DE102008030307A1 - Catalyst arrangement for purifying exhaust gas flow of internal combustion engine in motor vehicle, has electrical heater for heating catalyst and/or exhaust gas flow, and another heater for heating another catalyst and/or exhaust gas flow - Google Patents

Catalyst arrangement for purifying exhaust gas flow of internal combustion engine in motor vehicle, has electrical heater for heating catalyst and/or exhaust gas flow, and another heater for heating another catalyst and/or exhaust gas flow Download PDF

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Abstract

The arrangement (1) has a catalyst (15) arranged downstream of an internal combustion engine (5). Another catalyst (27) is arranged downstream to the catalyst (15). An electrical heater (11) is assigned to the catalyst (15) to heat the catalyst (15) and/or exhaust gas flow (3). Another heater (23) is assigned to the catalyst (27) to heat the catalyst (27) and/or the flow. The catalyst (15) is designed as oxidation catalyst, the catalyst (27) is designed as a selective catalytic reduction catalyst or both the catalysts are designed as nitrogen oxide storage catalysts (17, 29). An independent claim is also included for a method for purifying exhaust gas flow of an internal combustion engine of a motor vehicle with catalyst arrangement.

Description

Katalysatoranordnungen können einen oder mehrere Katalysatoren aufweisen und dienen zur Nachbehandlung bzw. Reinigung von in dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors mitgeführten Schadstoffen, beispielsweise Partikeln, insbesondere Rußpartikeln, Kohlenwasserstoffe und/oder Stickoxide. Der bzw. die Katalysatoren weisen im Allgemeinen eine Umsetzungsrate für die Schadstoffe auf, die temperaturabhängig ist. Es ist bekannt, die Temperatur des Abgasstroms und/oder des Katalysators mittels einer elektrischen Heizung zu beeinflussen. Die DE 199 33 654 A1 zeigt eine Anordnung zum elektrischen Beheizen eines Katalysators und die DE 196 40 577 A1 einen elektrisch beheizten Katalysator für einen Motor.Catalyst arrangements can have one or more catalysts and serve for the aftertreatment or purification of pollutants entrained in the exhaust gas stream of the internal combustion engine, for example particles, in particular soot particles, hydrocarbons and / or nitrogen oxides. The catalyst or catalysts generally have a conversion rate for the pollutants, which is temperature-dependent. It is known to influence the temperature of the exhaust gas stream and / or the catalyst by means of an electric heater. The DE 199 33 654 A1 shows an arrangement for electrically heating a catalyst and the DE 196 40 577 A1 an electrically heated catalyst for a motor.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Katalysatoranordnung bereitzustellen, insbesondere eine verbesserte Umsetzungsrate von Schadstoffen in der Katalysatoranordnung zu ermöglichen.task the invention is to provide an improved catalyst arrangement, in particular an improved conversion rate of pollutants in to enable the catalyst arrangement.

Die Aufgabe ist mit einer Katalysatoranordnung zur Reinigung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, mit einem dem Verbrennungsmotor nachgeschalteten ersten Katalysator, einem dem ersten Katalysator nachgeschaltet angeordneten zweiten Katalysator, einer dem ersten Katalysator zugeordneten ersten elektrischen Heizung zur Erwärmung des ersten und/oder zweiten Katalysators und/oder des Abgasstroms und einer dem zweiten Katalysator zugeordneten zweiten elektrischen Heizung zur Erwärmung des zweiten Katalysators und/oder des Abgasstroms gelöst. Vorteilhaft weist die Katalysatoranordnung zwei Katalysatoren auf, die jeweils getrennt mittels der elektrischen Heizungen erwärmbar sind und dadurch schneller anspringen (light off temperature) und/oder besser in einem für eine Konvertierung der Schadstoffe optimalen Funktionsbereich zu halten sind. Es ergibt sich eine deutlich verbesserte Umsetzungsrate. Es ist möglich, für jeden der Katalysatoren separat einen Funktionsbereich zu definieren und diese schnellstmöglich mittels der separaten elektrischen Heizungen einzustellen. Zusätzlich können motorische Maßnahmen zur Erhöhung einer Temperatur des Abgasstroms durchgeführt werden. Der erste Katalysator ist motornah angeordnet und der zweite diesem nachgeschaltet, beispielsweise in einem Unterboden des Kraftfahrzeuges. Unter motornah kann beispielsweise eine Anordnung direkt hinter einem Abgaskrümmer des Verbrennungsmotors verstanden werden.The Task is with a catalyst arrangement for purifying an exhaust gas stream an internal combustion engine of a motor vehicle, with a combustion engine downstream first catalyst, a first catalyst arranged downstream of the second catalyst, one of the first Catalyst associated with the first electric heater for heating the first and / or second catalyst and / or the exhaust stream and a second electric power associated with the second catalyst Heating for heating the second catalyst and / or dissolved the exhaust stream. Advantageously, the catalyst arrangement two catalysts, each separated by means of the electric Heaters are heated and thus start faster (light off temperature) and / or better in one for one Conversion of pollutants to maintain optimal functional range are. This results in a significantly improved implementation rate. It is possible for each of the catalysts separately Define functional area and this as quickly as possible to adjust by means of separate electric heaters. additionally can increase motoring measures a temperature of the exhaust gas flow are performed. Of the first catalyst is located close to the engine and the second this downstream, for example in an underbody of the motor vehicle. Under close to the engine, for example, an arrangement directly behind an exhaust manifold of the internal combustion engine to be understood.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Katalysatoranordnung ist vorgesehen, dass die erste elektrische Heizung dem ersten Katalysator und die zweite elektrische Heizung dem zweiten Katalysator vorgeschaltet ist. Mittels der elektrischen Heizungen kann jeweils der Abgasstrom stromaufwärts des zugeordneten Katalysators erwärmt werden.at an embodiment of the catalyst arrangement is provided that the first electric heater to the first catalyst and the second electric heater upstream of the second catalyst is. By means of the electric heaters can each of the exhaust gas flow heated upstream of the associated catalyst become.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Katalysatoranordnung ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Katalysator jeweils als NOx-Katalysator ausgebildet sind. Unter NOx-Katalysator kann in dieser Anmeldung ein NOx-Speicherkatalysator (NSK) verstanden werden. Mittels der ersten und zweiten Heizung können die zum Betrieb der NOx-Speicherkatalysatoren notwendigen Temperaturen bzw. Funktionsbereiche schneller und besser eingestellt werden. NOx-Speicherkatalysatoren können insbesondere für Verbrennungsmotoren, die mit einem Luftüberschuss betreibbar sind, eingesetzt werden.at a further embodiment of the catalyst arrangement it is provided that the first and the second catalyst each are designed as NOx catalyst. Under NOx catalyst can in this application, a NOx storage catalyst (NSK) understood become. By means of the first and second heating, the necessary for operating the NOx storage catalytic converter temperatures or functional areas are set faster and better. NOx storage catalysts can be used in particular for Internal combustion engines that operate with an excess of air are to be used.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der erste Katalysator als Oxidationskatalysator (Ox-Kat) und der zweite Katalysator als SCR-Katalysator ausgebildet sind. Unter Oxidationskatalysator kann in dieser Anmeldung ein Katalysator verstanden werden, der in Anwesenheit eines Oxidationsmittels, beispielsweise Sauerstoff, der insbesondere bei einer mageren Gemischzusammensetzung des Verbrennungsmotors und/oder mittels einer Sekundärlufteinblasung vorhanden ist, Schadstoffe des Abgasstroms mittels Oxidation in unschädliche Komponenten konvertiert, beispielsweise Wasser und/oder Kohlendioxid. Unter SCR-Katalysator kann in dieser Anmeldung ein Katalysator verstanden werden, der mittels einer selektiven katalytischen Reaktion Schadstoffe entgegen einem eigentlich vorhandenen Reaktionsgleichgewicht reduziert, insbesondere Stickoxide in Stickstoff umwandelt. Dies kann beispielsweise trotz einer Anwesenheit von Sauerstoff unter Zugabe und/oder Freisetzung eines zusätzlichen Reaktionsmittels, insbesondere Ammoniak, das ebenfalls an der Reaktion teilnimmt, geschehen. Mittels der zugeordneten elektrischen Heizungen können sowohl der Oxidationskatalysator als auch der SCR-Katalysator besser und/oder schneller in einen jeweiligen Funktionsbereich bzw. Temperaturbereich für optimale Konvertierungsraten gebracht und/oder gehalten werden.at Another embodiment provides that the first catalyst as the oxidation catalyst (Ox-Kat) and the second catalyst are designed as SCR catalyst. Under oxidation catalyst In this application, a catalyst can be understood which in the presence of an oxidizing agent, for example oxygen, in particular with a lean mixture composition of the internal combustion engine and / or by means of a secondary air injection present is, pollutants of the exhaust stream by oxidation in innocuous Converts components, such as water and / or carbon dioxide. Under SCR catalyst can be understood in this application, a catalyst which are pollutants by means of a selective catalytic reaction reduced contrary to an actually existing reaction equilibrium, in particular Converts nitrogen oxides into nitrogen. This can be done, for example a presence of oxygen with the addition and / or release of a additional reagent, especially ammonia, the also participates in the reaction happen. By means of the assigned Electric heaters can both the oxidation catalyst as also the SCR catalyst better and / or faster in a respective Function range or temperature range brought for optimal conversion rates and / or kept.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Katalysatoranordnung ist vorgesehen, dass dem ersten Katalysator ein Partikelfilter nachgeschaltet ist. Mittels des Partikelfilters können vorteilhaft im Abgasstrom mitgeführte Partikel, insbesondere Rußpartikel, aus dem Abgasstrom entfernt werden. Vorteilhaft ist es möglich, die für eine Regeneration des Partikelfilters notwendige Temperaturanhebung, um ein Abbrennen der Rußpartikel zu zünden, mittels der ersten elektrischen Heizung schneller einzuleiten.at a further embodiment of the catalyst arrangement is provided that the first catalyst downstream of a particulate filter is. By means of the particulate filter can be advantageous in Exhaust gas entrained particles, in particular soot particles, be removed from the exhaust stream. Advantageously, it is possible the necessary for a regeneration of the particulate filter Temperature increase to burn off the soot particles too ignite, faster by means of the first electric heater initiate.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Katalysatoranordnung ist vorgesehen, dass dem zweiten Katalysator ein Sperrkatalysator nachgeschaltet ist. Mittels des Sperrkatalysators können unerwünschte Schadstoffdurchbrüche, im Fall der selektiven katalytischen Reaktion, beispielsweise Ammoniakdurchbrüche, vermieden werden.In a further embodiment of the catalyst arrangement is provided that the second catalyst nachge a barrier catalyst is switched. By means of the barrier catalyst unwanted pollutant breakthroughs, in the case of selective catalytic reaction, such as ammonia breakthroughs can be avoided.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Katalysatoranordnung ist vorgesehen, dass zur Ansteuerung und/oder Regelung eine Motorsteuerung (75) vorgesehen ist. Mittels der Motorsteuerung können Parameter des Verbrennungsmotors und/oder der Katalysatoranordnung gesteuert und/oder geregelt werden, z. B. Temperaturen des Abgasstroms und/oder der Katalysatoren.In a further exemplary embodiment of the catalyst arrangement, it is provided that a motor controller (for controlling and / or regulating) ( 75 ) is provided. By means of the engine control parameters of the internal combustion engine and / or the catalyst arrangement can be controlled and / or regulated, for. As temperatures of the exhaust stream and / or the catalysts.

Die Aufgabe ist außerdem mit einem Verfahren zur Reinigung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges mit einer vorab beschriebenen Katalysatoranordnung gelöst. Das Verfahren weist ein Anheben einer Abgastemperatur des Abgasstroms mittels der elektrischen Heizung und/oder ein Anheben der Abgastemperatur des Abgasstroms mittels der zweiten elektrischen Heizung und/oder ein Anheben der Abgastemperatur des Abgasstroms mittels einer katalytischen Umsetzung motorisch mittels des Verbrennungsmotors erzeugter Kohlenwasserstoffe (HC) und/oder ein Ansteuern eines Funktionsbereichs einer NOx-Speicherung mittels der Temperaturanhebung und/oder ein Ansteuern eines Funktionsbereichs einer Entschwefelung mittels der Temperaturanhebung auf. Vorteilhaft können mittels der ersten und der zweiten Heizung Funktionsbereiche für die Katalysatoren der Katalysatoranordnung separat eingestellt werden.The Task is also with a method for cleaning an exhaust gas stream of an internal combustion engine of a motor vehicle solved with a catalyst arrangement described above. The method includes raising an exhaust gas temperature of the exhaust stream by means of the electric heater and / or raising the exhaust gas temperature the exhaust gas flow by means of the second electric heater and / or raising the exhaust gas temperature of the exhaust gas stream by means of a catalytic Implementation of motor generated by means of the internal combustion engine hydrocarbons (HC) and / or driving a functional area of a NOx storage by means of the temperature increase and / or a driving of a functional area a desulfurization by means of the temperature increase. Advantageous can by means of the first and second heating functional areas for the catalysts of the catalyst arrangement separately be set.

Die Aufgabe ist ferner mit einem Kraftfahrzeug mit einer vorab beschriebenen Katalysatoranordnung gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.The Task is further with a motor vehicle with a previously described Catalyst arrangement solved. It results in the advance described advantages.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:Further Advantages, features and details emerge from the following Description, in reference to the drawing, an embodiment is described in detail. Same, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference numerals. Show it:

1 eine Katalysatoranordnung zur Reinigung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges; 1 a catalyst arrangement for purifying an exhaust gas stream of an internal combustion engine of a motor vehicle;

2 eine weitere Katalysatoranordnung; 2 another catalyst arrangement;

3 ein Schaubild eines Temperaturhubes im Vergleich einer Katalysatoranordnung mit elektrischer Beheizung und ohne elektrischer Beheizung; und 3 a graph of a temperature increase in comparison of a catalyst assembly with electric heating and without electrical heating; and

4 verschiedene Messkurven über einer Zeitachse einer Harnstoffzudosierung, eines Temperaturverlaufs sowie einer NOx-Emission, jeweils im Vergleich mit und ohne elektrische Zuheizung. 4 different measurement curves over a time axis of a urea dosing, a temperature profile and a NOx emission, in each case in comparison with and without electrical auxiliary heating.

1 zeigt eine Katalysatoranordnung 1 zur Reinigung eines Abgasstroms 3 eines Verbrennungsmotors 5 eines Kraftfahrzeuges 7. Die Katalysatoranordnung 1 kann Teil einer dem Verbrennungsmotor 5 nachgeschalteten, lediglich schematisch dargestellten Abgasanlage 9 des Kraftfahrzeuges 7 sein. Die Katalysatoranordnung 1 weist eine erste elektrische Heizung 11 mit einer ersten elektrischen Katalysatorscheibe 13 auf. 1 shows a catalyst arrangement 1 for cleaning an exhaust gas stream 3 an internal combustion engine 5 a motor vehicle 7 , The catalyst arrangement 1 can be part of an internal combustion engine 5 Downstream, only schematically illustrated exhaust system 9 of the motor vehicle 7 be. The catalyst arrangement 1 has a first electric heater 11 with a first electrical catalyst disk 13 on.

Die erste elektrische Katalysatorscheibe 13 ist motornah angeordnet, beispielsweise direkt abgasseitig dem Verbrennungsmotor 5 nachgeschaltet. Der ersten elektrischen Katalysatorscheibe 13 ist ein erster Katalysator 15 nachgeschaltet. Der erste Katalysator 15 weist einen NOx-Speicherkatalysator 17 (NSK) auf. Dem NOx-Speicherkatalysator 17 ist ein Partikelfilter 19 nachgeschaltet. Mittels des NOx-Speicherkatalysators 17 können Stickoxide des Abgasstroms 3 zurückgehalten werden. Mittels des Partikelfilters 19 können in dem Abgasstrom 3 mitgeführte Partikel, insbesondere Rußpartikel, zurückgehalten werden. Die erste elektrische Heizung 11 mit der ersten elektrischen Katalysatorscheibe 13, der nachgeschaltete erste Katalysator 15 mit dem NOx-Speicherkatalysator 17 sowie der diesen nachgeschaltete Partikelfilter 19 sind motornah angeordnet, also direkt dem Verbrennungsmotor 5 nachgeschaltet. Weiter stromabwärts, beispielsweise in einem in 1 lediglich schematisch angedeuteten Unterboden 21 des Kraftfahrzeuges 7 sind weitere Komponenten nachgeschaltet. Dabei handelt es sich um eine zweite elektrische Heizung 23, die eine zweite elektrische Katalysatorscheibe 25 aufweist. Die Katalysatorscheiben 13 und 25 sind von dem Abgasstrom 3 durchströmt und können mittels Bestromung mittels einer elektrischen Energiequelle, beispielsweise einer Bordbatterie des Kraftfahrzeuges 7 und/oder anderer Energiequellen, beispielsweise Kondensatoren, den Abgasstrom 3 aufheizen. Es ist denkbar, dass die Katalysatorscheiben 13, 25 selbst einen Katalysator bzw. katalytisch wirksames Material aufweisen und somit zur katalytischen Umsetzung der in dem Abgasstrom 3 enthaltenen Schadstoffe mit beitragen. In der zweiten elektrischen Katalysatorscheibe 25 ist ein zweiter Katalysator 27 mit einem zweiten NOx-Speicherkatalysator 29 nachgeschaltet. Die zweite elektrische Katalysatorscheibe 25 und der nachgeschaltete zweite Katalysator 27 bilden eine zweite Reinigungsstufe. Der zweiten Reinigungsstufe ist ein Sperrkatalysator 31 nachgeschaltet.The first electric catalyst disk 13 is arranged close to the engine, for example, directly on the exhaust side of the internal combustion engine 5 downstream. The first electric catalyst disk 13 is a first catalyst 15 downstream. The first catalyst 15 has a NOx storage catalyst 17 (NSK). The NOx storage catalyst 17 is a particle filter 19 downstream. By means of the NOx storage catalyst 17 can nitrogen oxides of the exhaust stream 3 be withheld. By means of the particle filter 19 can in the exhaust stream 3 entrained particles, in particular soot particles are retained. The first electric heater 11 with the first electric catalyst disk 13 , the downstream first catalyst 15 with the NOx storage catalyst 17 and this downstream particle filter 19 are arranged close to the engine, ie directly to the internal combustion engine 5 downstream. Further downstream, for example in an in 1 only schematically indicated subsoil 21 of the motor vehicle 7 are further downstream components. This is a second electric heater 23 holding a second electrical catalyst disk 25 having. The catalyst discs 13 and 25 are from the exhaust stream 3 flows through and can by means of energization by means of an electrical energy source, such as an on-board battery of the motor vehicle 7 and / or other energy sources, such as capacitors, the exhaust stream 3 Warm up. It is conceivable that the catalyst disks 13 . 25 even have a catalyst or catalytically active material and thus for the catalytic conversion of the in the exhaust stream 3 contributing pollutants. In the second electric catalyst disk 25 is a second catalyst 27 with a second NOx storage catalyst 29 downstream. The second electric catalyst disk 25 and the downstream second catalyst 27 form a second purification stage. The second purification stage is a barrier catalyst 31 downstream.

2 zeigt eine weitere Katalysatoranordnung 1 zur Reinigung des Abgasstroms 3. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei lediglich auf die Unterschiede zu 1 eingegangen wird. Im Unterschied weist die Katalysatoranordnung 1 gemäß 2 bzw. der erste Katalysator 15 einen Oxidationskatalysator 33 (Ox-kat) auf. Ebenfalls im Unterschied weist der zweite Katalysator 27 einen SCR-Katalysator 35 auf. Der SCR-Katalysator 35 ist zu einer selektiven katalytischen Reaktion zur Reinigung des Abgasstroms 3 ausgelegt. Hierzu kann die Katalysatoranordnung 1 eine in 2 nicht näher dargestellte Zudosiereinheit, beispielsweise für eine wässrige Harnstofflösung, aufweisen, die stromaufwärts des SCR-Katalysators 35 angeordnet sein kann. Eventuell vorhandene Ammoniakdurchbrüche des SCR-Katalysators 35 können mittels des Sperrkatalysators 31 wieder in NOx-Emissionen zurückkonvertiert werden. 2 shows a further catalyst arrangement 1 for cleaning the exhaust stream 3 , The same parts are provided with the same reference numerals, with only the differences to 1 will be received. In contrast, the catalyst arrangement 1 according to 2 or the first catalyst 15 an oxidation catalyst 33 (Ox-kat) on. Also in contrast, the second catalyst 27 an SCR catalyst 35 on. The SCR catalyst 35 is to a selective catalytic reaction to purify the exhaust stream 3 designed. For this purpose, the catalyst arrangement 1 one in 2 Not shown Zudosiereinheit, for example, for an aqueous urea solution, the upstream of the SCR catalyst 35 can be arranged. Any existing ammonia breakthroughs of the SCR catalyst 35 can by means of the barrier catalyst 31 be converted back into NOx emissions.

3 zeigt ein Schaubild 37 eines Temperaturhubes des Abgasstroms 3. Das Schaubild 37 zeigt über einer Zeitachse 39 einen ersten Temperaturverlauf 41 im Vergleich zu einem gepunktet dargestellten Temperaturverlauf 43. Entsprechend ist an einer Y-Achse 45 des Schaubilds 37 eine Temperatur des Abgasstroms 3 des Verbrennungsmotors 5 aufgetragen. Bei den Temperaturverläufen 41 und 43 kann es sich um eine mittels einer der ersten elektrischen Heizung 11 oder der zweiten elektrischen Heizung 23 nachgeschalteten Messstelle ermittelbare Temperatur handeln. Der erste Temperaturverlauf 41 zeigt den Verlauf nach einem Kaltstart, wie er sich ergibt bei ausgeschalteten elektrischen Heizungen 13 und 23. Im Vergleich dazu zeigt der zweite Temperaturverlauf 43 das Temperaturverhalten des Abgasstroms 3 bei eingeschalteter erster elektrischer Heizung 11 und/oder zweiter elektrischer Heizung 23. Um elektrische Energie einzusparen, ist es denkbar, die erste und/oder zweite elektrische Heizung 11, 23 nur für eine begrenzte Zeit zu betreiben. Im Vergleich der Temperaturverläufe 41 und 43 ist dies zu erkennen, wobei in einer rechten Hälfte der Temperaturverläufe 41 und 43 sich diese aneinander annähern. In einer ersten Hälfte, in 3 links dargestellt, der Temperaturverläufe 41 und 43 ist zu erkennen, dass der zweite Temperaturverlauf 43 gleich zu Beginn einen sehr steilen Temperaturanstieg 47 erfährt, sodass der erste Temperaturverlauf 41 sehr viel schneller als der zweite Temperaturverlauf 43 einen Funktionsbereich 49 erreicht, der in 3 mittels einer gestrichelten Linie angedeutet ist. 3 shows a graph 37 a temperature of the exhaust gas flow 3 , The graph 37 shows over a timeline 39 a first temperature profile 41 in comparison to a dotted temperature curve 43 , Accordingly, on a Y-axis 45 of the chart 37 a temperature of the exhaust stream 3 of the internal combustion engine 5 applied. At the temperature gradients 41 and 43 It can be a means of one of the first electric heater 11 or the second electric heater 23 act downstream temperature actable downstream measuring point. The first temperature profile 41 shows the course after a cold start, as it results in switched off electric heaters 13 and 23 , In comparison, the second temperature curve shows 43 the temperature behavior of the exhaust stream 3 when the first electric heater is switched on 11 and / or second electric heater 23 , To save electrical energy, it is conceivable, the first and / or second electric heater 11 . 23 operate only for a limited time. In the comparison of the temperature gradients 41 and 43 this can be seen, being in a right half of the temperature gradients 41 and 43 these approach each other. In a first half, in 3 shown on the left, the temperature curves 41 and 43 it can be seen that the second temperature profile 43 right at the beginning of a very steep temperature rise 47 learns, so the first temperature history 41 much faster than the second temperature profile 43 a functional area 49 reached in 3 is indicated by a dashed line.

4 zeigt ein weiteres Schaubild 53 mit einem ersten Teilschaubild 55, einem zweiten Teilschaubild 57 und einem dritten Teilschaubild 59, jeweils über einer Zeitachse 39. Die Zeitachse 39 kann sich beispielsweise in einem Zeitintervall zwischen 0 und 1.000 Sekunden befinden. Auf einer ersten Y-Achse 61 des ersten Teilschaubilds 55 ist eine kumulierte NOx-Emission aufgetragen. Auf einer zweiten Y-Achse 63 des zweiten Teilschaubildes 57 ist eine Temperatur des Abgasstroms 3, ähnlich der Darstellung in 3, aufgetragen. Auf der dritten Y-Achse 65 des dritten Teilschaubildes 59 ist eine Menge einer Harnstoffzudosierung aufgetragen. Das Schaubild 53 der 4 kann beispielsweise Messwerte der in 2 dargestellten Katalysatoranordnung 1 beinhalten. 4 shows another graph 53 with a first partial diagram 55 , a second partial diagram 57 and a third part diagram 59 , each over a time axis 39 , The timeline 39 may be in a time interval between 0 and 1000 seconds, for example. On a first Y-axis 61 of the first part diagram 55 a cumulative NOx emission is plotted. On a second Y axis 63 of the second partial diagram 57 is a temperature of the exhaust stream 3 , similar to the illustration in 3 , applied. On the third Y-axis 65 of the third partial diagram 59 an amount of urea dosing is applied. The graph 53 of the 4 can, for example, measured values of in 2 illustrated catalyst arrangement 1 include.

Jeweils gepunktet dargestellt sind Messwerte unter Zuhilfenahme der ersten elektrischen Heizung 11 und/oder der zweiten elektrischen Heizung 23. Im Vergleich dazu, symbolisiert mittels durchgezogener Linien, sind Messwerte aufgetragen, die sich ohne die elektrischen Heizungen 11 und/oder 23 ergeben.Measured values are shown in each case with the aid of the first electric heater 11 and / or the second electric heater 23 , By comparison, symbolized by solid lines, measured values are plotted without the electric heaters 11 and or 23 result.

Anhand des ersten Teilschaubildes 55 ist zu erkennen, dass eine erste kumulierte NOx-Emission 67 deutlich steiler verläuft als eine zweite kumulierte NOx-Emission 69, wie sie sich bei eingeschalteten elektrischen Heizungen 11 und/oder 23 ergibt. In dem zweiten Teilschaubild 57 sind ein erster Temperaturverlauf 41, wie er sich bei ausgeschalteten elektrischen Heizungen 11, 23 ergibt und ein zweiter Temperaturverlauf 43, wie er sich bei eingeschalteten elektrischen Heizungen 11 und/oder 23 ergibt. Es ist zu erkennen, dass der gepunktet dargestellte zweite Temperaturverlauf 43 gleich zu Beginn, beispielsweise nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 5, einen sehr steilen Temperaturanstieg 47 aufweist. In dem dritten Teilschaubild 59 sind mittels durchgezogenen Linien eine erste Harnstoffzudosiermenge 71 und mittels gepunkteter Linien eine zweite Harnstoffzudosiermenge 73 aufgetragen. Die zweite Harnstoffzudosiermenge 73 korrespondiert mit dem zweiten Temperaturverlauf 43 und der zweiten kumulierten NOx-Emission 69, wie sie sich bei eingeschalteten elektrischen Heizungen 11 und/oder 23 ergeben.Based on the first part of the diagram 55 it can be seen that a first accumulated NOx emission 67 significantly steeper than a second accumulated NOx emission 69 how they look when switched on electric heaters 11 and or 23 results. In the second partial diagram 57 are a first temperature profile 41 how he turned off electric heaters 11 . 23 results and a second temperature profile 43 how he turned on with electric heaters 11 and or 23 results. It can be seen that the dotted second temperature profile 43 right at the beginning, for example after a cold start of the internal combustion engine 5 , a very steep temperature rise 47 having. In the third part of the diagram 59 are by solid lines a first urea dosing 71 and by dotted lines a second urea dosing 73 applied. The second urea dosing amount 73 corresponds to the second temperature profile 43 and the second cumulative NOx emission 69 how they look when switched on electric heaters 11 and or 23 result.

Anhand der zweiten Harnstoffzudosiermenge 73 ist zu erkennen, dass diese aufgrund der schnellen Anhebung des zweiten Temperaturverlaufes 43 sehr viel früher beginnen kann, was ein Zeichen für eine deutlich höhere Konvertierungsrate und mithin eine deutlich reduzierte NOx-Emission ist, was auch anhand der zweiten NOx-Emission 69 des ersten Teilschaubildes 55 zu erkennen ist.Based on the second urea dosing quantity 73 can be seen that these due to the rapid increase of the second temperature profile 43 can start much earlier, which is a sign of a much higher conversion rate and thus a significantly reduced NOx emission, which is also based on the second NOx emission 69 of the first part diagram 55 can be seen.

Die Besonderheit der Katalysatoranordnung 1 besteht darin, dass dem ersten Katalysator 15 die erste elektrische Heizung 11 motornah vorgeschaltet ist und diese in Kombination mit der nachgeschalteten im Unterboden 21 angeordneten zweiten elektrischen Heizung 23 angeordnet ist. Zur Steuerung und/oder Regelung der elektrischen Heizungen 11 und/oder 23 sowie der gesamten übrigen Katalysatoranordnung 1 und des Verbrennungsmotors 5 ist eine in den 1 und 2 dargestellte Motorsteuerung 75 vorgesehen. Um in den Funktionsbereich des in 1 dargestellten NOx-Speicherkatalysators 17 und/oder des NOx-Speicherkatalysators 29 zu gelangen, kann zusätzlich über motorische Maßnahmen die Temperatur des Abgasstroms 3 angehoben werden. Zur Unterstützung dieser Temperaturanhebung kann für kurze Zeit die erste elektrische Katalysatorscheibe 13 und/oder die zweite elektrische Katalysatorscheibe 25 eingeschaltet werden. Eine entsprechende Ansteuerung kann mittels der Motorsteuerung 75 und/oder nicht näher dargestellten Verstärkern erfolgen. Vorteilhaft kann dies sowohl bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 5 als auch bei einem schwachlastigen Motorbetrieb des Verbrennungsmotors 5 zum schnelleren Erreichen der für die Einspeicherung bzw. zum Regenerieren notwendigen Temperaturen erfolgen. Vorteilhaft können die erste und oder zweite elektrische Katalysatorscheibe 13 und oder 25 auch genutzt werden, um motorisch erzeugte Kohlenwasserstoffe (HC) auf einem der NOx-Speicherkatalysatoren 17 und oder 29 umzusetzen, um einen weiteren Anstieg der Temperatur zu erreichen.The peculiarity of the catalyst arrangement 1 is that the first catalyst 15 the first electric heater 11 close to the engine upstream and this in combination with the downstream in the subsoil 21 arranged second electric heater 23 is arranged. For controlling and / or regulating the electric heaters 11 and or 23 and the entire remaining catalyst arrangement 1 and the internal combustion engine 5 is one in the 1 and 2 illustrated engine control 75 intended. To enter the functional area of the in 1 illustrated NOx storage catalyst 17 and / or the NOx storage catalyst 29 In addition, the temperature of the exhaust gas flow can be reached via engine measures 3 be raised. To support this temperature For a short time, the first electric catalyst disk can be used 13 and / or the second electric catalyst disk 25 be turned on. A corresponding control can be done by means of the motor control 75 and / or amplifiers not shown in detail. This can be advantageous both during a cold start of the internal combustion engine 5 as well as in a low-load engine operation of the internal combustion engine 5 to achieve faster reaching the necessary for the storage or regeneration temperatures. Advantageously, the first and or second electrical catalyst disk 13 and or 25 also be used to motorized hydrocarbons (HC) on one of the NOx storage catalytic converters 17 and or 29 to achieve a further increase in temperature.

Um den ersten und oder zweiten NOx-Speicherkatalysator 17 und oder 29 zu entschwefeln kann ebenfalls über motorische Maßnahmen die Abgastemperatur angehoben werden und vorteilhaft zusätzlich eine Unterstützung mittels einer elektrischen Katalysatorscheiben 13 und oder 25 erfolgen.To the first and or second NOx storage catalyst 17 and or 29 To desulphurise can also be raised by means of engine measures, the exhaust gas temperature and advantageously additionally support by means of an electric catalyst discs 13 and or 25 respectively.

Die elektronisch angesteuerte, insbesondere mittels der Motorsteuerung 75, erste Katalysatorscheibe 13 vor dem Oxidationskatalysator 33 (2) in Kombination mit der zweiten vorgeschalteten elektrischen Katalysatorscheibe 25 im Unterboden 21 des Kraftfahrzeuges 7 kann wie folgt eingesetzt werden:

  • 1. Anhebung der Abgastemperatur des Abgasstroms 3 in dem Funktionsbereich 49 einer NOx-Speicherung.
  • 2. Anhebung der Abgastemperatur des Abgasstroms 3 in einen Funktionsbereich einer Entschwefelung.
  • 3. Anhebung der Abgastemperatur des Abgasstroms 3 um in Verbindung mit der katalytischen Umsetzung der motorisch erzeugten Kohlenwasserstoffe eine weitere Steigerung der Abgastemperatur des Abgasstromes 3 zur Erweiterung des Funktionsbereichs 49 der NOx-Speicherkatalysatoren 17 und oder 29 (1) bzw. der Abgasreinigung mittels einer selektiven katalytischen Reaktion mittels des SCR-Katalysators 35 der in 2 dargestellten Katalysatoranordnung 1.
The electronically controlled, in particular by means of the engine control 75 , first catalyst disc 13 before the oxidation catalyst 33 ( 2 ) in combination with the second upstream electric catalyst disk 25 in the subsoil 21 of the motor vehicle 7 can be used as follows:
  • 1. raising the exhaust gas temperature of the exhaust stream 3 in the functional area 49 NOx storage.
  • 2. raising the exhaust gas temperature of the exhaust stream 3 into a functional area of desulfurization.
  • 3. raising the exhaust gas temperature of the exhaust stream 3 in order in connection with the catalytic conversion of the engine-generated hydrocarbons, a further increase in the exhaust gas temperature of the exhaust gas stream 3 for expanding the functional area 49 the NOx storage catalysts 17 and or 29 ( 1 ) or the exhaust gas purification by means of a selective catalytic reaction by means of the SCR catalyst 35 the in 2 illustrated catalyst arrangement 1 ,

11
Katalysatoranordnungcatalyst assembly
33
Abgasstromexhaust gas flow
55
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
77
Kraftfahrzeugmotor vehicle
99
Abgasanlageexhaust system
1111
Erste elektrische HeizungFirst electric heating
1313
Erste elektrische KatalysatorscheibeFirst electric catalyst disk
1515
Erster Katalysatorfirst catalyst
1717
NOx-SpeicherkatalysatorNOx storage catalytic converter
1919
Partikelfilterparticulate Filter
2121
Unterbodenunderbody
2323
Zweite elektrische HeizungSecond electric heating
2525
Zweite elektrische KatalysatorscheibeSecond electric catalyst disk
2727
Zweiter Katalysatorsecond catalyst
2929
Zweiter NOx-Speicherkatalysatorsecond NOx storage catalytic converter
3131
Sperrkatalysatorblocking catalytic converter
3333
Oxidationskatalysatoroxidation catalyst
3535
SCR-KatalysatorSCR catalyst
3737
Schaubildgraph
3939
Zeitachsetimeline
4141
Erster Temperaturverlauffirst temperature curve
4343
Zweiter Temperaturverlaufsecond temperature curve
4545
Y-AchseY-axis
4747
Anstiegrise
4949
Funktionsbereichfunctional area
5151
Linieline
5353
Schaubildgraph
5555
Erstes Teilschaubildfirst Part diagram
5757
Zweites Teilschaubildsecond Part diagram
5959
Drittes Teilschaubildthird Part diagram
6161
Erste Y-AchseFirst Y-axis
6363
Zweite Y-AchseSecond Y-axis
6565
Dritte Y-Achsethird Y-axis
6767
Erste kumulierte NOx-EmissionFirst Cumulative NOx emission
6969
Zweite kumulierte NOx-EmissionSecond Cumulative NOx emission
7171
Erste HarnstoffzudosierungFirst Harnstoffzudosierung
7373
Zweite HarnstoffzudosierungSecond Harnstoffzudosierung
7575
Motorsteuerungmotor control

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 19933654 A1 [0001] - DE 19933654 A1 [0001]
  • - DE 19640577 A1 [0001] - DE 19640577 A1 [0001]

Claims (9)

Katalysatoranordnung (1) zur Reinigung eines Abgasstroms (3), eines Verbrennungsmotors (5), eines Kraftfahrzeuges (7) mit: – Einem dem Verbrennungsmotor (5) motornah nachgeschalteten ersten Katalysator (15), – einem dem ersten Katalysator (15) nach geschaltet angeordneten zweiten Katalysator (27), – einer dem ersten Katalysator (15) zugeordneten ersten elektrischen Heizung (11) zur Erwärmung des ersten Katalysators (15) und oder des Abgasstroms (3), – einer dem zweiten Katalysator (27) zugeordneten zweiten Heizung (23) zur Erwärmung des zweiten Katalysators (27) und oder des Abgasstroms (3).Catalyst arrangement ( 1 ) for purifying an exhaust gas stream ( 3 ), an internal combustion engine ( 5 ), of a motor vehicle ( 7 ) with: - an internal combustion engine ( 5 ) downstream of the first catalyst ( 15 ), - a first catalyst ( 15 ) arranged after second catalyst ( 27 ), - one of the first catalyst ( 15 ) associated first electrical heater ( 11 ) for heating the first catalyst ( 15 ) and or the exhaust stream ( 3 ), - one the second catalyst ( 27 ) associated second heating ( 23 ) for heating the second catalyst ( 27 ) and or the exhaust stream ( 3 ). Katalysatoranordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste elektrische Heizung (11) dem ersten Katalysator (15) und die zweite elektrische Heizung (23) dem zweiten Katalysator (27) vorgeschaltet ist.Catalyst arrangement according to the preceding claim, wherein the first electric heater ( 11 ) the first catalyst ( 15 ) and the second electric heater ( 23 ) the second catalyst ( 27 ) is connected upstream. Katalysatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Katalysator (15) und der zweite Katalysator (27) als NOX-Speicherkatalysatoren (17, 29) (NSK) ausgebildet sind.Catalyst arrangement according to one of the preceding claims, wherein the first catalyst ( 15 ) and the second catalyst ( 27 ) as NOX storage catalysts ( 17 . 29 ) (NSK) are formed. Katalysatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, wobei der erste Katalysator (15) als Oxidationskatalysator (33) (Ox-Kat.) und der zweite Katalysator (27) als SCR-Katalysator (35) ausgebildet sind.Catalyst arrangement according to one of the preceding claims 1 or 2, wherein the first catalyst ( 15 ) as oxidation catalyst ( 33 ) (Ox-Cat.) And the second catalyst ( 27 ) as an SCR catalyst ( 35 ) are formed. Katalysatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem ersten Katalysator (15) ein Partikelfilter (19) nachgeschaltet ist.Catalyst arrangement according to one of the preceding claims, wherein the first catalyst ( 15 ) a particle filter ( 19 ) is connected downstream. Katalysatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem zweiten Katalysator (27) ein Sperrkatalysator (31) nachgeschaltet ist.Catalyst arrangement according to one of the preceding claims, wherein the second catalyst ( 27 ) a barrier catalyst ( 31 ) is connected downstream. Katalysatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Ansteuerung und/oder Regelung eine Motorsteuerung (75) vorgesehen ist.Catalyst arrangement according to one of the preceding claims, wherein for controlling and / or regulating a motor control ( 75 ) is provided. Verfahren zur Reinigung eines Abgasstroms (3) eines Verbrennungsmotors (5) eines Kraftfahrzeuges (7) mit einer Katalysatoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einem der folgenden Schritte: – Anheben einer Abgastemperatur (41, 43) des Abgasstroms (3) mittels der ersten elektrischen Heizung (11), – Anheben einer Abgastemperatur (41, 43) des Abgasstroms (3) mittels der zweiten elektrischen Heizung (23), – Anheben einer Abgastemperatur (41, 43) mittels einer katalytischen Umsetzung motorisch mittels des Verbrennungsmotors (5) erzeugter Kohlenwasserstoffe (HC), – Ansteuern eines Funktionsbereiches (49), einer NOx-Speicherung mittels der Temperaturanhebung, – Ansteuern eines Funktionsbereichs, einer Entschwefelung der Katalysatoranordnung (1) mittels der Temperaturanhebung.Process for purifying an exhaust gas stream ( 3 ) of an internal combustion engine ( 5 ) of a motor vehicle ( 7 ) with a catalyst arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, with at least one of the following steps: raising an exhaust gas temperature ( 41 . 43 ) of the exhaust gas stream ( 3 ) by means of the first electric heater ( 11 ), - raising an exhaust gas temperature ( 41 . 43 ) of the exhaust gas stream ( 3 ) by means of the second electric heater ( 23 ), - raising an exhaust gas temperature ( 41 . 43 ) by means of a catalytic conversion by motor means of the internal combustion engine ( 5 ) generated hydrocarbons (HC), - driving a functional area ( 49 ), a NOx storage by means of the temperature increase, - controlling a functional area, a desulfurization of the catalyst arrangement ( 1 ) by means of the temperature increase. Kraftfahrzeug (7) mit einer Katalysatoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7.Motor vehicle ( 7 ) with a catalyst arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims 1 to 7.
DE102008030307A 2008-06-30 2008-06-30 Catalyst arrangement for purifying exhaust gas flow of internal combustion engine in motor vehicle, has electrical heater for heating catalyst and/or exhaust gas flow, and another heater for heating another catalyst and/or exhaust gas flow Withdrawn DE102008030307A1 (en)

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