichtung mit dem ammoniakerzeugenden Katalysatormaterial und/oder dem Dreiwegekatalysatormaterial vorgesehen ist. Exhaust gas purification system according to claim 1, further characterized in that the at least one further catalytic converter upstream of the SCR catalyst comprises an oxidation catalyst and / or a particulate filter, which a coating with the ammonia-generating catalyst material and / or the three-way catalyst material is provided in the or.
  3. Verfahren zur Reinigung des Abgases einer Verbrennungseinrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors, bei dem – in einer Normalbetriebsart der Verbrennungseinrichtung entstehende Stickoxide durch ein SCR-Katalysatormaterial unter Zudosierung eines Reduktionsmittels aus einem Reduktionsmitteltank in einen Abgastrakt umgesetzt werden, – überwacht wird, ob die Reduktionsmittelmenge im Reduktionsmitteltank noch über einer vorgebbaren Mindestfüllmenge liegt, und – von der Normalbetriebsart auf eine Notbetriebsart umgeschaltet wird, sobald die Reduktionsmittelmenge im Reduktionsmitteltank nicht mehr über der Mindestfüllmenge liegt, dadurch gekennzeichnet, dass – für die Notbetriebsart alternierende Mager-/Fettbetriebszyklen oder ein stöchiometrischer Betrieb der Verbrennungseinrichtung vorgegeben werden und/oder – während der Notbetriebsart aus den Abgasemissionen durch ein stromaufwärts des SCR-Katalysatormaterials im Abgastrakt vorgesehenes ammoniakerze A method for purifying the exhaust gas of a combustion device, in particular a motor vehicle internal combustion engine, in which - are reacted resulting in a normal operating mode of the combustion device the nitrogen oxides by the SCR catalyst material with addition of a reducing agent from a reducing agent tank in an exhaust gas tract, - it is monitored whether the amount of reducing agent in the reducing agent tank is still above a predetermined minimum level, and - switching from the normal mode to an emergency operating mode as soon as the amount of reducing agent in the reducing agent tank is no longer than the minimum filling quantity, characterized in that - alternating for the emergency operating mode lean / rich cycles of operation or a stoichiometric operation of the combustion device be predefined and / or - during the emergency operating mode from the exhaust emissions by an upstream of the SCR catalyst material provided in the exhaust gas tract ammoniakerze ugendes Katalysatormaterial Ammoniak in Fettbetriebszyklen erzeugt wird, das im SCR-Katalysatormaterial zwischengespeichert und von diesem in Magerbetriebszyklen zur Stickoxidreduktion genutzt wird, und/oder Schadstoffe in den Abgasemissionen durch ein stromaufwärts des SCR-Katalysatormaterials im Abgastrakt vorgesehenes Dreiwegekatalysatormaterial simultan oxidiert und reduziert werden. ugendes catalyst material ammonia is generated in rich operation cycles, which is temporarily stored in the SCR catalyst material and used from this in lean operation cycles for nitrogen oxide reduction, and / or pollutants in the exhaust emissions provided by an upstream of the SCR catalytic material in the exhaust three-way catalyst material are simultaneously oxidized and reduced.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der folgenden weiteren Maßnahmen in der Notbetriebsart im Fall eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors als abgaserzeugender Verbrennungseinrichtung ergriffen werden: – Reduzierung der zulässigen Volllast und/oder Einspritzmenge für den Verbrennungsmotor, – Reduzierung des zulässigen Motordrehzahlbereichs, – Vorgabe einer progressiven Fahrpedalkennlinie, – Beschränkung zulässiger Fahrstufen des Kraftfahrzeugs, – Beschränkung der zulässigen Maximalgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, – Spätverstellung des Einspritzbeginns des Verbrennungsmotors, – Absenkung des Ladedrucks eines zugeordneten Abgasturboladers, – Deaktivierung einer in der Normalbetriebsart vorgesehenen Voreinspritzung, – Raildruckerhöhung eines zugeordneten Common-Rail-Einspritzsystems und/oder – Vorgabe einer Höchstzahl von Motorstartvorgängen. The method of claim 3, further characterized in that one or more of the following further measures in the emergency operating mode will be taken in the case of a motor vehicle internal combustion engine as an exhaust gas generating combustion equipment: - reduction of the permissible full load and / or injection quantity for the internal combustion engine, - reducing the permissible engine speed range , - stipulation of a progressive accelerator pedal characteristic, - restriction of allowable speed levels of the motor vehicle, - restriction of the allowable maximum speed of the motor vehicle, - retard the injection timing of the engine, - lowering of the boost pressure of an associated exhaust gas turbocharger, - deactivation of an opening provided in the normal mode, pre-injection, - Rail pressure increase of an associated common rail injection system and / or - setting a maximum number of motor start-up operations.
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