DE102007053130A1 - Internal combustion engine with exhaust system - Google Patents

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Bernd Dr. rer. nat. Krutzsch
Norbert Dr. Waldbüßer
Michel Dr.-Ing. Weibel
Günter Dipl.-Ing. Wenninger
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Abgassystem. Das Abgassystem umfasst eine Abgasreinigungseinheit (6) und einen Heißgaserzeuger (3), welcher ein Heißgas an einer stromauf der Abgasreinigungseinheit (6) angeordneten Einspeisestelle (4) in eine Abgasleitung (2) des Abgassystems einspeisen kann, so dass mit dem Heißgas vermischtes Abgas der Brennkraftmaschine (1) der Abgasreinigungseinheit (6) zugeführt werden kann. Erfindungsgemäß ist ein Wärmetauscher (7) vorgesehen, durch welchen dem mit dem Heißgas vermischten Abgas Wärme entzogen und stromauf der Einspeisestelle (4) auf Abgas der Brennkraftmaschine (1) übertragen werden kann. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar für Kraftfahrzeuge mit CNG-Motoren.The invention relates to an internal combustion engine with an exhaust system. The exhaust system comprises an exhaust gas purification unit (6) and a hot gas generator (3), which can feed a hot gas at a feed point (4) arranged upstream of the exhaust gas purification unit (6) into an exhaust pipe (2) of the exhaust system, so that the exhaust gas mixed with the hot gas Internal combustion engine (1) of the exhaust gas purification unit (6) can be supplied. According to the invention, a heat exchanger (7) is provided by which heat can be removed from the exhaust gas mixed with the hot gas and transferred to exhaust gas of the internal combustion engine (1) upstream of the feed point (4). The invention is particularly applicable to motor vehicles with CNG engines.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Abgassystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an internal combustion engine with an exhaust system according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 103 55 664 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgassystem bekannt, welches eine als Dieselpartikelfilter ausgebildete Abgasreinigungseinheit umfasst, die in einer an die Brennkraftmaschine angeschlossenen Abgasleitung angeordnet ist. Das Abgassystem weist ferner einen Heißgaserzeuger auf, welcher ein Heißgas an einer stromauf des Dieselpartikelfilters angeordneten Einspeisestelle in die Abgasleitung einspeisen kann, so dass mit dem Heißgas vermischtes entsprechend aufgeheiztes Abgas der Brennkraftmaschine dem Dieselpartikelfilter zugeführt werden kann. Dadurch kann der Dieselpartikelfilter auf eine zur thermischen Rußregeneration erforderliche Temperatur gebracht werden. Um ein stromab des Dieselpartikelfilters angeordnetes NOx-Absorbersystem vor erhöhten Temperaturen zu schützen, ist zwischen dem Dieselpartikelfilter und dem NOx-Absorbersystem ein Wärmetauscher vorgesehen, mit welchem dem Abgas Wärme entzogen werden kann. Durch diese Ausgestaltung ist ein Wärmemanagement des Abgassystems ermöglicht, so dass die entsprechenden Abgasreinigungseinheiten zuverlässig betrieben werden können. Nachteilig ist jedoch ein unbefriedigender thermischer Wirkungsgrad des Abgassystems.From the DE 103 55 664 A1 An internal combustion engine with an exhaust system is known, which comprises a designed as a diesel particulate filter exhaust gas purification unit, which is arranged in an exhaust pipe connected to the internal combustion engine. The exhaust system further comprises a hot gas generator, which can feed a hot gas at an upstream of the diesel particulate filter feed point into the exhaust pipe, so that mixed with the hot gas appropriately heated exhaust gas of the internal combustion engine can be supplied to the diesel particulate filter. As a result, the diesel particulate filter can be brought to a temperature required for thermal soot regeneration. In order to protect an arranged upstream of the diesel particulate filter NOx absorber system from elevated temperatures, a heat exchanger is provided between the diesel particulate filter and the NOx absorber system, with which the exhaust gas heat can be withdrawn. By this configuration, a thermal management of the exhaust system is made possible, so that the corresponding exhaust gas purification units can be operated reliably. However, a disadvantage is an unsatisfactory thermal efficiency of the exhaust system.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine mit einem zuverlässig betreibbaren Abgassystem und verbessertem thermischen Wirkungsgrad anzugeben.task The invention is an internal combustion engine with a reliable operable exhaust system and improved thermal efficiency specify.

Diese Aufgabe wird mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is with an internal combustion engine with the characteristics of Claim 1 solved.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist ein Abgassystem auf, welches einen Heißgaserzeuger umfasst, welcher ein Heißgas an einer stromauf der Abgasreinigungseinheit angeordneten Einspeisestelle in die Abgasleitung einspeisen kann, so dass mit dem Heißgas vermischtes Abgas der Brennkraftmaschine der Abgasreinigungseinheit zugeführt werden kann. Charakteristischerweise ist ein von Brennkraftmaschinenabgas durchströmbarer Wärmetauscher vorgesehen, durch welchen dem mit dem Heißgas vermischten Abgas der Brennkraftmaschine Wärme entzogen und stromauf der Einspeisestelle auf Abgas der Brennkraftmaschine übertragen werden kann. Dadurch kann einerseits die Abgasreinigungseinheit infolge des zugeführten Heißgases auf eine für ihren sicheren Betrieb erforderliche, meist über der normalen Abgastemperatur liegende Betriebstemperatur gebracht werden. Andererseits weist das Abgas an der Einspeisestelle für das Heißgas infolge einer vorherigen Wärmeaufnahme eine erhöhte Temperatur auf und es ist eine verbesserte Heißgasaufbereitung ermöglicht, was insbesondere bei einer Heißgaserzeugung durch Teilverbrennung von flüssigem Kraftstoff von Vorteil ist.The inventive internal combustion engine has a Exhaust system comprising a hot gas generator, which is a hot gas at an upstream of the exhaust gas purification unit arranged feed point can feed into the exhaust pipe, so that mixed with the hot gas exhaust gas of the internal combustion engine the exhaust gas purification unit can be supplied. characteristically, is a heat exchanger which can be flowed through by engine exhaust gas provided by which mixed with the hot gas Exhaust gas of the engine heat extracted and upstream the feed point to be transferred to exhaust gas of the internal combustion engine can. As a result, on the one hand, the exhaust gas purification unit due the supplied hot gas to a for their safe operation required, mostly above the normal Exhaust gas temperature lying operating temperature can be brought. On the other hand the exhaust gas at the feed point for the hot gas increased due to a previous heat absorption Temperature up and it is an improved hot gas treatment allows, especially in a hot gas production by partial combustion of liquid fuel advantage is.

Als Heißgaserzeuger kann prinzipiell jede Einheit eingesetzt werden, welche in der Lage ist ein Gas zu liefern, welches eine üblicherweise eingangsseitig der Abgasreinigungseinheit vorherrschende Temperatur überschreitet und somit die Abgastemperatur insgesamt anheben kann. Das gelieferte Heißgas kann chemisch inert sein oder chemisch unter Wärmefreisetzung umsetzbare Bestandteile aufweisen.When Hot gas generators can be used in principle every unit which is capable of delivering a gas, which is one usually On the input side of the exhaust gas cleaning unit prevailing temperature exceeds and thus the total exhaust gas temperature can raise. The delivered Hot gas may be chemically inert or chemically heat released have convertible ingredients.

Bei der Abgasreinigungseinheit handelt es sich vorzugsweise um eine Einheit zur katalytisch und/oder filtertechnisch wirksamen Abgasreinigung, die zumindest zeitweise eine Betriebstemperatur erfordert, welche die normale Abgastemperatur an der betreffenden Einbaustelle im Abgassystem überschreitet. Die Erfindung ist insbesondere mit Vorteil zum Wärmemanagement einer motorfern, beispielsweise im Unterbodenbereich des entsprechenden Kraftfahrzeugs angeordneten Abgasreinigungseinheit einsetzbar, um diese sicher auf einem Temperaturniveau betreiben zu können, welches aufgrund dort vorhandener niedriger Abgastemperaturen ohne Zusatzmaßnahmen nicht erreicht wird.at the exhaust gas cleaning unit is preferably a Unit for the catalytically and / or filter technology effective exhaust gas purification, the at least temporarily requires an operating temperature which the normal exhaust gas temperature at the relevant installation point in the exhaust system exceeds. The invention is particularly advantageous for thermal management a motor remote, for example, in the underbody area of the corresponding motor vehicle disposed exhaust purification unit used to secure this to operate at a temperature level, which due to existing lower exhaust gas temperatures without additional measures is not achieved.

Als Wärmetauscher kann jedes für die entsprechende Funktion geeignete Bauteil vorgesehen sein. Insbesondere sind Gas-Gas-Wärmetauscher in Rohrbündel-, Platten- oder Folienbauweise, bevorzugt nach dem Gegenstromprinzip, einsetzbar. Der Einsatz eines Wärmerohrs (heat-pipe) ist ebenfalls möglich.When Heat exchangers can each be for the appropriate one Function suitable component may be provided. In particular, gas-gas heat exchangers in tube bundle, plate or foil construction, preferred according to the countercurrent principle, can be used. The use of a heat pipe (heat-pipe) is also possible.

In Ausgestaltung der Erfindung kann dem aus der Abgasreinigungseinheit ausgeströmten Abgas Wärme entzogen und auf in die Abgasreinigungseinheit einströmendes Abgas übertragen werden. Dadurch kann stromauf der Abgasreinigungseinheit ins Abgas eingebrachte Energie zumindest teilweise im Abgassystem gehalten werden, wodurch der thermische Wirkungsgrad verbessert ist.In Embodiment of the invention may be from the exhaust gas purification unit discharged exhaust heat withdrawn and put on in the exhaust gas cleaning unit inflowing exhaust gas transmitted become. As a result, upstream of the exhaust gas purification unit into the exhaust gas introduced energy held at least partially in the exhaust system be, whereby the thermal efficiency is improved.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Brennkraftmaschine als eine mit einem überwiegend aus Methan bestehenden Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschine ausgebildet und die Abgasreinigungseinheit ist als Oxidationskatalysator zur katalytischen Methanoxidation ausgebildet. Bei mit methanhaltigem Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschinen kommt der Entfernung von unverbrannten Methanresten im Abgas besondere Bedeutung zu. Aufgrund der chemischen Stabilität von Methan erfordert auch eine katalytisch unterstützte Methanoxidation vergleichsweise hohe Katalysator- bzw. Abgastemperaturen. Für einen hohen Umsatz sind Temperaturen von über 350°C, typischerweise sogar noch höhere Werte von über 400°C erforderlich. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine lässt sich ohne nennenswerte Wirkungsgradeinbußen weitgehend frei von Methanemissionen betreiben.In a further embodiment of the invention, the internal combustion engine is designed as an internal combustion engine operated with a fuel consisting predominantly of methane and the exhaust gas purification unit is designed as an oxidation catalyst for the catalytic methane oxidation. In internal combustion engines operated with methane-containing fuel, the removal of unburned methane residues in the exhaust gas is of particular importance. Due to the chemical stability of methane, catalytically assisted methane oxidation also requires comparatively high catalyst or exhaust gas temperatures. For a high turnover are Tem Temperatures of over 350 ° C, typically even higher values of over 400 ° C required. The internal combustion engine according to the invention can be operated largely without methane emissions without appreciable efficiency losses.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Heißgaserzeuger zur Abmagerung des Brennkraftmaschinenabgases ausgelegt. Unter einer Abmagerung wird hier wie üblich eine Erhöhung des Verhältnisses von freiem Sauerstoff zu oxidierbaren Bestandteilen verstanden. Vorzugsweise liefert der Heißgaserzeuger ein Heißgas mit einem Sauerstoffüberschuss derart, dass nach Vermischung mit dem Brennkraftmaschinenabgas insgesamt eine oxidierende Abgaszusammensetzung resultiert. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad einer katalytisch unterstützten Oxidation von im Abgas enthaltenen Bestandteilen, insbesondere von Methan verbessert.In Another embodiment of the invention is the hot gas generator Designed for leaning of the engine exhaust gas. Under one Emaciation is here as usual an increase the ratio of free oxygen to oxidizable constituents Understood. Preferably, the hot gas generator supplies Hot gas with an excess of oxygen such, that after mixing with the engine exhaust gas in total an oxidizing exhaust gas composition results. In this way is the efficiency of a catalytically assisted oxidation of constituents contained in the exhaust gas, in particular of methane improved.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Abgasreinigungseinheit als Stickoxid-Speicherkatalysator oder als Partikelfilter ausgebildet und der Heißgaserzeuger ist zur Anfettung des Brennkraftmaschinenabgases ausgelegt. Eine solche Ausführung ist insbesondere für eine Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei welcher der Entfernung von im Abgas enthaltenen Stickoxiden bzw. Partikeln besondere Bedeutung zukommt. Dies ist insbesondere bei Dieselmotoren der Fall. Mit einem Stickoxid-Speicherkatalysator kann eine Stickoxidverminderung besonders wirkungsvoll erfolgen. Allerdings ist insbesondere für eine gelegentlich notwendige Beseitigung einer Schwefelvergiftung (Desulfatisierung) eine erhöhte Betriebstemperatur erforderlich. Die erfindungsgemäße Brenn kraftmaschine ermöglicht dies ohne nennenswerte Wirkungsgradverluste. Dabei ist die erfindungsgemäß vorgesehene Anfettung des Brennkraftmaschinenabgases durch den Heißgaserzeuger besonders vorteilhaft. Durch den Heißgaserzeuger wird das Abgas insgesamt mit reduzierenden Bestandteilen angereichert und es ist eine besonders wirkungsvolle Desulfatisierung ermöglicht. Die Anfettung durch den Heißgaserzeuger kann auch derart vorgesehen sein, dass insgesamt ein oxidierend wirkendes Abgas erhalten wird, welches jedoch mit brennbaren Bestandteilen angereichert ist. Durch deren exotherme Verbrennung kann ein dem Wärmetauscher nachgeschalteter Partikelfilter auf eine für einen Rußabbrand erforderliche Temperatur aufgeheizt werden.In Another embodiment of the invention is the exhaust gas purification unit designed as a nitrogen oxide storage catalyst or as a particle filter and the hot gas generator is for enriching the engine exhaust gas designed. Such an embodiment is especially for an internal combustion engine advantageous in which the distance of nitrogen oxides or particles contained in the exhaust gas of particular importance due. This is the case in particular with diesel engines. With a Nitrogen oxide storage catalyst can be a nitrogen oxide reduction especially done effectively. However, especially for an occasionally necessary elimination of sulfur poisoning (Desulfation) an increased operating temperature required. The internal combustion engine according to the invention allows this without significant efficiency losses. The inventively provided Enrichment of engine exhaust gas by the hot gas generator especially advantageous. By the hot gas generator, the total exhaust gas enriched with reducing ingredients and it is a particularly effective Desulfation allows. The enrichment by the hot gas generator can also be provided such that a total of oxidizing acting exhaust gas is obtained, which, however, with combustible components enriched. Due to their exothermic combustion can be a Heat exchanger downstream particle filter on a temperature required for soot burnup be heated.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Wärmetauscher als Gegenstromwärmetauscher ausgebildet. Diese Ausführungsform ermöglicht einen besonders effizienten Wärmetausch.In Another embodiment of the invention is the heat exchanger designed as a countercurrent heat exchanger. This embodiment enables a particularly efficient heat exchange.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Wärmetauscher von Abgas anströmbare katalytisch wirksame Flächenbereiche auf. Durch diese Ausführungsform kann der Wärmetauscher zusätzlich eine katalytische Funktion übernehmen. Vorteilhaft ist es, Wände von Gas führenden Kanälen des Wärmetauschers mit einer katalytischen Beschichtung zu versehen, die beispielsweise als oxidationskatalytisch wirksame Beschichtung oder als eine Beschichtung mit Stickoxid-Speicherfunktion ausgebildet sein kann. Die Beschichtung kann dabei abschnittsweise, beispielsweise einlassseitig und/oder auslassseitig vorgesehen sein. Der Wärmetauscher kann somit infolge katalytisch beschichteter anströmbarer Flächenbereiche selbst als katalytischer Konverter fungieren.In further embodiment of the invention, the heat exchanger exhaust gas-flowable catalytically active areas on. By this embodiment, the heat exchanger additionally assume a catalytic function. It is advantageous to walls of gas leading channels of the Heat exchanger with a catalytic coating too provided, for example, as oxidation catalytically effective Coating or formed as a coating with nitrogen oxide storage function can be. The coating may be partially, for example be provided on the inlet side and / or outlet side. The heat exchanger can thus due to catalytically coated anströmbarer Surface areas themselves act as a catalytic converter.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Wärmetauscher zur Ausfilterung von Partikeln aus dem Abgas ausgebildet. Gas führende Kanäle des Wärmetauschers können beispielsweise ein poröses Material enthalten, durch welches in den Wärmetauscher einströmendes Gas gezwungen wird, wobei eine Ausfilterung von Partikeln erfolgt. Die Filterfunktion kann dabei auch lediglich bereichsweise vorgesehen sein, um Druckverluste klein zu halten.In Another embodiment of the invention is the heat exchanger designed to filter out particles from the exhaust gas. Gas leading Channels of the heat exchanger, for example contain a porous material through which in the heat exchanger inflowing gas is forced, with a filtering of particles. The filter function can also only be provided in some areas to keep pressure losses small.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Heißgaserzeuger als Brenner zur zumindest teilweisen Verbrennung eines für einen Brennkraftmaschinenbetrieb eingesetzten Kraftstoffs ausgelegt. Die Verbrennung muss dabei nicht zwangsläufig mit einer Flammenerscheinung verbunden sein. Vielmehr ist unter einem Brenner jedes Bauteil zu verstehen, welches einen Brennstoff unter Wärmefreisetzung und Heißgaserzeugung umsetzen kann. Mit Vorteil einsetzbar sind beispielsweise ein mager oder fett betriebener Brenner, ein zur Durchführung einer partiellen Oxidation ausgebildeter katalytischer oder nichtkatalytischer Reaktor (POX-Reaktor), ein Reformer zur Erzeugung eines Kraftstoffreformats und dergleichen.In Another embodiment of the invention is the hot gas generator as a burner for the at least partial combustion of a for designed an internal combustion engine operation used fuel. The Combustion does not necessarily have to be accompanied by a flame be connected. Rather, every component is under a burner too understand which is a fuel under heat release and hot gas generation can implement. Can be used with advantage For example, are a lean or rich burners, a for carrying out a partial oxidation of trained catalytic or non-catalytic reactor (POX reactor) Reformer for generating a fuel reforming and the like.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind die vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.advantageous Embodiments of the invention are in the drawings illustrated and described below. Here are the mentioned above and to be explained below Features not only in the specified feature combination, but also usable in other combinations or in isolation, without to leave the scope of the present invention.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 eine erste vorteilhafte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit Abgassystem gemäß der Erfindung, 1 A first advantageous embodiment of an internal combustion engine with exhaust system according to the invention,

2a eine vorteilhafte Ausführungsform eines Wärmetauschers für das erfindungsgemäße Brennkraftmaschinen-Abgassystem, 2a an advantageous embodiment of a heat exchanger for the engine exhaust system according to the invention,

2b eine Einzelheit des Wärmetauschers gemäß 2a, 2 B a detail of the heat exchanger according to 2a .

3 eine zweite vorteilhafte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit Abgassystem gemäß der Erfindung und 3 a second advantageous embodiment of an internal combustion engine with exhaust system according to the invention and

4 eine vorteilhafte Ausführungsform für einen Teil das erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinen-Abgassystems. 4 an advantageous embodiment of a part of the engine exhaust system according to the invention.

In dem in 1 schematisch dargestellten System von Brennkraftmaschine mit Abgassystem bezeichnet 1 eine Brennkraftmaschine, an die eine Abgasleitung 2 angeschlossen ist, in welcher hintereinander eine erste Abgasreinigungseinheit 5, ein Wärmetauscher 7 und eine zweite Abgasreinigungseinheit 6 angeordnet sind. Die Baueinheiten sind dabei beim Betrieb der Brennkraftmaschine entsprechend der Richtung des Pfeils 10 von Abgas der Brennkraftmaschine 1 durchströmt. Erfindungsgemäß ist ein Heißgaserzeuger 3 vorgesehen, der so ausgelegt ist, dass er bedarfsweise ein Heißgas aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft erzeugen und an einer stromauf der zweiten Abgasreinigungseinheit 6 angeordneten Einspeisestelle 4 in die Abgasleitung 2 einspeisen kann. Brennstoff und Verbrennungsluft können dem Heißgaserzeuger 3 über Zuführleitungen 8 und 9 in einstellbaren Mengen zugeführt werden.In the in 1 schematically shown system of internal combustion engine with exhaust system 1 an internal combustion engine to which an exhaust pipe 2 is connected, in which in succession a first exhaust gas cleaning unit 5 , a heat exchanger 7 and a second exhaust purification unit 6 are arranged. The units are in operation of the internal combustion engine according to the direction of the arrow 10 of exhaust gas of the internal combustion engine 1 flows through. According to the invention is a hot gas generator 3 provided that it generates, if necessary, a hot gas from a fuel and combustion air and at an upstream of the second exhaust gas purification unit 6 arranged feed-in point 4 in the exhaust pipe 2 can feed. Fuel and combustion air can the hot gas generator 3 via supply lines 8th and 9 be supplied in adjustable amounts.

Obschon die Erfindung für Otto- und Dieselmotoren mit Vorteil angewendet werden kann, wird nachfolgend davon ausgegangen, dass die Brennkraftmaschine 1 der in 1 dargestellten Anordnung als so genannter CNG-Motor (CNG = compressed natural gas) ausgebildet ist, der mit einem überwiegend aus Methan bestehenden Kraftstoff betrieben wird. Diese Art von Brennkraftmaschine zeichnet sich durch besondere Wirtschaftlichkeit und niedrige Schadstoffemissionen, insbesondere niedrige CO2-Emissionen aus. Allerdings kann aufgrund der chemischen Stabilität von Methan die Entfernung von Methanresten aus dem Abgas problematisch sein. Insbesondere erfordert die katalytische Oxidation von Methan hohe Temperaturen von typischerweise mehr als 350°C. Ein zumindest zeitweiser Sauerstoffüberschuss im Abgas ist vorteilhaft. Je nach Ausführung der zweiten Abgasreinigungseinheit 6 kann für eine katalytische Methanoxidation auch eine schwach reduzierend eingestellte Abgaszusammensetzung in einem λ-Bereich von typischerweise 0,95 bis 0,999 vorgesehen sein, wobei ein Anteil von freiem Sauerstoff vorteilhaft ist. Mit der Anordnung gemäß 1 ist insbesondere bei den genannten Bedingungen eine wirkungsvolle Entfernung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Methanresten aus dem Abgas in besonders vorteilhafter Weise ermöglicht, wie nachfolgend näher erläutert ist.Although the invention for gasoline and diesel engines can be used with advantage, it is assumed below that the internal combustion engine 1 the in 1 illustrated arrangement as a so-called CNG engine (CNG = compressed natural gas) is formed, which is operated with a predominantly consisting of methane fuel. This type of internal combustion engine is characterized by particular economy and low pollutant emissions, in particular low CO 2 emissions. However, due to the chemical stability of methane, the removal of methane residues from the exhaust may be problematic. In particular, the catalytic oxidation of methane requires high temperatures, typically greater than 350 ° C. An at least temporary oxygen excess in the exhaust gas is advantageous. Depending on the version of the second emission control unit 6 For a catalytic methane oxidation, it is also possible to provide a weakly reducing exhaust gas composition in a λ range of typically 0.95 to 0.999, with a proportion of free oxygen being advantageous. With the arrangement according to 1 is in particular under the conditions mentioned an effective removal of hydrocarbons, in particular of methane residues from the exhaust gas in a particularly advantageous manner allows, as explained in more detail below.

In einer ersten Variante der in 1 dargestellten Anordnung, mit einer Brennkraftmaschine 1, die vorwiegend mit einem in einem engen Bereich um λ = 1,0 insbesondere mit einem oszillierenden Luft-Kraftstoffverhältnis betrieben wird, ist die erste Abgasreinigungseinheit 5 in der Art eines üblichen Drei-Wege-Katalysators ausgebildet. Dadurch können die Schadstoffe Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxid (NOx) mittels der ersten Abgasreinigungseinheit 5 wirkungsvoll zu unschädlichem Kohlendioxid (CO2) und Stickstoff (N2) umgesetzt werden.In a first variant of in 1 illustrated arrangement, with an internal combustion engine 1 , which is operated mainly with a in a narrow range around λ = 1.0, in particular with an oscillating air-fuel ratio, is the first exhaust gas purification unit 5 formed in the manner of a conventional three-way catalyst. As a result, the pollutants carbon monoxide (CO) and nitrogen oxide (NOx) by means of the first exhaust gas cleaning unit 5 be effectively converted to harmless carbon dioxide (CO 2 ) and nitrogen (N 2 ).

Die zweite Abgasreinigungseinheit 6 ist als ein insbesondere mit Blick auf eine Methanoxidation optimierter Oxidationskatalysator ausgelegt. Für diese Funktion ist es bevorzugt, eine katalytische Beschichtung mit einem Gehalt von mehr als 100 g/ft3 an Edelmetallen der Platingruppe vorzusehen. Besonders bevorzugt ist eine Edelmetallbeschichtung im Bereich von etwa 200 g/ft3 bis 300 g/ft3, insbesondere bei einem vorzugsweise bei mageren Bedingungen eingesetzten Oxidationskatalysator für Methan. Dabei hat sich eine an Rhodium freie Beschichtung als vorteilhaft erwiesen. Weiterhin ist insbesondere für Methan-Oxidationskatalysatoren, die vorwiegend bei annähernd stöchiometrischen Bedingungen eingesetzt werden, ein hoher Palladiumanteil von über 250 g/ft3 bevor zugt. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn gleichzeitig ein im Verhältnis zu Palladium gesehen niedriger Anteil von Platin und/oder Rhodium eingesetzt wird. Vorteilhaft ist ein Verhältnis von Platin und/oder Rhodium zu Palladium von 1:20 bis 1:35. Der Einsatz eines an Platin freien Methan-Oxidationskatalysators mit hohem Palladiumgehalt ist ebenfalls vorteilhaft.The second emission control unit 6 is designed as an optimized in particular with regard to a methane oxidation oxidation catalyst. For this function, it is preferable to provide a catalytic coating containing more than 100 g / ft 3 of platinum group noble metals. Particularly preferred is a noble metal coating in the range of about 200 g / ft 3 to 300 g / ft 3 , in particular in a preferably used under lean conditions oxidation catalyst for methane. In this case, a rhodium-free coating has proved to be advantageous. Furthermore, in particular for methane oxidation catalysts, which are used predominantly at approximately stoichiometric conditions, a high palladium content of more than 250 g / ft 3 before given to. It is particularly preferred if at the same time a low proportion of platinum and / or rhodium is used in relation to palladium. A ratio of platinum and / or rhodium to palladium of 1:20 to 1:35 is advantageous. The use of a platinum-free high-palladium methane oxidation catalyst is also advantageous.

Zur Regelung des Brennkraftmaschinenbetriebs, beispielsweise um λ = 1, ist es bevorzugt, Lambdasonden im Abgassystem vorzusehen, was nicht näher dargestellt ist. Insbesondere können Lambdasonden eingangsseitig und/oder ausgangsseitig der Abgasreinigungseinheiten 5 und 6 bzw. vor und/oder nach der Einspeisestelle 4 vorgesehen sein, mit deren Hilfe ein Luft-Kraftstoffverhältnis zum Betrieb der Brennkraftmaschine und/oder ein Abgas-λ eingestellt werden können.For controlling the engine operation, for example by λ = 1, it is preferable to provide lambda probes in the exhaust system, which is not shown in detail. In particular, lambda probes can be on the input side and / or output side of the exhaust gas purification units 5 and 6 or before and / or after the entry point 4 be provided with the aid of an air-fuel ratio for operating the internal combustion engine and / or an exhaust λ can be adjusted.

Für eine wirkungsvolle Oxidation von Methanresten durch die zweite Abgasreinigungseinheit 6 ist es besonders vorteilhaft, eine Abgaszusammensetzung bzw. ein Abgas-λ derart einzustellen, dass eine Belegung der katalytisch aktiven Zentren der katalytischen Beschichtung mit Sauerstoff vermieden ist. Überraschend konnte festgestellt werden, dass eine Adsorption von Sauerstoff an den katalytischen Zentren, insbesondere den Edelmetall-Zentren, die Oxidation von Methan hemmt. Dabei ist die Stärke der Hemmung temperaturabhängig mit bei zunehmender Temperatur abnehmender Tendenz. Für einen möglichst hohen Methanumsatz hat es sich daher als vorteilhaft erwiesen, eingangsseitig der insbesondere als Methan-Oxidationskatalysator mit hohem Palladiumgehalt ausgelegten zweiten Abgasreinigungseinheit 6 eine schwach reduzierend wirkende Abgaszusammensetzung einzustellen. Die Einstellung erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer eingangsseitig der Abgasreinigungseinheit 6 angeordneten Lambdasonde. Die Einstellung des Abgas-λ für in die zweite Abgasreinigungseinheit einströmendes Abgas kann durch eine entsprechende Steuerung bzw. Regelung der motorischen Verbrennung und/oder des Betriebs des Heißgaserzeugers 3 erzielt werden. Für den zweitgenannten Fall ist es vorteilhaft, eine Lambdasonde vorzusehen, die eingangsseitig der zweiten Abgasreinigungseinheit 6 und hinter der Einspeisestelle 4 angeordnet ist.For effective oxidation of methane residues by the second flue gas cleaning unit 6 For example, it is particularly advantageous to set an exhaust gas composition or an exhaust gas λ such that an occupancy of the catalytically active centers of the catalytic coating with oxygen is avoided. Surprisingly, it has been found that an adsorption of oxygen at the catalytic centers, in particular the noble metal centers, inhibits the oxidation of methane. The intensity of the inhibition is temperature-dependent with decreasing tendency as the temperature increases. It has been there for the highest possible methane conversion ago proven to be advantageous on the input side of the particular designed as a methane oxidation catalyst with high palladium content second exhaust gas cleaning unit 6 to adjust a weakly reducing exhaust gas composition. The setting is preferably carried out with the aid of an input side of the exhaust gas purification unit 6 arranged lambda probe. The adjustment of the exhaust gas λ for exhaust gas flowing into the second exhaust gas purification unit may be effected by a corresponding control of the engine combustion and / or the operation of the hot gas generator 3 be achieved. For the second-mentioned case, it is advantageous to provide a lambda probe, the input side of the second exhaust gas purification unit 6 and behind the feed-in point 4 is arranged.

Die Einstellung des Abgas-λ erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von der Temperatur der zweiten Abgasreinigungseinheit 6 bzw. der Abgaseingangstemperatur, wozu zweckmäßig entsprechend angeordneten Temperaturfühler vorgesehen sind. Es ist bevorzugt, zumindest in einem Temperaturbereich von einer Anspringtemperatur für die Methanoxidation bis zu einer katalysatorspezifisch vorgebbaren oberen Grenztemperatur ein schwach reduzierendes Abgas-λ im Bereich von 0,96 bis 0,999 eingangs der zweiten Abgasreinigungseinheit 6 einzustellen. Ein Abgas-λ im Bereich von 0,97 bis 0,98 ist besonders bevorzugt. Dabei kann eine λ-Oszillation etwa zwischen 0,9 bis 1,02 mit einem zeitlichen Mittelwert im genannten Bereich erfolgen. Besonders bevorzugt ist es, mit zunehmender Temperatur einen zunehmenden λ-Wert einzustellen. Typische Werte für die Anspringtemperatur bzw. die obere Grenztemperatur sind etwa 350°C bzw. etwa 450°C. Oberhalb einer Sauerstoffdesorptionstemperatur von etwa 500°C erfolgt bei den vorzugsweise eingesetzten Katalysatormaterialien keine Adsorption von Sauerstoff mehr. Aus diesem Grund kann oberhalb der Sauerstoffdesorptionstemperatur eine rein oxidierend wirkende Abgaszusammensetzung eingangs der zweiten Abgasreinigungseinheit 6 eingestellt werden. Dabei ist ein Sauerstoff-Gehalt von 1% bis 5% vorteilhaft.The adjustment of the exhaust gas λ preferably takes place as a function of the temperature of the second exhaust gas purification unit 6 or the exhaust gas inlet temperature, for which purpose expediently arranged temperature sensors are provided. It is preferable, at least in a temperature range from a light-off temperature for the methane oxidation to a catalyst-specific predeterminable upper limit temperature, a weakly reducing exhaust gas λ in the range of 0.96 to 0.999 at the entrance of the second exhaust gas purification unit 6 adjust. An exhaust λ in the range of 0.97 to 0.98 is particularly preferred. In this case, a λ oscillation approximately between 0.9 to 1.02 can be carried out with a time average in the range mentioned. It is particularly preferred to set an increasing λ value with increasing temperature. Typical values for the light-off temperature or the upper limit temperature are about 350 ° C and about 450 ° C, respectively. Above an oxygen desorption temperature of about 500 ° C., adsorption of oxygen no longer takes place in the case of the catalyst materials preferably used. For this reason, above the oxygen desorption temperature, a purely oxidizing exhaust gas composition at the beginning of the second exhaust gas purification unit 6 be set. An oxygen content of 1% to 5% is advantageous.

Anstelle einer als Methan-Oxidationskatalysator ausgelegten zweiten Abgasreinigungseinheit 6 mit hohem Palladiumgehalt kann auch ein solcher mit vergleichsweise niedrigem Palladiumgehalt, typischerweise 100 g/ft3 oder weniger oder ein an Rhodium und/oder an Palladium freier Methan-Oxidationskatalysator eingesetzt werden. Bei diesen Katalysatortypen kann eine rein oxidierende Abgaszusammensetzung mit einem Abgas-λ von über 1,1, insbesondere von über 1,5 eingestellt werden.Instead of a designed as a methane oxidation catalyst second exhaust gas purification unit 6 high palladium content may also be used with a comparatively low palladium content, typically 100 g / ft 3 or less, or a rhodium and / or palladium-free methane oxidation catalyst. For these types of catalysts, a purely oxidizing exhaust gas composition with an exhaust gas λ of more than 1.1, in particular more than 1.5, can be set.

Allerdings sind für einen hohen Methanumsatz nochmals höhere Temperaturen, typischerweise mehr als 500°C erforderlich. Ein effektives und ökonomisches Temperaturmanagement ist dabei insbesondere mit Blick auf niedrigen Kraftstoffverbrauch vorteilhaft. Auf bevorzugte Maßnahmen hierfür wird weiter unten näher eingegangen.Indeed are even higher for a high methane conversion Temperatures, typically more than 500 ° C required. An effective and economical temperature management is especially advantageous with regard to low fuel consumption. On preferred measures for this is below discussed in more detail.

In einer zweiten Variante der in 1 dargestellten Anordnung, mit einer Brennkraftmaschine 1, die vorwiegend mit einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis betrieben wird, ist die erste Abgasreinigungseinheit 5 in der Art eines Stickoxid-Speicherkatalysators ausgebildet. Die anderen Komponenten können analog den obigen Erläuterungen ausgebildet sein und betrieben werden. Der Stickoxid-Speicherkatalysator entzieht dem mageren, d. h. oxidierend wirkenden Abgas Stickoxide durch Einspeicherung. Durch kurzzeitiges Einstellen einer fetten, d. h. reduzierenden Abgaszusammensetzung eingangsseitig des Stickoxid-Speicherkatalysators werden eingespeicherte Stickoxide freigesetzt und größtenteils zu unschädlichem Stickstoff umgewandelt, wodurch der Stickoxid-Speicherkatalysator regeneriert wird und in der Lage ist, erneut Stickoxide einzuspeichern. Die Einstellung der zur Regeneration erforderlichen fetten Abgaszusammensetzung kann durch einen fetten Brennkraftmaschinenbetrieb mit Luftmangel erreicht werden. Eine Anfettung des Abgases der weiterhin mager betriebenen Brennkraftmaschine durch Zufuhr eines Reduktionsmittels in die Abgasleitung 2 ist ebenfalls möglich. Hierfür kann ein nicht dargestellter Kraftstoffinjektor stromauf des Stickoxid-Speicherkatalysators vorgesehen sein. Eine Zufuhr von reduzierendem Heißgas durch den Heißgaserzeuger 3 ist ebenfalls möglich.In a second variant of in 1 illustrated arrangement, with an internal combustion engine 1 , which is operated primarily with a lean air-fuel ratio, is the first exhaust gas purification unit 5 formed in the manner of a nitrogen oxide storage catalyst. The other components can be designed and operated analogously to the above explanations. The nitrogen oxide storage catalyst removes nitrogen oxides from the lean, ie oxidizing exhaust gas by storing. By temporarily setting a rich, ie reducing exhaust gas composition on the input side of the nitrogen oxide storage catalyst stored nitrogen oxides are released and largely converted to harmless nitrogen, whereby the nitrogen oxide storage catalyst is regenerated and is able to re-store nitrogen oxides. The adjustment of the rich exhaust gas composition required for regeneration can be achieved by a rich air-fueled engine operation. An enrichment of the exhaust gas of the still lean operated internal combustion engine by supplying a reducing agent in the exhaust pipe 2 is also possible. For this purpose, an unillustrated fuel injector may be provided upstream of the nitrogen oxide storage catalyst. A supply of reducing hot gas by the hot gas generator 3 is also possible.

Wie oben erläutert, ist es generell, jedoch insbesondere bei einer als CNG-Motor ausgebildeten Brennkraftmaschine 1 vorgesehen, die zweite Abgasreinigungseinheit 6 oberhalb einer Temperatur zu betreiben, bei welcher diese reduzierende Abgasbestandteile, insbesondere Methan umsetzen kann. Ange strebt wird allgemein ein rascher Anstieg auf und eine Aufrechterhaltung von Temperaturen über 350°C, insbesondere von mehr als 450°C. Zur raschen Abgasaufheizung beispielsweise nach einem Kaltstart bzw. in Verbindung mit einem Warmlauf der Brennkraftmaschine 1 sowie zu Anhebung eines auch bei warmgelaufener Brennkraftmaschine niedrigen Abgastemperaturniveaus und/oder zur Aufrechterhaltung eines erhöhten Abgastemperaturniveaus ist vorgesehen, vom Heißgaserzeuger 3 durch Kraftstoffverbrennung erzeugtes Heißgas an der Einspeisestelle 4 in die Abgasleitung 2 einzuspeisen. Dies geschieht vorzugsweise in einstellbaren Mengen für die Kraftstoff- bzw. Luftversorgung des Heißgaserzeugers 3. Bevorzugt ist dabei ein temperaturgeregelter Betrieb des Heißgaserzeugers 3 über einen oder mehrere Temperatursensoren, welche stromauf und/oder stromab der Einspeisestelle 4 vorgesehen sein können. Der Heißgaserzeuger kann außer Betrieb gesetzt werden, wenn von der Brennkraftmaschine 1 Abgas oberhalb einer vorgebbaren Temperaturschwelle geliefert wird, bzw. ein autarker Betrieb der Abgasreinigungseinheit 6 oberhalb einer hierfür maßgebenden Temperaturschwelle möglich ist.As explained above, it is general, but especially in an engine designed as a CNG engine 1 provided, the second exhaust purification unit 6 operate above a temperature at which this reducing exhaust gas constituents, in particular methane can implement. Ange sought is generally a rapid increase and maintaining temperatures above 350 ° C, in particular of more than 450 ° C. For rapid exhaust gas heating, for example, after a cold start or in conjunction with a warm-up of the engine 1 and to increase a low exhaust gas temperature level even when the engine is warmed up and / or to maintain an elevated exhaust gas temperature level is provided by the hot gas generator 3 Hot gas produced by fuel combustion at the feed point 4 in the exhaust pipe 2 feed. This is preferably done in adjustable amounts for the fuel or air supply of the hot gas generator 3 , Preference is given to a temperature-controlled operation of the hot gas generator 3 via one or more temperature sensors, which upstream and / or downstream of the feed point 4 can be provided. The hot gas generator can be put out of operation when from the internal combustion engine 1 Exhaust gas above a predeterminable temperature or a self-sufficient operation of the exhaust gas cleaning unit 6 above a relevant temperature threshold is possible.

Es versteht sich, dass der üblicherweise zur Abgastemperaturanhebung eingesetzte Heißgaserzeuger 3 auch zur Abgastemperaturabsenkung eingesetzt werden kann, wenn dies beispielsweise bei einem Brennkraftmaschinenbetrieb mit hoher Last gewünscht ist. In einem solchen Fall ist vorgesehen, dass vom Heißgaserzeuger 3 lediglich Umgebungsluft in die Abgasleitung 2 eingespeist wird. Auf diese Weise ist ein umfassendes Temperaturmanagement für die Abgasreinigungseinheit 6 ermöglicht, bei welcher diese im angestrebten vorgebbaren Temperaturbereich betrieben werden kann. Überhitzungen über eine vorgebbare Grenztemperatur oder Abkühlungen unter eine untere Grenztemperatur lassen sich dadurch vermeiden.It is understood that the hot gas generator commonly used for exhaust temperature elevation 3 can also be used for exhaust gas temperature reduction, if this is desired, for example, in an internal combustion engine operation with high load. In such a case it is envisaged that of the hot gas generator 3 only ambient air into the exhaust pipe 2 is fed. In this way is a comprehensive temperature management for the waste gas purification unit 6 allows, in which this can be operated in the desired target temperature range. Overheating over a predeterminable limit temperature or cooling below a lower limit temperature can thereby be avoided.

Vorzugsweise wird der Heißgaserzeuger 3 mit dem auch für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 vorgesehenen Kraftstoff betrieben. Je nachdem ob in Verbindung mit einer Abgasauf heizung eine Anreicherung des Abgases mit Reduktionsmittel oder mit Sauerstoff vorgesehen ist, wird der Heißgaserzeuger 3 unterstöchiometrisch, d. h. mit Luftmangel, oder überstöchiometrisch, d. h. mit Luftüberschuss betrieben. Eine entsprechende Steuerung bzw. Regelung erfolgt zweckmäßig über Mengenreguliermittel in den Zuführleitungen 8, 9. Diese können durch Signale von in der Abgasleitung 2 angeordneten Sensoren für Temperatur und/oder Sauerstoff angesteuert werden. Hierfür ist zweckmäßigerweise eine Steuereinheit vorgesehen, was im Einzelnen in 1 nicht dargestellt ist. Vorzugsweise ist der Heißgaserzeuger 3 als katalytischer Brenner ausgeführt.Preferably, the hot gas generator 3 with the also for the operation of the internal combustion engine 1 operated fuel. Depending on whether in connection with a Abgasauf heating an enrichment of the exhaust gas with reducing agent or with oxygen is provided, the hot gas generator 3 substoichiometric, ie with air deficiency, or more than stoichiometric, ie operated with excess air. A corresponding control or regulation is expediently carried out via quantity regulating means in the supply lines 8th . 9 , These can be due to signals from in the exhaust pipe 2 arranged sensors for temperature and / or oxygen can be controlled. For this purpose, a control unit is expediently provided, which in detail in 1 not shown. Preferably, the hot gas generator 3 designed as a catalytic burner.

Der Wirkungsgrad der in 1 dargestellten Anordnung wird insbesondere dadurch verbessert, dass das aus der zweiten Abgasreinigungseinheit 6 austretende heiße Abgas zumindest teilweise dem Wärmetauscher 7 zugeführt wird. Der vorzugsweise nach dem Gegenstromprinzip aufgebaute Wärmetauscher 7 entzieht aus der zweiten Abgasreinigungseinheit 6 ausströmendem Abgas Wärmeenergie Q und überträgt sie auf das ihr zugeführte Abgas. Auf diese Weise vermindert sich das Ausmaß der durch den Heißgaserzeuger 3 aufzubringenden Temperaturerhöhung bzw. die vom Heißgaserzeuger 3 bereitzustellende Wärmemenge.The efficiency of in 1 The arrangement shown is improved in particular by the fact that the second exhaust gas cleaning unit 6 escaping hot exhaust gas at least partially the heat exchanger 7 is supplied. The preferably constructed according to the countercurrent principle heat exchanger 7 withdraws from the second emission control unit 6 outgoing exhaust heat energy Q and transmits them to the exhaust gas supplied to it. In this way, the amount of hot gas generator diminishes 3 applied temperature increase or from the hot gas generator 3 amount of heat to be provided.

Der Wärmetauscher 7 kann als rein passiv wirkendes, lediglich Wärme übertragendes Bauteil ausgebildet sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, in den Wärmetauscher 7 zusätzlich katalytisch und/oder filtertechnisch wirksame Mittel zu integrieren. Beispielsweise können Wärmetauscherflächen mit einer katalytischen Beschichtung versehen und/oder es kann ein filterwirksamer Abschnitt vorgesehen sein. Dabei ist eine Ausführung als so genannter autothermer Reaktor, in dem bei ausgeglichener Wärmebilanz sowohl Wärme erzeugende, exotherme als auch Wärme verzehrende, endotherme chemische Umsetzungen ablaufen können, besonders bevorzugt. Nachfolgend wird unter Bezug auf die 2a und 2b eine solche Ausführungsform näher beschrieben. Dabei versteht es sich, dass auf eine oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Abgasreinigungsfunktionen des Wärmetauschers 7 auch verzichtet werden kann. Ebenso versteht es sich, dass die im Zusammenhang mit 1 diskutierten und nachfolgend noch erläuterten Abgassystemvarianten nicht auf eine spezielle Ausführung des Wärmetauschers beschränkt sind.The heat exchanger 7 can be designed as a purely passive acting, only heat-transmitting component. However, it may also be provided in the heat exchanger 7 additionally to integrate catalytically and / or filter technology effective means. For example, heat exchanger surfaces can be provided with a catalytic coating and / or a filter-effective section can be provided. In this case, an embodiment as a so-called autothermal reactor, in which balanced heat balance both heat-generating, exothermic and heat-consuming, endothermic chemical reactions can proceed, is particularly preferred. Hereinafter, referring to the 2a and 2 B such an embodiment described in more detail. It is understood that one or more of the exhaust gas cleaning functions of the heat exchanger described below 7 can also be dispensed with. Likewise, it is understood that related to 1 discussed and subsequently explained exhaust system variants are not limited to a specific embodiment of the heat exchanger.

Der in 2a als Ganzes schematisch dargestellte Wärmetauscher 7 ist als Gegenstromwärmetauscher in Plattenbauweise mit als Wärmetauscherflächen dienenden Platten 71 ausgeführt, was in der eine Einzelheit zeigende 2b detaillierter dargestellt ist. Selbstverständlich müssen die Platten nicht notwendigerweise eben ausgebildet sein, sondern können Wellenform aufweisen oder anderweitig geformt oder gefaltet sein.The in 2a as a whole schematically illustrated heat exchanger 7 is as a counter-flow heat exchanger in plate design with serving as a heat exchanger surfaces plates 71 what is shown in the detail 2 B is shown in more detail. Of course, the plates need not necessarily be flat, but may be wavy or otherwise shaped or folded.

Durch jeweils zwei benachbarte Platten 71 werden Einströmkanäle 72 bzw. Ausströmkanäle 73 gebildet. Im unteren Bereich des Wärmetauschers 7 entsprechend dem Pfeil 10 einströmendes Brennkraftmaschinenabgas wird in einem am anderen Ende des Wärmetauschers 7 angeordneten Umlenkbereich 78 um 180 Grad umgelenkt und strömt im unteren Bereich seitlich oder senkrecht zur Zeichenebene wieder aus.By two adjacent plates 71 become inflow channels 72 or outflow channels 73 educated. In the lower part of the heat exchanger 7 according to the arrow 10 incoming engine exhaust gas is at one end of the heat exchanger 7 arranged deflection area 78 deflected by 180 degrees and flows in the lower area laterally or perpendicular to the drawing plane again.

Am oberen Ende des Wärmetauschers 7 ist ein Heißgaserzeuger 3 angeordnet, der Heißgas entsprechend der obigen Erläuterungen dem Brennkraftmaschinenabgas an der im Umlenkbereich 78 angeordneten Einspeisestelle 4 zuführen kann. Betrachtet wird beispielhaft der Fall, dass der Heißgaserzeuger 3 über die Zuführleitung 8 mit flüssigem Kraftstoff, beispielsweise mit Dieselkraftstoff versorgt wird. An einem gegebenenfalls elektrisch beheizbaren Verdampferbauteil 32 kann der zugeführte Kraftstoff verdampft werden. Am nachgeschalteten Katalysator 31 kann eine katalytisch unterstützte Oxidation erfolgen. Der hierfür notwendige Sauerstoff kann dem Heißgaserzeuger 3 in Form von Luft oder magerem Brennkraftmaschinenabgas über die hier durch den Pfeil 9 angedeutete zuführleitung zugeführt werden. Vorzugsweise ist der Katalysator 31 als POX-Katalysator (POX = partielle Oxidation) oder als Reformerkatalysator ausgeführt. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise die Erzeugung eines heißen, reduzierend wirkenden Gases, welches partiell oxidierten oder reformierten Kraftstoff enthält. Eine vollständige Kraftstoffoxidation mit Erzeugung eines Heißgases mit Sauerstoffüberschuss ist ebenfalls möglich. Mit dem Heißgas vermischtes und entsprechend aufgeheiztes Brennkraftmaschinenabgas kann somit Wärme über die Platten 71 auf einströmendes Brennkraftmaschinenabgas abgeben.At the upper end of the heat exchanger 7 is a hot gas generator 3 arranged, the hot gas according to the above explanations the engine exhaust gas at the deflection in the area 78 arranged feed-in point 4 can supply. Considered by way of example is the case that the hot gas generator 3 over the supply line 8th is supplied with liquid fuel, for example with diesel fuel. On an optionally electrically heated evaporator component 32 The supplied fuel can be evaporated. At the downstream catalyst 31 a catalytically assisted oxidation can take place. The oxygen required for this purpose can be used by the hot gas generator 3 in the form of air or lean engine exhaust via the here by the arrow 9 indicated supply line to be supplied. Preferably, the catalyst 31 as POX catalyst (POX = partial oxidation) or designed as a reforming catalyst. This advantageously makes it possible to produce a hot, reducing gas which contains partially oxidized or reformed fuel. A complete fuel oxidation with generation of a hot gas with excess oxygen is also possible. With the hot gas mixed and heated accordingly engine exhaust gas can thus heat over the plates 71 emit on incoming engine exhaust.

Vorteilhaft ist es, wenn wie in 2b näher dargestellt die Platten zumindest abschnittsweise mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung versehen sind. Diese kann in den Einströmkanälen 72 und/oder in den Ausströmkanälen 73 angeordnet sein und gegebenenfalls unterschiedlich, beispielsweise als Oxidationskatalysator, Strickoxid-Speicherkatalysator, SCR-Katalysator oder Denox-Katalysator ausgebildet sein. Weiter ist es vorteilhaft, wenn ein filterwirksamer Bereich 74 zur Ausfilterung von partikelförmigen Abgasbestandteilen vorgesehen ist. Dieser kann wie dargestellt endseitig in den Einströmkanälen 72 angeordnet sein. Eine Anordnung in den Ausströmkanälen 73 ist ebenfalls möglich. Es ist bevorzugt, stromauf des filterwirksamen Bereichs 74 einen oxidationskatalytisch wirksamen Bereich 77 anzuordnen. Dadurch kann im Abgas enthaltenes Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid oxidiert werden, was eine Oxidation von im Bereich 74 ausgefilterten Rußpartikeln auch bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von etwa 350°C ermöglicht. Bei der Rußoxidation zurückgebildetes Stickstoffmonoxid kann durch eine in den Ausströmkanälen 73 angeordnete Beschichtung 76 mit einem Stickoxid-Speicherkatalysor aus dem Abgas entfernt werden. Eine weitere Verbesserung der Stickoxidverminderungsfunktion kann durch eine nachgeschaltete Beschichtung 75 mit einem SCR-Katalysator erzielt werden, welcher bei einer Reduktion von im Stickoxid-Speicherkatalysator 76 gebildeten Ammoniak zur weiteren Stickoxidverminderung nutzen kann.It is advantageous if as in 2 B shown in more detail, the plates are at least partially provided with a catalytically active coating. This can be in the inflow channels 72 and / or in the outflow channels 73 be arranged and optionally different, for example, as an oxidation catalyst, knitting oxide storage catalyst, SCR catalyst or Denox catalyst may be formed. Furthermore, it is advantageous if a filter-effective area 74 is provided for filtering particulate exhaust gas constituents. This can end as shown in the inflow channels 72 be arranged. An arrangement in the discharge channels 73 is also possible. It is preferred upstream of the filter effective region 74 an oxidation catalytic effective range 77 to arrange. As a result, nitrogen monoxide contained in the exhaust gas can be oxidized to nitrogen dioxide, resulting in oxidation in the range 74 filtered soot particles even at relatively low temperatures of about 350 ° C allows. In the soot oxidation zurückgebildetes nitrogen monoxide can through a in the outflow 73 arranged coating 76 be removed from the exhaust gas with a nitrogen oxide storage catalytic converter. A further improvement of the nitrogen oxide reduction function can be achieved by a downstream coating 75 be achieved with an SCR catalyst, which in a reduction of the nitrogen oxide storage catalyst 76 formed ammonia can further nitrogen oxide reduction.

Ein entsprechend den in den 2a und 2b ausgeführter Wärmetauscher wird bevorzugt in einer in 3 schematisch dargestellten alternativen Anordnung eingesetzt. Dabei entspricht die Anordnung gemäß 3 im Wesentlichen der in 1 dargestellten Anordnung, so dass nur auf die wesentlichen Unterschiede eingegangen wird.A corresponding to the in the 2a and 2 B executed heat exchanger is preferably in a in 3 used schematically illustrated alternative arrangement. The arrangement corresponds to 3 essentially the in 1 arrangement so that only the essential differences are discussed.

Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Anordnung wird in der Anordnung nach 3 dem mit dem Heißgas vermischten Brennkraftmaschinenabgas durch den Wärmetauscher 7 unmittelbar hinter der Heißgaseinspeisestelle 4 Wärme entzogen. Der Wärmeentzug erfolgt somit vor Zufuhr des mit dem Heißgas vermischten Brennkraftmaschinenabgases zu einer dem Wärmetauscher 7 nachgeschalteten Abgasreinigungseinheit. Somit ist eine Aufteilung der über das Heißgas zugeführten Energie in eine in Bezug auf die Abgasströmung stromaufwärtige und in eine stromabwärtige Richtung ermöglicht. Somit können sowohl im Wärmetauscher integrierte abgasreinigungswirksame Bauteile als auch die zweite Abgasreinigungseinheit 6 simultan temperiert werden. Die Einspeisestelle 4 für Heißgas kann wie in 3 dargestellt, außerhalb des Wärmetauschers 7 angeordnet sein. Bevorzugt erfolgt die Einspeisung von Hessgas jedoch wie in 2a gezeigt in den Umlenkbereich 78 des Wärmetauschers 7.Unlike the in 1 The arrangement shown in the arrangement according to 3 the engine exhaust gas mixed with the hot gas through the heat exchanger 7 immediately behind the hot gas feed point 4 Heat deprived. The heat removal is thus carried out before supplying the mixed with the hot gas engine exhaust gas to a heat exchanger 7 Downstream emission control unit. Thus, a split of the energy supplied via the hot gas into one with respect to the exhaust gas flow upstream and in a downstream direction is made possible. Thus, both in the heat exchanger integrated exhaust gas cleaning effective components and the second exhaust gas cleaning unit 6 be tempered simultaneously. The feed-in point 4 for hot gas can be like in 3 shown outside the heat exchanger 7 be arranged. However, the feed of Hessgas preferably takes place as in 2a shown in the deflection area 78 of the heat exchanger 7 ,

In 4 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform für einen Teil des erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinen-Abgassystems dargestellt, wobei die Brennkraftmaschine nicht in die Zeichnung aufgenommen wurde. Die in 4 dargestellte Anordnung ist bevorzugt für einen Einbau in das Brennkraftmaschinen-Abgassystem im Unterbodenbereich des entsprechenden Fahrzeugs vorgesehen. Die Anordnung zeichnet sich durch eine besonders kompakte Bauweise und einen besonders hohen thermi schen Wirkungsgrad aus. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass Abgaseintritts- und Abgasaustrittsanschluss der zweiten Abgasreinigungseinheit 6 eng benachbart an ein und demselben Ende derselben angeordnet sind und jeweils über eine kurze Leitungsführung mit dem Wärmetauscher 7 verbunden sind. Die Einspeisestelle 4 für vom Heißgaserzeuger 3 geliefertes Heißgas ist in einem den Wärmetauscher 7 mit der zweiten Abgasreinigungseinheit 6 verbindenden Abgasleitungsteil angeordnet, über welches zu reinigendes Abgas der zweiten Abgasreinigungseinheit 6 zugeführt wird.In 4 a further advantageous embodiment is shown for a part of the engine exhaust system according to the invention, wherein the internal combustion engine has not been included in the drawing. In the 4 illustrated arrangement is preferably provided for installation in the engine exhaust system in the underfloor region of the corresponding vehicle. The arrangement is characterized by a particularly compact design and a particularly high thermal efficiency rule. This is achieved in particular by the exhaust gas inlet and exhaust gas outlet connection of the second exhaust gas purification unit 6 are arranged closely adjacent to one and the same end thereof and in each case via a short line with the heat exchanger 7 are connected. The feed-in point 4 for from the hot gas generator 3 supplied hot gas is in a heat exchanger 7 with the second exhaust gas purification unit 6 arranged connecting exhaust pipe part, via which to be cleaned exhaust gas of the second exhaust gas cleaning unit 6 is supplied.

Die zweite Abgasreinigungseinheit 6 weist einen in einem Gehäuse 64 angeordneten Katalysator- oder Partikelfilterkörper 63, vorzugsweise in Wabenkörperbauform auf. Der Katalysatorkörper kann als Oxidations-Drei-Wege- oder Stickoxid-Speicherkatalysator ausgebildet sein. In die zweite Abgasreinigungseinheit 6 einströmendes Abgas durchströmt den Katalysator- oder Partikelfilterkörper 63, wird anschließend in einem Umlenkbereich 61 im Gehäuse 64 um 180 Grad umgelenkt und strömt über einen den Katalysator- oder Partikelfilterkörper 63 umgebenden Ringspalt 62 zur Abgasaustrittsöffnung des Gehäuses 64.The second emission control unit 6 has one in a housing 64 arranged catalyst or particle filter body 63 , preferably in honeycomb construction. The catalyst body may be formed as an oxidation three-way or nitrogen oxide storage catalyst. In the second exhaust gas cleaning unit 6 inflowing exhaust gas flows through the catalyst or particle filter body 63 , then becomes in a deflection area 61 in the case 64 deflected by 180 degrees and flows over a catalyst or particle filter body 63 surrounding annular gap 62 to the exhaust outlet opening of the housing 64 ,

Die in anhand von 1 bis 4 diskutierten Abgassysteme sind mit Vorteil in Verbindung mit einer überwiegend mager mit Otto-, Diesel- oder CNG-Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine einsetzbar. Wie erläutert ist jedoch deren Einsatz in stöchiometrisch betriebenen Brennkraftmaschinen vom genannten Typ ebenfalls möglich. Dabei kann durch geeignete Auswahl insbesondere der Abgasreinigungseinheiten 5 und 6 und/oder durch eine spezielle Ausführung des Wärmetauschers 7 eine optimale Anpassung an den jeweiligen Brennkraftmaschinentyp und Einsatzfall erzielt werden. Ebenfalls möglich und vorteilhaft ist es, zusätzlich oder alternativ weitere Abgasreinigungskomponenten wie beispielsweise eine Partikelfiltereinheit oder einen SCR-Katalysator vorzusehen, welche dem Wärmetauscher vor- oder nachgeschaltet sein können.The in by means of 1 to 4 Discussed exhaust systems are advantageously used in conjunction with a predominantly lean-burned with gasoline, diesel or CNG fuel internal combustion engine. As explained, however, their use in stoichiometrically operated internal combustion engines of the type mentioned is also possible. In this case, by suitable selection in particular of the exhaust gas purification units 5 and 6 and / or by a special design of the heat exchanger 7 an optimal adaptation to the respective type of internal combustion engine and application can be achieved. It is also possible and advantageous to additionally or alternatively provide further exhaust gas purification components, such as a particulate filter unit or an SCR catalyst, which may be upstream or downstream of the heat exchanger.

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Claims (9)

Brennkraftmaschine mit einem Abgassystem umfassend – eine Abgasreinigungseinheit (6), die in einer an die Brennkraftmaschine (1) angeschlossenen Abgasleitung (2) angeordnet ist und – einen Heißgaserzeuger (3), welcher ein Heißgas an einer stromauf der Abgasreinigungseinheit (6) angeordneten Einspeisestelle (4) in die Abgasleitung (2) einspeisen kann, so dass mit dem Heißgas vermischtes Abgas der Brennkraftmaschine (1) der Abgasreinigungseinheit (6) zugeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass ein von Abgas der Brennkraftmaschine (1) durchströmbarer Wärmetauscher (7) vorgesehen ist, durch welchen dem mit dem Heißgas vermischten Abgas der Brennkraftmaschine (1) Wärme entzogen und stromauf der Einspeisestelle (4) auf Abgas der Brennkraftmaschine (1) übertragen werden kann.Internal combustion engine with an exhaust system comprising - an exhaust gas purification unit ( 6 ), which in one to the internal combustion engine ( 1 ) connected exhaust pipe ( 2 ) and - a hot gas generator ( 3 ), which a hot gas at an upstream of the exhaust gas cleaning unit ( 6 ) arranged feed point ( 4 ) in the exhaust pipe ( 2 ) can feed, so that mixed with the hot gas exhaust gas of the internal combustion engine ( 1 ) of the exhaust gas cleaning unit ( 6 ), characterized in that one of exhaust gas of the internal combustion engine ( 1 ) throughflowable heat exchanger ( 7 ) is provided, through which the mixed with the hot gas exhaust gas of the internal combustion engine ( 1 ) Deprived of heat and upstream of the feed point ( 4 ) on exhaust gas of the internal combustion engine ( 1 ) can be transmitted. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem aus der Abgasreinigungseinheit (6) ausgeströmten Abgas Wärme entzogen und auf in die Abgasreinigungseinheit (6) einströmendes Abgas übertragen werden kann.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the from the exhaust gas cleaning unit ( 6 ) exhausted heat withdrawn heat and into the exhaust gas cleaning unit ( 6 ) incoming exhaust gas can be transmitted. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) als eine mit einem überwiegend aus Methan bestehenden Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschine ausgebildet ist und die Abgasreinigungseinheit (6) als Oxidationskatalysator zur katalytischen Methanoxidation ausgebildet ist.Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the internal combustion engine ( 1 ) is configured as an internal combustion engine operated with a fuel consisting predominantly of methane and the exhaust gas purification unit ( 6 ) is formed as an oxidation catalyst for the catalytic methane oxidation. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgaserzeuger (3) zur Abmagerung des Brennkraftmaschinenabgases ausgelegt ist.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the hot gas generator ( 3 ) is designed for leaning of the engine exhaust gas. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungseinheit (6) als Stickoxid-Speicherkatalysator oder als Partikelfilter ausgebildet und der Heißgaserzeuger (3) zur Anfettung des Brennkraftmaschinenabgases ausgelegt ist.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the exhaust gas cleaning unit ( 6 ) as a nitrogen oxide storage catalyst or as a particle filter and the hot gas generator ( 3 ) is designed to enrich the engine exhaust gas. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (7) als Gegenstromwärmetauscher ausgebildet ist.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the heat exchanger ( 7 ) is designed as a countercurrent heat exchanger. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (7) von Abgas anströmbare katalytisch wirksame Flächenbereiche aufweist.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the heat exchanger ( 7 ) of exhaust gas flowable catalytically active surface areas. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (7) zur Ausfilterung von Partikeln aus dem Abgas ausgebildet ist.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the heat exchanger ( 7 ) is designed for filtering particles from the exhaust gas. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgaserzeuger (3) als Brenner zur zumindest teilweisen Verbrennung eines für einen Brennkraftmaschinenbetrieb eingesetzten Kraftstoffs ausgelegt ist.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the hot gas generator ( 3 ) is designed as a burner for at least partial combustion of a fuel used for internal combustion engine operation.
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