DE102009048169A1 - Method for operating exhaust gas after treatment system of direct injection 4-cycle-diesel engine of vehicle, involves oxidizing combustible components in gas simultaneously and partially by releasing heat quantity to precatalytic converter - Google Patents

Method for operating exhaust gas after treatment system of direct injection 4-cycle-diesel engine of vehicle, involves oxidizing combustible components in gas simultaneously and partially by releasing heat quantity to precatalytic converter Download PDF

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Abstract

The method involves providing adding fuel to exhaust gas in an operating mode by a fuel adding device (9) that is arranged between a precatalytic converter (5) and a primary catalytic converter (7). The fuel is oxidized by releasing heat quantity to the catalytic converter and injected into a combustion chamber of an internal combustion engine i.e. diesel engine (1), such that the gas with combustible components is delivered from the engine with excess oxygen. The components in the gas are simultaneously and partially oxidized by releasing another heat quantity to the precatalytic converter. An independent claim is also included for an internal-combustion engine comprising a supercharger.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines an eine Brennkraftmaschine angeschlossenen Abgasnachbehandlungssystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14.The invention relates to a method for operating an exhaust gas aftertreatment system connected to an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and to an internal combustion engine having an exhaust gas aftertreatment system according to the preamble of claim 14.

Aus der DE 10 2006 051 790 A1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem bekannt, welches zwei hintereinander angeordnete Oxidationskatalysatoren aufweist. Diesen nachgeschaltet ist ein Partikelfilter. Mittels einer Brennstoffzugabevorrichtung kann zwischen dem ersten und dem zweiten Oxidationskatalysator ein Brennstoff dem Abgas zugegeben werden. Durch exotherme Oxidation des zugegebenen Brennstoffs am zweiten Oxidationskatalysator kann der Partikelfilter auf eine zur thermischen Regeneration durch Rußabbrand erforderliche Temperatur aufgeheizt werden.From the DE 10 2006 051 790 A1 an exhaust aftertreatment system is known, which has two successively arranged oxidation catalysts. This is followed by a particle filter. By means of a fuel adding device, a fuel can be added to the exhaust gas between the first and the second oxidation catalyst. By exothermic oxidation of the added fuel on the second oxidation catalyst, the particulate filter can be heated to a temperature required for thermal regeneration by Rußabbrand temperature.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem anzugeben, welche eine weiter verbesserte Abgasaufheizung ermöglichen.The object of the invention is to provide a method or an internal combustion engine with an exhaust aftertreatment system, which allow a further improved Abgasaufheizung.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and by an internal combustion engine having an exhaust gas aftertreatment system having the features of claim 14.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in einem ersten Betriebsmodus zur Abgasaufheizung eine Späteinspritzung von Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine derart durchgeführt wird, dass von der Brennkraftmaschine ein mit brennbaren Bestandteilen angereichertes Abgas mit einem Sauerstoffüberschuss abgegeben wird und dass die im Abgas vorhandenen brennbaren Bestandteile wenigstens teilweise am Vorkatalysator unter Wärmefreisetzung oxidiert werden. Da der gleichzeitig von der Brennstoffzugabevorrichtung zwischen dem Vorkatalysator und dem Hauptkatalysator zugegebene Brennstoff wenigstens teilweise und ebenfalls unter Wärmefreisetzung am Hauptkatalysator oxidiert wird, erfolgt eine zweistufige Abgasaufheizung, welche selbst bei ungünstigen Bedingungen, beispielsweise bei Außentemperaturen unterhalb des Gefrierpunkts und/oder in kurzem zeitlichen Abstand zu einem Kaltstart der Brennkraftmaschine eine effektive Abgasaufheizung bewirkt. Dem Hauptkatalysator nachgeschaltete Abgasreinigungseinheiten können somit rasch auf ihre Betriebstemperatur bzw. auf eine für eine Regeneration gegebenenfalls erforderliche erhöhte Temperatur aufgeheizt werden. Ein Verhältnis der infolge von Oxidation von Brennstoff am Hauptkatalysator freiwerdenden ersten Wärmemenge und der infolge von Oxidation von spät eingespritztem Kraftstoff am Vorkatalysator freiwerdenden zweiten Wärmemenge lässt sich in einem weiten Bereich einstellen. Durch Anpassung der Brennstoffzugaberate und/oder der Einspritzmenge in Abhängigkeit der Temperaturen von Vorkatalysator und Hauptkatalysator bzw. der vor und/oder nach ihnen ermittelten Abgastemperaturen, kann ein dem jeweiligen Aufwärmzustand und der jeweiligen Katalysatoraktivität bestmöglich angepasstes Verhältnis der Wärmemengen eingestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich somit als besonders flexibel und effektiv. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hauptsächlich für überwiegend mager betriebene Verbrennungsmotoren, insbesondere für als Dieselmotor ausgebildete Brennkraftmaschinen vorteilhaft, da diese, zumindest bei Teillast, üblicherweise ein relativ gering erwärmtes Abgas abgeben.The method according to the invention is characterized in that, in a first operating mode for heating the exhaust gas, a late injection of fuel into at least one combustion chamber of the internal combustion engine is carried out such that an exhaust gas rich in combustible constituents is released by the internal combustion engine with an excess of oxygen and that the exhaust gas present in the exhaust gas combustible components are at least partially oxidized on the primary catalyst under heat release. Since the fuel added at the same time by the fuel addition device between the precatalyst and the main catalyst is oxidized at least partially and also with heat release at the main catalytic converter, a two-stage exhaust gas heating takes place, which even under unfavorable conditions, for example at outside temperatures below freezing point and / or within a short time interval a cold start of the engine causes an effective Abgasaufheizung. The main catalytic converter downstream exhaust purification units can thus be heated rapidly to its operating temperature or to an optionally required for regeneration elevated temperature. A ratio of the first quantity of heat released as a result of oxidation of fuel at the main catalytic converter and the second quantity of heat released as a result of oxidation of late-injected fuel at the primary catalytic converter can be adjusted within a wide range. By adjusting the fuel addition rate and / or the injection quantity as a function of the temperatures of the primary catalytic converter and main catalytic converter or the exhaust gas temperatures determined before and / or after them, a ratio of the heat quantities optimally adapted to the respective heating state and the respective catalyst activity can be set. The inventive method thus proves to be particularly flexible and effective. The inventive method is mainly for predominantly lean-burn internal combustion engines, in particular for trained as a diesel engine engines advantageous because these, at least at partial load, usually give off a relatively low heated exhaust.

Die Anreicherung des Abgases mit brennbaren Bestandteilen stromauf des Vorkatalysators wird in einem normalen Zugbetrieb der Brennkraftmaschine bevorzugt wenigstens annähernd vollständig durch eine Kraftstoffnacheinspritzung geleistet, wohingegen eine durch eine zeitlich von der Nacheinspritzung abgesetzte und zuvor erfolgende Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge wenigstens annähernd vollständig drehmomentwirksam in dem wenigsten einen Brennraum verbrennt. Im Bremsbetrieb der Brennkraftmaschine unterbleibt typischerweise eine drehmomenterzeugende Kraftstoffhaupteinspritzung. Unabhängig hiervon erfolgt auf zur Nacheinspritzung analoge Weise eine späte Einspritzung, mit welcher eine Anreicherung von brennbaren Bestandteilen im Abgas erfolgt. In jedem Fall verbleibt ein Sauerstoffüberschuss im Abgas, derart, dass dieses insgesamt mager, d. h. oxidierend ist. Die Brennkraftmaschine wird demgemäß mit einem mageren Motorlambdawert von größer als 1,0 betrieben.The enrichment of the exhaust gas with combustible constituents upstream of the precatalyst is preferably performed in a normal traction of the internal combustion engine at least approximately by a fuel post injection, whereas a fuel injected by a time from the post-injection and previously performed main injection fuel quantity at least approximately completely effective torque in the least one combustion chamber burns. In the braking operation of the internal combustion engine, typically a torque-generating main fuel injection is omitted. Irrespective of this, a late injection takes place in a manner analogous to post-injection, with which an enrichment of combustible components in the exhaust gas takes place. In any case, an excess of oxygen remains in the exhaust gas, such that this total lean, d. H. is oxidizing. The internal combustion engine is accordingly operated with a lean engine lambda value of greater than 1.0.

In Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Späteinspritzung von Kraftstoff eine insbesondere als Nacheinspritzung ausgebildete, nicht brennende Kraftstoffeinspritzung umfasst. Im Zugbetrieb mit Kraftstoffhaupteinspritzung erfolgt eine Nacheinspritzung zeitlich abgesetzt von der Kraftstoffhaupteinspritzung in demselben Arbeitszyklus wie diese. Dabei ist unter nicht mitbrennend eine (Nach-)Einspritzung zu verstehen, bei welcher der eingespritzte Kraftstoff nicht oder nur in geringem Umfang an einer Verbrennung im Brennraum teilnimmt. Typischerweise bleiben 60% bis 95%, bevorzugt 70% bis 90% des Brennwerts erhalten. Im Brennraum können dabei durchaus Crackprozesse ablaufen, welche eine Verkürzung der Kettenlänge bei kettenförmigen Kohlenwasserstoffen im Kraftstoff bewirken. Es kann dabei auch eine Abspaltung von Wasserstoff und eine Teiloxidation erfolgen, derart, dass das Abgas mit Wasserstoff und/oder Kohlenmonoxid angereichert wird. Dadurch ist ein Ablaufen von Nachoxidationsreaktionen am Vorkatalysator verbessert. Eine mögliche Minderung der Aktivität des Vorkatalysators durch Oberflächenbelegung mit langkettigen Kohlenwasserstoffen wird vermieden. Typischerweise erfolgt die Späteinspritzung frühestens in die ausklingende Verbrennung einer Kraftstoffhaupteinspritzung. Bei Durchführung einer Kraftstoffhaupteinspritzung beginnt die Späteinspritzung nach Beendigung der Verbrennung des mit der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs. Bevorzugt erfolgt die Späteinspritzung, mit welcher das Abgas mit brennbaren Bestandteilen angereichert wird, bei Kurbelwinkeln von 30° bis 120°, besonders bevorzugt zwischen 40° und 90° nach dem oberen Totpunkt im Arbeitstakt. Es kann jedoch auch eine Einspritzung im Ausschiebetakt vorgesehen sein. Dabei ist es bevorzugt, den Spritzbeginn in Abhängigkeit von der Drehzahl vorzugeben. Insbesondere bei Durchführung einer Kraftstoffhaupteinspritzung wird der Spritzbeginn der Späteinspritzung mit zunehmender Drehzahl zu zunehmenden Kurbelwinkelgraden verlegt. Neben der nicht brennenden Späteinspritzung können außerdem eine oder mehrere Voreinspritzungen sowie eine insbesondere an die Haupteinspritzung angelagerte, frühe Nacheinspritzung vorgesehen sein.In an embodiment of the method, it is provided that the late injection of fuel comprises a noninflamming fuel injection designed in particular as post-injection. In train operation with main fuel injection, a post-injection takes place in time from the main fuel injection in the same work cycle as this. Here, by not co-firing is meant a (post-) injection in which the injected fuel does not or only to a limited extent participate in combustion in the combustion chamber. Typically, 60% to 95%, preferably 70% to 90%, of the calorific value is retained. In the combustion chamber can quite run off cracking processes, which cause a shortening of the chain length in chain-shaped hydrocarbons in the fuel. It can also be a splitting off of hydrogen and a partial oxidation, such that the exhaust gas with hydrogen and / or Carbon monoxide is enriched. As a result, a run off of post-oxidation reactions at the precatalyst is improved. A possible reduction in the activity of the precatalyst by surface coating with long-chain hydrocarbons is avoided. Typically, the late injection takes place at the earliest in the decaying combustion of a main fuel injection. When a main fuel injection is performed, the late injection starts after the completion of the combustion of the fuel injected with the main injection. Preferably, the late injection, with which the exhaust gas is enriched with combustible components, at crank angles of 30 ° to 120 °, more preferably between 40 ° and 90 ° after top dead center in the power stroke. However, it may also be provided an injection in Ausschiebetakt. It is preferred to specify the start of injection in dependence on the speed. In particular when a main fuel injection is carried out, the start of injection of the late injection is shifted with increasing speed to increasing degrees of crank angle. In addition to the non-burning late injection, it is also possible to provide one or more pilot injections and an early post-injection, which is attached in particular to the main injection.

Obschon die Brennstoffzugabevorrichtung zur Zugabe eines gasförmigen Brennstoffs wie Methan, Wasserstoff oder eines von einem bevorzugt separat vorzusehenden Reformer bereitgestellten Reformats ausgelegt sein kann, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass als Brennstoff ein zum Betrieb der Brennkraftmaschine eingesetzter Flüssigkraftstoff verwendet wird. Dieser wird mittels eines Injektors oder einer Düse bevorzugt mengenmäßig und zeitgesteuert regulierbar dem Abgas zugegeben. Damit entfällt eine Bevorratung bzw. Erzeugung eines weiteren Brennstoffs. Insbesondere ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass als Brennstoff ein zum Betrieb der Brennkraftmaschine eingesetzter Flüssigkraftstoff verwendet wird. Da die Erfindung bevorzugt bei als Dieselmotoren ausgebildeten Brennkraftmaschinen eingesetzt wird, ist insbesondere vorgesehen, dass von der Brennstoffzugabevorrichtung Dieselkraftstoff fein verteilt dem Abgas zugegeben wird. Obschon eine teilweise Aufbereitung des Flüssigkraftstoffs, beispielsweise durch Vorverdampfung, vor der Zugabe ins Abgas vorgesehen sein kann, ist es bevorzugt, wenn der Flüssigkraftstoff wenigstens annähernd vollständig unverändert in seinem ursprünglichen flüssigen Zustand dem Abgas zugegeben wird.Although the fuel adding device may be configured to add a gaseous fuel such as methane, hydrogen, or a reformate provided by a reformer to be preferably separately provided, in another aspect of the invention fuel is used as the liquid fuel used to operate the engine. This is added by means of an injector or a nozzle preferably quantitatively and timed adjustable to the exhaust gas. This eliminates a supply or generation of another fuel. In particular, it is provided in a further embodiment of the invention that is used as fuel for the operation of the internal combustion engine used liquid fuel. Since the invention is preferably used in engine designed as a diesel engine, it is provided in particular that the fuel adding device diesel fuel is finely distributed to the exhaust gas is added. Although a partial treatment of the liquid fuel, for example by pre-evaporation, may be provided before the addition to the exhaust, it is preferred if the liquid fuel is added to the exhaust gas at least approximately completely unchanged in its original liquid state.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine wenigstens teilweise Verdampfung des von der Brennstoffzugabevorrichtung dem Abgas zugegebenen Flüssigkraftstoffs vor Eintritt in den Hauptkatalysator erfolgt. Die wenigstens teilweise Verdampfung des in flüssiger Form dem Abgas zugegebenen Brennstoffs kann dabei durch eine Mischeinrichtung in der Abgasleitung und/oder durch eine ausreichend große Verweilzeit des zugegebenen Brennstoffs im Abgas verstärkt werden. Bevorzugt werden die Brennstoffzugabevorrichtung und der stromabwärtige Teil der Abgasführung so ausgelegt, dass wenigstens 50%, bevorzugt mehr als 70% des in flüssiger Form dem Abgas zugegeben Kraftstoffs vor Eintritt in den Hauptkatalysator im Abgas verdampft.In a further embodiment of the method according to the invention, it is provided that at least partial evaporation of the liquid fuel added to the exhaust gas by the fuel adding device takes place before entry into the main catalytic converter. The at least partial evaporation of the fuel added in liquid form to the exhaust gas can be intensified by a mixing device in the exhaust gas line and / or by a sufficiently long residence time of the added fuel in the exhaust gas. Preferably, the fuel adding device and the downstream part of the exhaust system are designed so that at least 50%, preferably more than 70% of the fuel added in liquid form to the exhaust gas evaporates before entering the main catalyst in the exhaust gas.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die am Vorkatalysator freigesetzte zweite Wärmemenge mindestens etwa der Wärmemenge entspricht, die zur wenigstens teilweisen Verdampfung des durch die Brennstoffzugabevorrichtung dem Abgas zugegebenen Flüssigkraftstoffs benötigt wird. Damit ist sichergestellt, dass die wenigstens teilweise Verdampfung des zugebenen Flüssigkraftstoffs im Abgas keine oder zumindest keine wesentliche Abgastemperaturabsenkung zur Folge hat.In a further embodiment of the method, it is provided that the second quantity of heat released at the primary catalytic converter corresponds at least approximately to the quantity of heat required for the at least partial evaporation of the liquid fuel added to the exhaust gas by the fuel adding device. This ensures that the at least partial evaporation of the added liquid fuel in the exhaust gas has no or at least no significant exhaust gas temperature reduction result.

Bevorzugt ist es, dass die am Vorkatalysator freigesetzte zweite Wärmemenge die Wärmemenge, die zur wenigstens teilweisen Verdampfung des durch die Brennstoffzugabevorrichtung dem Abgas zugegebenen Flüssigkraftstoffs benötigt wird, überkompensiert. Insbesondere ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die zweite Wärmemenge ausreicht, um die Abgastemperatur auslassseitig des Vorkatalysators um wenigstens 50 K im Vergleich zur Abgastemperatur einlassseitig des Vorkatalysators zu erhöhen. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn auch einlassseitig des Hauptkatalysators eine Abgastemperaturerhöhung um wenigstens 50 K im Vergleich zur Abgastemperatur einlassseitig des Vorkatalysators vorhanden ist. Dadurch ist ein besonders rasches Anspringen der katalytischen Oxidationswirkung des Hauptkatalysators ermöglicht.It is preferred that the second amount of heat released at the primary catalytic converter overcompensate for the amount of heat required for the at least partial evaporation of the liquid fuel added to the exhaust gas by the fuel adding device. In particular, it is provided in a further embodiment of the invention that the second amount of heat sufficient to increase the exhaust gas temperature on the outlet side of the primary catalytic converter by at least 50 K compared to the exhaust gas temperature inlet side of the primary catalytic converter. In this case, it is particularly preferred if an exhaust gas temperature increase of at least 50 K in comparison to the exhaust gas temperature on the inlet side of the primary catalytic converter is also present on the inlet side of the main catalytic converter. This allows a particularly rapid onset of the catalytic oxidation effect of the main catalyst.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die erste Wärmemenge ausreicht, um die Abgastemperatur auslassseitig des Hauptkatalysators um wenigstens 200 K im Vergleich zur Abgastemperatur einlassseitig des Hauptkatalysators zu erhöhen. Hierzu wird eine ausreichend große Menge an Brennstoff zwischen dem Vorkatalysator und dem Hauptkatalysator dem Abgas zugegeben. Insbesondere ist es in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, dass die erste und/oder die zweite Wärmemenge ausreichen, um das Abgas auslassseitig des Hauptkatalysators soweit aufzuheizen, dass eine Regeneration des Partikelfilters durch thermischen Rußabbrand erfolgen kann. Typischerweise ist hierfür eine Temperaturanhebung auf etwa 600°C ausreichend. In a further embodiment of the method, it is provided that the first amount of heat is sufficient to increase the exhaust gas temperature on the outlet side of the main catalytic converter by at least 200 K compared to the exhaust gas temperature on the inlet side of the main catalytic converter. For this purpose, a sufficiently large amount of fuel between the pre-catalyst and the main catalyst is added to the exhaust gas. In particular, it is provided in a further embodiment that the first and / or the second amount of heat sufficient to heat the exhaust gas outlet side of the main catalyst to the extent that regeneration of the particulate filter can be done by thermal Rußabbrand. Typically, a temperature increase to about 600 ° C is sufficient for this purpose.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Brennstoffzugabe und die Kraftstoffspäteinspritzung derart durchgeführt werden, dass ein vorgebbares und von der Außentemperatur und/oder vom Lastpunkt der Brennkraftmaschine abhängiges Verhältnis von erster und zweiter Wärmemenge resultiert. Dadurch kann den aktuellen Temperaturverhältnissen im Abgasstrang in besonders vorteilhafter Weise Rechnung getragen werden. Bei bereits ausreichend aufgewärmtem Vorkatalysator kann beispielsweise die Brennstoffzugabe im Verhältnis zur Späteinspritzmenge und damit die erste Wärmemenge im Verhältnis zur zweiten Wärmemenge angehoben werden, wodurch eine effektivere Aufheizung eines dem Hauptkatalysators nachgeschalteten Partikelfilters ermöglicht ist. Falls infolge einer vergleichsweise großen Brennkraftmaschinenlast die Brennkraftmaschine ohnehin ein vergleichsweise stark erhitztes Abgas liefert, kann die Späteinspritzmenge und somit die zweite Wärmemenge ebenfalls reduziert werden. Bei besonders niedrigen Außentemperaturen von beispielsweise weniger als minus 10°C, ist es hingegen bevorzugt, zunächst eine höhere Späteinspritzmenge zu wählen und somit das Verhältnis von zweiter Wärmemenge zu erster Wärmemenge anzuheben.In a further refinement of the method, provision is made for the fuel addition and the fuel injection to be carried out in such a way that a specifiable ratio of the first and second heat quantities, which is dependent on the outside temperature and / or the load point of the internal combustion engine, results. As a result, the current temperature conditions in the exhaust system can be taken into account in a particularly advantageous manner. In the case of a pre-catalyst that has already been sufficiently warmed up, for example, the fuel addition in relation to the late injection quantity and thus the first quantity of heat can be increased in relation to the second quantity of heat, thereby enabling a more effective heating of a particle filter arranged downstream of the main catalytic converter. If, as a result of a comparatively large engine load, the internal combustion engine delivers a comparatively strongly heated exhaust gas anyway, the late injection quantity and thus the second quantity of heat can likewise be reduced. At particularly low outside temperatures, for example, less than minus 10 ° C, however, it is preferred to first select a higher late injection quantity and thus to increase the ratio of the second amount of heat to the first amount of heat.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die in einem Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine mit der Späteinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge kleiner als 10 mg je Liter Hubraum der Brennkraftmaschine gewählt wird. Dadurch kann eine Gefahr einer Schmierölverdünnung vermieden oder zumindest verringert werden, welche bei höheren Späteinspritzmengen gegeben ist.In a further embodiment of the method, it is provided that the amount of fuel injected in a working cycle of the internal combustion engine with the late injection is chosen to be less than 10 mg per liter of displacement of the internal combustion engine. As a result, a risk of a lubricating oil dilution can be avoided or at least reduced, which is given at higher late injection quantities.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass bei einer vorliegenden Anforderung zur Abgasaufheizung und Vorliegen einer einen vorgebbaren ersten Schwellenwert unterschreitenden Abgastemperatur einlassseitig und/oder auslassseitig des Vorkatalysators die Kraftstoffspäteinspritzung aktiviert wird und durch Beginn der Brennstoffzugabe der erste Betriebsmodus aktiviert wird, wenn die Abgastemperatur einlassseitig und/oder auslassseitig des Hauptkatalysators einen vorgebbaren zweiten Schwellenwert überschreitet. Damit ist sichergestellt, dass der erste Betriebsmodus mit Späteinspritzung und gleichzeitiger Brennstoffzugabe zwischen Vorkatalysator und Hauptkatalysator nicht vorzeitig, d. h. vor Erreichen der Anspringtemperatur des Hauptkatalysators erfolgt. Dementsprechend wird der gegenüber dem ersten Schwellenwert vorzugsweise etwas höhere zweite Schwellenwert bevorzugt so vorgegeben, dass er der Anspringtemperatur des Hauptkatalysators etwa entspricht. Dabei kann eine den Alterungszustand des Hauptkatalysators berücksichtigende Anpassung im Lauf der Betriebszeit vorgesehen sein.In a further embodiment of the method, it is provided that in a present request for exhaust gas heating and the presence of a predeterminable first threshold below exhaust gas temperature on the inlet side and / or outlet side of the primary catalytic converter, the fuel injection is activated and is activated by the start of the fuel addition of the first operating mode when the exhaust gas temperature inlet and / or the outlet side of the main catalyst exceeds a predetermined second threshold. This ensures that the first mode of operation with late injection and simultaneous addition of fuel between the primary catalyst and the catalyst does not prematurely, d. H. takes place before reaching the light-off temperature of the main catalyst. Accordingly, the second threshold value, which is preferably slightly higher than the first threshold value, is preferably predefined such that it approximately corresponds to the light-off temperature of the main catalytic converter. In this case, an adaptation to the aging state of the main catalytic converter can be provided during the operating time.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass bei aktivem ersten Betriebsmodus bei Überschreiten eines vorgebbaren dritten Schwellenwerts für die Abgastemperatur einlassseitig und/oder auslassseitig des Vorkatalysators mit Beendigung der Späteinspritzung ein Umschalten vom ersten Betriebsmodus zu einem zweiten Betriebsmodus erfolgt, wobei im zweiten Betriebsmodus die Brennstoffzugabe ins Abgas durch die Brennstoffzugabevorrichtung weitergeführt wird. Der erste Betriebsmodus mit gleichzeitiger Späteinspritzung und Brennstoffzugabe wird somit nur solange aufrechterhalten, bis die Abgastemperatur einlassseitig und/oder auslassseitig des Vorkatalysators den dritten Schwellenwert überschritten hat. Damit wird eine weitere Abgasaufheizung durch Nachoxidation nur noch durch den Hauptkatalysator geleistet. Dadurch wird einer thermischen Überlastung des Vorkatalysators vorgebeugt und die Effektivität des in Bezug auf Exothermieerzeugung leistungsfähigeren Hauptkatalysator vorteilhaft ausgenutzt.In a further embodiment of the method, it is provided that when the first operating mode is active when a predeterminable third threshold value for the exhaust gas temperature on the inlet side and / or outlet side of the primary catalytic converter ends at the end of the late injection, switching from the first operating mode to a second operating mode takes place, wherein in the second operating mode the fuel addition is continued into the exhaust gas through the fuel adding device. The first operating mode with simultaneous late injection and fuel addition is thus maintained only until the exhaust gas temperature on the inlet side and / or outlet side of the precatalyst has exceeded the third threshold. Thus, a further exhaust gas heating is performed by post-oxidation only by the main catalyst. This prevents a thermal overload of the precatalyst and advantageously takes advantage of the efficiency of the main catalyst which is more efficient with respect to the generation of exothermic energy.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Brennkraftmaschine überwiegend derart betrieben, dass das von der Brennkraftmaschine abgegebene Abgas ein NOx/PM-Verhältnis von mehr als 20, insbesondere von mehr als 40 aufweist. Unter NOx/PM-Verhältnis ist dabei ein Masseverhältnis des von der Brennkraftmaschine emittierten NOx, berechnet als NO, zu der emittierten Partikelmasse (PM = particulate matter) zu verstehen. Die erfindungsgemäße Einstellung des NOx/PM-Verhältnisses von mehr als 20 bzw. 40 wird dabei vor allem beim normalen Betrieb, d. h. bei inaktiver Abgasaufheizung vorgenommen. Infolge des NOx-reichen Brennkraftmaschinenbetriebs ist die Häufigkeit von Partikelfilterregenerationen durch thermischen Rußabbrand verringert, da von der Brennkraftmaschine emittiertes NO am Vorkatalysator und/oder am Hauptkatalysator zu NO2 oxidiert wird und dieses eine Rußoxidation bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen ermöglicht.In a further embodiment of the method, the internal combustion engine is predominantly operated such that the exhaust gas emitted by the internal combustion engine has a NOx / PM ratio of more than 20, in particular more than 40. A NOx / PM ratio is understood as meaning a mass ratio of the NOx emitted by the internal combustion engine, calculated as NO, to the emitted particulate matter (PM). The adjustment according to the invention of the NOx / PM ratio of more than 20 or 40 is carried out in particular during normal operation, ie when the exhaust gas heating is inactive. Due to the NOx-rich engine operation, the frequency of particulate filter regeneration due to thermal soot burnup is reduced because NO emitted from the engine is oxidized to NO 2 at the primary catalyst and / or at the main catalyst and this allows soot oxidation at relatively low temperatures.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch gelöst durch eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem, welches einen als Oxidationskatalysator ausgeführten Vorkatalysator, einen dem Vorkatalysator in Abgasströmungsrichtung nachgeschalteten und als Oxidationskatalysator ausgeführten Hauptkatalysator, einen dem Hauptkatalysator in Abgasströmungsrichtung nachgeschalteten Partikelfilter, und eine Brennstoffzugabevorrichtung zur Zugabe eines Brennstoffs in das Abgas zwischen dem Vorkatalysator und dem Hauptkatalysator aufweist, wobei die Brennstoffzugabevorrichtung zur Abgabe eine Sprühnebels von Flüssigkraftstofftröpfchen ausgelegt ist, welche im Mittel einen kleineren Durchmesser als 0,2 mm aufweisen. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Brennstoffzugabevorrichtung Flüssigkraftstofftröpfchen mit im Mittel weniger als 0,1 mm Durchmesser abgeben kann. Infolge dieser Ausführung ist eine effektive Verdampfung von durch die Brennstoffzugabevorrichtung in Form eines Sprühnebels insbesondere zugegebenem Dieselkraftstoff ermöglicht, bevor dieser den Hauptkatalysator erreicht. Dies ermöglicht eine effektive Oxidation des Dieselkraftstoffs am Hauptkatalysator mit entsprechender Wärmefreisetzung und wirksamer Aufheizung des nachgeschalteten Partikelfilters. Die möglichst weitgehende Verdampfung von durch die Brennstoffzugabevorrichtung zugegebenem Dieselkraftstoff vermeidet zudem eine Oberflächenbelegung und gegebenenfalls nachgelagerte Verrußung des Hauptkatalysators.The object underlying the invention is also achieved by an internal combustion engine having an exhaust gas aftertreatment system, which comprises a precatalyst arranged as an oxidation catalyst, a main catalyst downstream of the precatalyst in the exhaust gas flow direction and designed as an oxidation catalyst, a particle filter downstream of the main catalyst in the exhaust gas flow direction, and a fuel adding device for adding a fuel into the exhaust gas between the pre-catalyst and the main catalyst, wherein the fuel adding device is adapted to discharge a spray of liquid fuel droplets having an average diameter smaller than 0.2 mm. It is particularly preferred if the fuel adding device liquid droplets with an average diameter of less than 0.1 mm can deliver. As a result of this embodiment, effective vaporization of diesel fuel, in particular added by the fuel adding device in the form of a spray, is enabled before it reaches the main catalyst. This allows effective oxidation of the diesel fuel at the main catalyst with appropriate heat release and effective heating of the downstream particulate filter. The greatest possible evaporation of diesel fuel added by the fuel adding device also avoids surface occupancy and optionally downstream carbon fouling of the main catalyst.

Für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist vorgesehen, dass zwischen Vorkatalysator und Hauptkatalysator kein weiteres reinigungswirksames Abgasbehandlungselement im Abgasnachbehandlungssystem angeordnet ist. Ferner ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine zur Durchführung von Mehrfacheinspritzungen, insbesondere von Kraftstoffspäteinspritzungen befähigt ist. Ferner ist in Ausgestaltung der Erfindung für die Brennkraftmaschine ein Abgasturbolader mit einer vom Abgas antreibbaren Turbine vorgesehen und der Vorkatalysator ist turbinennah stromabwärts der Turbine angeordnet. Diese Ausführung mit einem geringen Abstand des Vorkatalysators zur Turbine ermöglicht eine rasche Aufwärmung des Vorkatalysators. Vorzugsweise beträgt der Abstand des Vorkatalysators zur Turbine weniger als 400 mm, besonders bevorzugt weniger als 200 mm.For the internal combustion engine according to the invention it is provided that no further cleaning-effective exhaust gas treatment element is arranged in the exhaust aftertreatment system between the primary catalyst and catalyst. It is further provided that the internal combustion engine is capable of carrying out multiple injections, in particular fuel injection. Furthermore, in an embodiment of the invention for the internal combustion engine, an exhaust gas turbocharger with a turbine drivable by the exhaust gas is provided and the precatalyst is arranged near the turbine downstream of the turbine. This embodiment with a small distance of the pre-catalyst to the turbine allows a rapid warming of the precatalyst. Preferably, the distance of the precatalyst to the turbine is less than 400 mm, more preferably less than 200 mm.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Hauptkatalysator eine Edelmetallbeladung auf, welche weniger als 40 g/ft3 beträgt und der Vorkatalysator weist eine demgegenüber um wenigstens 50% höhere Edelmetallbeladung auf. Bevorzugt ist die Beschichtung wenigstens des Vorkatalysators als Beschichtung mit geringer oder vernachlässigbarer Sauerstoffspeicherfähigkeit ausgelegt. Die Edelmetallbeladung ist bevorzugt durch die Platinmetalle Platin (Pt), Palladium (Pd) und/oder Rhodium (Rh) gebildet. Dabei kann die Edelmetallbeladung insbesondere des Vorkatalysators auch frei von Rhodium sein. Bevorzugt ist für den Vorkatalysator und/oder den Hauptkatalysator eine Edelmetallbeladung mit einem Pt/Pd-Verhältnis von 10:1 bis 1:1. Besonders bevorzugt ist eine Verhältnis von etwa 3:1. Bevorzugt ist der Vorkatalysator relativ klein im Verhältnis zum Hauptkatalysator ausgelegt. Ausreichend ist es, wenn das Volumen des Vorkatalysators 30% bis 10% des Hauptkatalysatorvolumens beträgt. Auf diese Weise kann mit einem insgesamt vergleichsweise geringen Edelmetalleinsatz eine effektive Aufheizung des Partikelfilters auch bei niedrigen Außentemperaturen erzielt werden. Dabei ermöglicht die erfindungsgemäße Ausführung eine zweistufige Abgasaufheizung, bei welcher durch Nachoxidation von späteingespritztem Kraftstoff am Vorkatalysator eine erste Abgastemperaturerhöhung erfolgen kann. Eine zweite, weitere Abgastemperaturerhöhung erfolgt durch Oxidation des von der Brennstoffzugabevorrichtung zugegebenen Brennstoffs am Hauptkatalysator.In a further embodiment of the invention, the main catalyst has a noble metal loading, which is less than 40 g / ft 3 and the precatalyst has a contrast to at least 50% higher noble metal loading. Preferably, the coating of at least the precatalyst is designed as a coating with low or negligible oxygen storage capacity. The noble metal loading is preferably formed by the platinum metals platinum (Pt), palladium (Pd) and / or rhodium (Rh). The noble metal loading, in particular of the precatalyst, may also be free of rhodium. Preferably, for the precatalyst and / or the main catalyst is a noble metal loading with a Pt / Pd ratio of 10: 1 to 1: 1. Particularly preferred is a ratio of about 3: 1. Preferably, the precatalyst is designed relatively small in relation to the main catalyst. It is sufficient if the volume of the precatalyst is 30% to 10% of the main catalyst volume. In this way, effective heating of the particulate filter even at low outside temperatures can be achieved with an overall comparatively low use of precious metals. In this case, the embodiment according to the invention enables a two-stage exhaust gas heating, in which a first exhaust gas temperature increase can take place by post-oxidation of late-injected fuel at the primary catalytic converter. A second, further increase in exhaust gas temperature takes place by oxidation of the fuel added by the fuel adding device to the main catalytic converter.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der 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 illustrated in the drawings and described below. In this case, the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination of features, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform eines Systems von Brennkraftmaschine und Abgasnachbehandlungssystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,The single FIGURE shows a schematic representation of an advantageous embodiment of a system of internal combustion engine and exhaust aftertreatment system for performing the method according to the invention,

Die Brennkraftmaschine 1 in der Figur ist bevorzugt als direkteinspritzender 4-Takt-Dieselmotor ausgeführt. Ein zugeordnetes nicht dargestelltes Kraftstoffeinspritzsystem ist vorzugsweise als so genanntes Common-Rail-System mit einstellbarem Raildruck bzw. Kraftstoffeinspritzdruck oder in Form eines Einspritzsystems nach dem Pumpe-Düse- oder Pumpe-Leitung-Düse-Prinzip ausgeführt.The internal combustion engine 1 in the figure is preferably designed as a direct injection 4-stroke diesel engine. An associated not shown fuel injection system is preferably designed as a so-called common rail system with adjustable rail pressure or fuel injection pressure or in the form of an injection system according to the pump-nozzle or pump-line-nozzle principle.

Den Zylindern des Dieselmotors 1 sind jeweils ein Brennraum mit ein oder zwei Einlass- und Auslassventilen, einer Glühkerze und einem Kraftstoffinjektor sowie ein oder mehrere Einlasskanäle für die Verbrennungsluft zugeordnet, was im Einzelnen nicht näher dargestellt ist. Die Kraftstoffinjektoren sind dabei zur Durchführung von Mehrfacheinspritzungen befähigt.The cylinders of the diesel engine 1 are each associated with a combustion chamber with one or two inlet and outlet valves, a glow plug and a fuel injector and one or more inlet channels for the combustion air, which is not shown in detail. The fuel injectors are capable of performing multiple injections.

Der Dieselmotor 1 erhält seine Verbrennungsluft über eine Luftzufuhrleitung 3, in der ein nicht dargestellter Luftmassenmesser angeordnet ist. Die Verbrennungsluft wird mittels eines Abgasturboladers 15 verdichtet und einem Ladeluftkühler 16 zur Kühlung zugeführt. Der Abgasturbolader ist dabei vorzugsweise als so genannter VTG-Lader oder als Wastegate-Lader mit einstellbarem Ladedruck ausgeführt.The diesel engine 1 receives its combustion air via an air supply line 3 in which an unillustrated air mass meter is arranged. The combustion air is by means of an exhaust gas turbocharger 15 compressed and a charge air cooler 16 supplied for cooling. The exhaust gas turbocharger is preferably designed as a so-called VTG loader or as a wastegate loader with adjustable boost pressure.

In den Brennräumen der Zylinder des Dieselmotors 1 erzeugtes Abgas wird über eine Abgasleitung 4 abgeleitet. Dabei kann der Verbrennungsluft über eine Abgasrückführleitung 13 Abgas beigemischt und somit zum Dieselmotor 1 zurückgeführt werden. Der Anteil des rückgeführten Abgases (AGR-Rate) kann über ein AGR-Ventil 14 eingestellt werden. Vorzugsweise sind für den Ladeluftkühler 16 und/oder den AGR-Kühler jeweils eine schaltbare Umgehungsleitung vorgesehen, was in 1 nicht dargestellt ist. Dadurch ist in vorteilhafter Weise eine Beeinflussung der Temperatur der dem Dieselmotor 1 zugeführten Verbrennungsluft ermöglicht. Der vorzugsweise vorgesehene umgehbare AGR-Kühler ermöglicht es, der Verbrennungsluft wahlweise gekühltes oder heißes Abgas zuzumischen. Eine Umgehung des Ladeluftkühlers 16 und/oder des AGR-Kühlers verbessert eine beispielsweise im Zusammenhang mit einem Kaltstart bzw. Warmlauf oder einer Partikelfilterregeneration vorgesehene Abgasaufheizung.In the combustion chambers of the cylinders of the diesel engine 1 generated exhaust gas is via an exhaust pipe 4 derived. In this case, the combustion air via an exhaust gas recirculation line 13 Adds exhaust gas and thus to the diesel engine 1 to be led back. The proportion of recirculated exhaust gas (EGR rate) can via an EGR valve 14 be set. Preferably, for the intercooler 16 and / or the EGR cooler each provided a switchable bypass line, which in 1 not shown. This is advantageous an influence on the temperature of the diesel engine 1 supplied combustion air allows. The preferably provided bypass EGR cooler makes it possible to mix the combustion air optionally cooled or hot exhaust gas. A bypass of the intercooler 16 and / or the EGR cooler improves a Abgasaufheizung provided for example in connection with a cold start or warm-up or a particulate filter regeneration.

Eine bevorzugte Ausführungsform des dem Dieselmotor 1 zugeordneten Abgasnachbehandlungssystems 2 umfasst in Strömungsrichtung des Abgases gesehen in dieser Reihenfolge einen als Oxidationskatalysator ausgelegten Vorkatalysator 5, einen als Oxidationskatalysator ausgelegten Hauptkatalysator 7, einen Partikelfilter 6, und einen SCR-Katalysator 8. Hauptkatalysator 7 und Partikelfilter 6 sind bevorzugt wie dargestellt mit geringem Abstand zueinander in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.A preferred embodiment of the diesel engine 1 associated exhaust aftertreatment system 2 includes in the flow direction of the exhaust gas seen in this order designed as an oxidation catalyst precatalyst 5 , a main catalyst designed as an oxidation catalyst 7 , a particle filter 6 , and an SCR catalyst 8th , main catalyst 7 and particle filters 6 are preferably arranged as shown with a small distance from each other in a common housing.

Als Partikelfilter 6 kommt vorzugsweise ein so genannter Wallflow-Filter auf SiC-Cordiererit- oder Aluminiumtitanatbasis zum Einsatz. Der Partikelfilter 6 kann jedoch auch als Sintermetallfilter oder als Filtereinheit mit einer offenen Filterstruktur ausgebildet sein. Vorzugsweise ist für den Partikelfilter 6 eine oxidationskatalytische und/oder eine einen Rußabbrand fördernde Beschichtung vorgesehen. Für eine hohe Aufnahmefähigkeit von Ruß- und Aschepartikeln ist ein möglichst großes Volumen von etwa dem 1,5-fachen des Motorenhubraums vorteilhaft. Da die vorgeschalteten Katalysatoren 5, 7 bereits einen gewissen Staudruck bewirken, ist eine hinsichtlich des Abgasgegendrucks optimierte Auslegung des Partikelfilters 6 bevorzugt. Porosität und Größe werden vorzugsweise so festgelegt, dass bei einer Rußbeladung von etwa 5 g/l im überwiegenden Betriebsbereich des Verbrennungsmotors ein Gegendruck von etwa 100 mbar unterschritten wird. Dabei ist eine runde Bauform mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser (L/D-Verhältnis) im Bereich von 0,8 bis 2,0 bevorzugt. Mit einem L/D-Verhältnis von 1,0 bis 1,3 lässt sich eine besonders unkritische und gleichmäßige Temperaturverteilung bei thermischen Regenerationen erzielen.As a particle filter 6 For example, a so-called wallflow filter based on SiC-cordierite or aluminum titanate is preferably used. The particle filter 6 However, it can also be designed as a sintered metal filter or as a filter unit with an open filter structure. Preferably, for the particulate filter 6 an oxidation catalytic and / or a Rußabbrand promotional coating provided. For a high absorption capacity of carbon black and ash particles, the largest possible volume of about 1.5 times the engine displacement is advantageous. Because the upstream catalysts 5 . 7 already cause a certain back pressure, is an optimized with regard to the exhaust back pressure interpretation of the particulate filter 6 prefers. Porosity and size are preferably determined so that at a soot loading of about 5 g / l in the vast operating range of the internal combustion engine, a back pressure of about 100 mbar is exceeded. In this case, a round design with a ratio of length to diameter (L / D ratio) in the range of 0.8 to 2.0 is preferred. With an L / D ratio of 1.0 to 1.3, a particularly uncritical and even temperature distribution during thermal regeneration can be achieved.

Der SCR-Katalysator 8 ist vorzugsweise ein zur Durchführung einer selektiven katalytischen NOx-Reduktionsreaktion mittels Ammoniak geeigneter Katalysator. Es kann sich beispielsweise um einen Vollkatalysator auf V2O5-WO3-Basis oder einen Schichtkatalysator auf Eisen- oder Kupfer-Zeolithbasis oder um einen beschichteten Katalysator mit edelmetallhaltiger Beschichtung handeln.The SCR catalyst 8th is preferably a catalyst suitable for carrying out a selective catalytic NOx reduction reaction by means of ammonia. It may, for example, be a V2O5-WO3-based full catalyst or a layered catalyst based on iron or copper zeolite or a coated catalyst with a noble metal-containing coating.

Der Vorkatalysator 5 ist vorzugsweise relativ klein mit einem Volumen von weniger als 10% des Hubvolumens des Dieselmotors 1 ausgeführt und weist bevorzugt ein Längen-Durchmesserverhältnis von LID < 1,0 und eine niedrige Zelldichte von vorzugsweise etwa 50 cpsi auf. Die Beschichtung des Vorkatalysators 5 ist derart ausgelegt, dass ein Umsatz von Kohlenwasserstoffen bereits bei etwa 200°C in merklichem Umfang erfolgt (Anspringtemperatur). Eine Oxidation von CO bzw. H2 erfolgt typischerweise bereits ab ca. 180°C in nennenswertem Umfang. Ein washcoat mit geringer oder ohne Sauerstoffspeicherfähigkeit und mit einem Platin-Palladium-Gehalt von etwa 90 g/ft3 bezogen auf das Katalysatorvolumen sowie einem Pt/Pd-Verhältnis von 10:1 hat sich hierfür als besonders geeignet erwiesen.The precatalyst 5 is preferably relatively small with a volume of less than 10% of the stroke volume of the diesel engine 1 and preferably has a length-to-diameter ratio of LID <1.0 and a low cell density of preferably about 50 cpsi. The coating of the precatalyst 5 is designed so that a conversion of hydrocarbons already takes place at about 200 ° C to a considerable extent (light-off temperature). An oxidation of CO or H 2 is typically carried out already from about 180 ° C to a significant extent. A washcoat with little or no oxygen storage capacity and with a platinum-palladium content of about 90 g / ft 3 based on the catalyst volume and a Pt / Pd ratio of 10: 1 has proven to be particularly suitable for this purpose.

Der Hauptkatalysator 7 ist bevorzugt für eine hohe Aktivität in Bezug auf eine Oxidation von NO und HC ausgelegt. Daraus resultiert einerseits ein niedriger Kohlenwasserstoff-Schlupf bei einer thermischen Partikelfilterregeneration. Andererseits wird unter normalen Betriebsbedingungen eine hohe NO2-Erzeugungsrate und somit eine hohe kontinuierliche Ruß-Abbaurate im nachgeschalteten Partikelfilter 6 erzielt. Eine Auslegung für hohe Alterungs- und Temperaturstabilität ist für den Hauptkatalysator 7 ebenfalls bevorzugt. Eine hinsichtlich der genannten Kriterien optimierte Ausführung sieht ein L/D-Verhältnis von etwa 1,5 bis 2,25, eine Zelldichte von 300 cpsi bis 400 cpsi sowie einem Volumen, welches etwa dem 1,1- bis 2,2-fachen des Hubvolumens des Dieselmotors 1 beträgt, vor. Dabei ist eine Beschichtung analog zur Beschichtung des Vorkatalysators 5, allerdings mit einer verminderten Edelmetallbeladung vorgesehen. Ein washcoat mit einem Edelmetall-Gehalt von 40 g/ft3 oder weniger bezogen auf das Katalysatorvolumen und einem Pt/Pd-Verhältnis von 3:1 hat sich als ausreichend erwiesen. Dadurch wird eine erhebliche Einsparung von Edelmetall erzielt, was entsprechende Kostenvorteile mit sich bringt. Eine dadurch auf etwa 250°C erhöhte Anspringtemperatur in Bezug auf Kohlenwasserstoffe bzw. Kraftstoff bedeutet dabei keinen Nachteil, da eine Vorwärmung durch den Vorkatalysator 5 erfolgen kann. Dadurch ist eine Umsatzfähigkeit des Hauptkatalysators 7 verbessert. Eine Sauerstoffspeicherfähigkeit, beispielsweise durch einen Ceroxid-Anteil im washcoat kann für den Hauptkatalysator 7 vorgesehen sein.The main catalyst 7 is preferably designed for high activity with respect to oxidation of NO and HC. On the one hand, this results in a low hydrocarbon slip in a thermal particle filter regeneration. On the other hand, under normal operating conditions, a high NO 2 production rate and thus a high continuous soot degradation rate in the downstream particulate filter 6 achieved. A design for high aging and temperature stability is for the main catalyst 7 also preferred. An optimized design with respect to the mentioned criteria provides an L / D ratio of about 1.5 to 2.25, a cell density of 300 cpsi to 400 cpsi and a volume which is about 1.1 to 2.2 times the Stroke volume of the diesel engine 1 is, before. In this case, a coating is analogous to the coating of the precatalyst 5 , but provided with a reduced precious metal loading. A washcoat with a noble metal content of 40 g / ft 3 or less based on the catalyst volume and a Pt / Pd ratio of 3: 1 has proven to be sufficient. As a result, a significant saving of precious metal is achieved, which brings corresponding cost advantages. A light-off temperature with respect to hydrocarbons or fuel, which is thereby increased to about 250 ° C., does not represent a disadvantage, since preheating by the precatalyst 5 can be done. This is a turnover of the main catalyst 7 improved. An oxygen storage capacity, for example, by a cerium oxide content in the washcoat can for the main catalyst 7 be provided.

Ausgangsseitig des Vorkatalysators 5 ist eine Brennstoffzugabevorrichtung 9 vorgesehen, über welche beispielsweise Dieselkraftstoff als Brennstoff dem Abgas zugeführt werden kann. Infolge exothermer Oxidation von dem Abgas bedarfsgerecht zugeführtem Brennstoff ist eine gezielte und wirksame Aufheizung des Abgases am Hauptkatalysator 7 ermöglicht. Nicht vollständig am Hauptkatalysator 7 umgesetzter Brennstoff kann außerdem im nachgeschalteten Partikelfilter 6 oxidiert werden. Betätigt wird die Brennstoffzugabevorrichtung 9 vorwiegend im Zusammenhang mit einer aktiven Regeneration des Partikelfilters 6 durch thermischen Rußabbrand oder zur Aufheizung eines nachgeschalteten Abgasreinigungsbauteils. Zur Zugabe von Ammoniak oder eines anderen vorzugsweise zur Freisetzung von Ammoniak befähigten Reduktionsmittels zur NOx-Reduktion ist eingangsseitig des SCR-Katalysators 8 eine Reduktionsmittelzugabeeinheit 11 vorgesehen. Vorzugsweise wird wässrige Harnstofflösung als Reduktionsmittel eingesetzt. Die Brennstoffzugabevorrichtung 9 und die Reduktionsmittelzugabeeinheit 11 sind vorzugsweise an in nicht näher dargestellte Dosiersysteme angeschlossen.On the output side of the precatalyst 5 is a fuel adding device 9 provided, for example, via which diesel fuel can be supplied as fuel to the exhaust gas. As a result of exothermic oxidation of the exhaust gas supplied as needed is a targeted and effective heating of the exhaust gas at the main catalyst 7 allows. Not completely at the main catalyst 7 converted fuel can also be in the downstream particulate filter 6 be oxidized. The fuel supply device is actuated 9 predominantly in connection with an active one Regeneration of the particle filter 6 by thermal Rußabbrand or for heating a downstream exhaust gas purification component. For the addition of ammonia or another preferably for the release of ammonia-capable reducing agent for NOx reduction is the input side of the SCR catalyst 8th a reductant addition unit 11 intended. Preferably, aqueous urea solution is used as the reducing agent. The fuel adding device 9 and the reducing agent addition unit 11 are preferably connected to dosing systems not shown in detail.

Im Abgasnachbehandlungssystem 2 sind verschiedene Temperatur- und Abgassensoren zur Erfassung von Abgas- und Bauteiletemperaturen sowie von Konzentrationen wichtiger Abgasbestandteile vorgesehen. Beispielhaft sind eingangsseitig des Hauptkatalysators 7 ein Temperatursensor 10 sowie ausgangsseitig des SCR-Katalysators 8 ein gegenüber NOx und/oder NH3 empfindlicher Gassensor 12 vorgesehen. Mittels dieser und gegebenenfalls weiterer Sensoren kann der Betriebszustand des Abgasnachbehandlungssystems 2 ermittelt werden.In the exhaust aftertreatment system 2 Various temperature and exhaust gas sensors are provided to detect exhaust gas and component temperatures as well as concentrations of important exhaust gas constituents. Exemplary are the input side of the main catalyst 7 a temperature sensor 10 and on the output side of the SCR catalyst 8th a sensitive to NOx and / or NH 3 gas sensor 12 intended. By means of these and possibly other sensors, the operating state of the exhaust aftertreatment system 2 be determined.

Zur Steuerung bzw. Erfassung des Motorbetriebs ist ein elektronisches Motorsteuergerät 17 vorgesehen. Das Motorsteuergerät 17 erhält einerseits Informationen über maßgebliche Zustandsgrößen wie z. B. Drehzahl, Temperaturen, Drücke von den entsprechenden Sensoren bzw. Fühlern und kann andererseits Steuersignale als Einstellgrößen an Aktuatoren wie z. B. an das AGR-Ventil 14 oder an den Abgasturbolader 15 ausgeben. Dies betrifft Betriebs- bzw. Zustandsgrößen auf der Gaszufuhrseite als auch auf der Kraftstoffzufuhrseite. Insbesondere ist das Motorsteuergerät 17 in der Lage, die Kraftstoffinjektoren zur Durchführung von Mehrfacheinspritzungen anzusteuern und gegebenenfalls den Kraftstoffeinspritzdruck bedarfsgerecht einzustellen. Hierfür kann das Motorsteuergerät 17 auf abgespeicherte Kennfelder oder Berechnungsroutinen zurückgreifen.For controlling or detecting the engine operation is an electronic engine control unit 17 intended. The engine control unit 17 receives on the one hand information about significant state variables such. As speed, temperatures, pressures from the corresponding sensors or sensors and on the other hand, control signals as adjustment variables to actuators such. B. to the EGR valve 14 or to the turbocharger 15 output. This relates to state variables on the gas supply side as well as on the fuel supply side. In particular, the engine control unit 17 being able to control the fuel injectors to perform multiple injections and optionally adjust the fuel injection pressure as needed. For this purpose, the engine control unit 17 resort to stored maps or calculation routines.

In analoger Weise ist zur Erfassung und Einstellung von Betriebs- und Zustandsgrößen des Abgasnachbehandlungssystems 2 ein zweites Steuergerät 18 vorgesehen. Das Motorsteuergerät 17 und das zweite Steuergerät 18 sind mittels einer bidirektionalen Datenleitung 19 miteinander verbunden. Auf diese Weise ist ein wechselseitiger Austausch von einem jeweiligen Steuergerät zur Verfügung stehenden Daten ermöglicht.In an analogous manner is for the detection and adjustment of operating and state variables of the exhaust aftertreatment system 2 a second controller 18 intended. The engine control unit 17 and the second controller 18 are by means of a bidirectional data line 19 connected with each other. In this way, a mutual exchange of data available to a particular control device is made possible.

Nachfolgend wird auf vorteilhafte Einstellungen und Vorgehensweisen beim Betreiben des Dieselmotors 1 und des angeschlossenen Abgasnachbehandlungssystems 2 im Zusammenhang mit einer Abgasaufheizung eingegangen. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird dabei davon ausgegangen, dass eine Abgasaufheizung zur Einleitung und Durchführung einer thermischen Regeneration des Partikelfilters 6 erfolgt. Aufgrund seiner bestimmungsgemäßen Funktion Rußpartikel zurückzuhalten, ergibt sich mit zunehmender Betriebsdauer eine zunehmende Rußbeladung des Partikelfilters 6 und ein damit einhergehender störender Anstieg seines Strömungswiderstands. Obschon bei üblichen Betriebsbedingungen abgelagerter Ruß durch im Abgas enthaltenes, insbesondere durch den Vorkatalysator 5 und den Hauptkatalysator 7 durch Oxidation erzeugtes NO2 kontinuierlich Ruß aufoxidiert und entfernt werden kann, ergibt sich in mehr oder weniger regelmäßigen Abständen eine Notwendigkeit zur Partikelfilterregeneration durch thermischen Rußabbrand. Da die erforderlichen hohen Temperaturen von 550°C bis 650°C üblicherweise im normalen Fahrbetrieb nicht erreicht werden, wird hierfür eine entsprechende Erhöhung der Abgastemperatur durch Oxidation von mittels motorischer Späteinspritzung und/oder von durch die Brennstoffzugabevorrichtung 9 ins Abgas abgegebenem Kraftstoff bzw. Brennstoff bei Bedarf veranlasst.The following is on advantageous settings and procedures in the operation of the diesel engine 1 and the connected exhaust aftertreatment system 2 received in connection with a Abgasaufheizung. Without limiting the generality, it is assumed that an exhaust gas heating for initiating and carrying out a thermal regeneration of the particulate filter 6 he follows. Due to its intended function of retaining soot particles, increasing carbon black loading of the particulate filter results with increasing operating time 6 and a concomitant disturbing increase in its flow resistance. Although soot deposited under normal operating conditions is contained in the exhaust gas, in particular by the precatalyst 5 and the main catalyst 7 Oxidation-produced NO 2 can be continuously oxidized and removed from the carbon black, resulting in more or less regular intervals a need for particle filter regeneration by thermal Rußabbrand. Since the required high temperatures of 550 ° C to 650 ° C are usually not achieved in normal driving, this is a corresponding increase in the exhaust gas temperature by oxidation of by means of late engine injection and / or by the Brennstoffzugabevorrichtung 9 If necessary, the fuel or fuel discharged into the exhaust gas is caused.

Die Beladung des Partikelfilters 6 mit Ruß bzw. Partikeln wird laufend ermittelt bzw. abgeschätzt, was durch Ermittlung eines Differenzdrucks über eine den Partikelfilter 6 enthaltende Abgasstrecke und/oder über ein Beladungsmodell erfolgen kann. Vorzugsweise ist vorgesehen, Summenwerte für bestimmte, von für die Partikelemission maßgebenden Betriebskenngrößen wie Brennkraftmaschinenbetriebszeit und/oder Fahrzeuglaufstrecke und/oder Kraftstoffverbrauch in Bezug auf eine daraus resultierende Rußbeladung des Partikelfilters 6 zu bewerten. Wird ein vorgebbarer Beladungswert bzw. ein vorgegebener, typischerweise empirisch ermittelter und applizierter Grenzwert einer der maßgebenden Betriebskenngrößen überschritten, so wird dies als eine unzulässig erhöhte Rußbeladung des Partikelfilters 6 gewertet und eine thermische Regeneration, typischerweise mit Abgasaufheizung, angefordert.The loading of the particle filter 6 With soot or particles is continuously determined or estimated, which by determining a differential pressure over a particulate filter 6 containing exhaust line and / or can be done via a loading model. Preferably, there are provided summation values for specific operating parameters governing particulate emission, such as engine operating time and / or vehicle travel distance and / or fuel consumption, with respect to a resulting soot load of the particulate filter 6 to rate. If a predeterminable loading value or a predetermined, typically empirically determined and applied limit value of one of the decisive operating parameters is exceeded, then this becomes an inadmissibly increased soot loading of the particulate filter 6 rated and thermal regeneration, typically with Abgasaufheizung, requested.

In einer nachfolgend als erstem Betriebsmodus bezeichneten Einstellung wird eine zweistufige Abgasaufheizung durchgeführt. Der erste Betriebsmodus wird vorteilhaft insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen und damit typischerweise verbundenen relativ niedrigen Temperaturen im Abgasnachbehandlungssystem 2 eingestellt. Im ersten Betriebsmodus erfolgt eine Anhebung der Abgastemperatur am Vorkatalysator 5 um eine erste Temperaturstufe und eine Anhebung der Abgastemperatur am Hauptkatalysator 7 um eine zweite Temperaturstufe. Insgesamt wird dabei die Abgastemperatur auf ca. 600°C oder mehr eingangsseitig des Partikelfilters 6 angehoben, so dass eine Regeneration des Partikelfilters 6 durch thermischen Rußabbrand erfolgen kann.In a setting referred to below as the first operating mode, a two-stage exhaust gas heating is carried out. The first mode of operation becomes advantageous especially at low outside temperatures and thus typically associated relatively low temperatures in the exhaust aftertreatment system 2 set. In the first operating mode, the exhaust gas temperature is raised at the primary catalytic converter 5 by a first temperature level and an increase in the exhaust gas temperature at the main catalyst 7 at a second temperature level. Overall, the exhaust gas temperature to about 600 ° C or more input side of the particulate filter 6 raised, allowing a regeneration of the particulate filter 6 can be done by thermal Rußabbrand.

Zur Realisierung der Abgastemperaturanhebung um die erste Temperaturstufe am Vorkatalysator 5 ist eine Späteinspritzung von Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum des Dieselmotors 1 vorgesehen. Bevorzugt werden alle Zylinder des Dieselmotors 1 mit Späteinspritzung betrieben. Dabei werden die Kraftstoffinjektoren so angesteuert, dass im Zugbetrieb des Dieselmotors 1 abgesetzt zu einer zur Erzeugung eines Drehmoments vorgesehenen Haupteinspritzung eine Nacheinspritzung von Kraftstoff erfolgt. Für diese Späteinspritzung wird eine Einspritzmenge von weniger als 10 ml je Liter Hubraum des Dieselmotors eingestellt, wobei die Einspritzmenge so festgelegt wird, dass eine Temperaturerhöhung von wenigstens 50 K am Vorkatalysator 5 ermöglicht ist. To realize the exhaust gas temperature increase by the first temperature level at the primary catalytic converter 5 is a late injection of fuel into at least one combustion chamber of the diesel engine 1 intended. All cylinders of the diesel engine are preferred 1 operated with late injection. The fuel injectors are controlled so that in the train operation of the diesel engine 1 deducted to a provided for generating a main injection main injection is a post-injection of fuel. For this late injection, an injection quantity of less than 10 ml per liter displacement of the diesel engine is set, wherein the injection quantity is set so that a temperature increase of at least 50 K at the primary catalytic converter 5 is possible.

Zur Realisierung der Abgastemperaturanhebung um die zweite Temperaturstufe am Hauptkatalysator 5 ist vorgesehen, dass von der Brennstoffzugabevorrichtung 9 vorliegend Dieselkraftstoff als Brennstoff dem Abgas in Form von Tröpfchen fein verteilt zugegeben wird. Für eine feine Verteilung ist es vorteilhaft, die Brennstoffzugabevorrichtung 9 als Mehrlochinjektor auszubilden, welcher einen Sprühnebel von Dieseltröpfchen mit einem mittleren Durchmesser von 0,2 mm oder weniger abgeben kann. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn der Injektor mit einem unter einem erhöhten Druck von vorzugsweise 5 bar bis etwa 100 bar stehenden Dieselkraftstoff versorgt wird. Zusammen mit der Abgastemperaturerhöhung der ersten Stufe am Vorkatalysator 5 wird so erreicht, dass der im wesentlichen in flüssiger Form zugegebene Dieselkraftstoff längs seines Wegs in der Abgasleitung 4 wenigstens teilweise, vorzugsweise größtenteils verdampft, bevor er den Hauptkatalysator erreicht.To realize the exhaust gas temperature increase by the second temperature stage at the main catalytic converter 5 it is envisaged that from the fuel adding device 9 present diesel fuel is added as fuel to the exhaust finely divided in the form of droplets. For a fine distribution, it is advantageous to use the fuel adding device 9 as a Mehrlochinjektor, which can deliver a spray of diesel droplets with an average diameter of 0.2 mm or less. For this purpose, it is advantageous if the injector is supplied with an under an increased pressure of preferably 5 bar to about 100 bar standing diesel fuel. Together with the exhaust gas temperature increase of the first stage at the primary catalytic converter 5 is achieved so that the added substantially in liquid form diesel fuel along its way in the exhaust pipe 4 at least partially, preferably mostly volatilized, before reaching the main catalyst.

Die vom Injektor bzw. der Brennstoffzugabevorrichtung 9 abgegebene Brennstoffmenge wird so eingestellt, dass eine Temperaturerhöhung durch Oxidation des Brennstoffs am Hauptkatalysator resultiert, welche ausreicht, eine Partikelfilterregeneration zu initiieren bzw. aufrechtzuerhalten. In jedem Fall ist vorgesehen, dass ein Überschuss von Sauerstoff eingangsseitig des Partikelfilters 6 vorhanden ist. Bevorzugt wird eine Abgastemperatur von etwa 600°C einlassseitig des Partikelfilters 6 einreguliert. Typischerweise beträgt die Höhe der zweiten Temperaturstufe 200°C bis 300°C. Für eine bedarfsgerechte Mengenregulierung ist es vorgesehen, den Kraftstoffinjektor getaktet zu betreiben. Das entsprechende Öffnungsverhältnis und damit die pro Zeiteinheit abgegebene Brennstoffmenge werden vorzugsweise in Abhängigkeit vom Signal eines ausgangsseitig vom Hauptkatalysator 7 angeordneten Temperaturfühlers eingestellt.The injector or the fuel adding device 9 The amount of fuel delivered is adjusted to result in a temperature increase due to oxidation of the fuel at the main catalytic converter, which is sufficient to initiate a particulate filter regeneration. In any case, it is provided that an excess of oxygen on the input side of the particulate filter 6 is available. Preferably, an exhaust gas temperature of about 600 ° C inlet side of the particulate filter 6 regulated. Typically, the height of the second temperature stage is 200 ° C to 300 ° C. For a needs-based volume control, it is provided to operate the fuel injector clocked. The corresponding opening ratio and thus the amount of fuel delivered per unit time are preferably dependent on the signal of an output side of the main catalyst 7 arranged temperature sensor set.

Eine besonders vorteilhafte Vorgehensweise sieht eine Einstellung von Späteinspritzmenge und vom Injektor abgegebener Brennstoffmenge derart vor, dass sich zunächst ein rampenförmiger Anstieg der Hauptkatalysator-Austrittstemperatur auf einen Zielwert für die Partikelfilterregeneration im Bereich zwischen von 525°C bis 625°C ergibt. Vorzugsweise wird eine Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von mehr als 1 K/min eingestellt. Besonders bevorzugt ist eine Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von etwa 75 K/min. Auf diese Weise wird die Gefahr einer rasch einsetzenden und unkontrollierbar verlaufenden, lawinenartigen Rußabbrandreaktion mit lokal unzulässig überhöhten Spitzentemperaturen und daraus resultierenden Beschädigungen des Partikelfilters 5 vermieden.A particularly advantageous procedure envisages an adjustment of the late injection quantity and the fuel quantity delivered by the injector in such a way that initially a ramp-shaped increase of the main catalyst outlet temperature to a target value for the particle filter regeneration in the range between 525 ° C. and 625 ° C. Preferably, a temperature rise rate of more than 1 K / min is set. Particularly preferred is a temperature rise rate of about 75 K / min. In this way, the risk of rapid onset and uncontrollable running, avalanche Rußabbrandreaktion with locally inadmissibly excessive peak temperatures and resulting damage to the particulate filter 5 avoided.

Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, eine sich an die rampenförmige Aufheizphase anschließende Abbrandphase ihrerseits aufzuteilen in zwei, vorzugsweise etwa 6 Phasen mit unterschiedlichen Rußabbrandgeschwindigkeiten bzw. unterschiedlichen Hauptkatalysator-Austrittstemperaturen. In einer ersten Rußabbrandphase wird dabei die Regeneration nach Anstieg der Hauptkatalysator-Austrittstemperatur auf einen ersten Zielwert von etwa 525°C begonnen. Vorzugsweise wird die Temperatur in vorgegebenen oder vorgebbaren Schritten nach Ablauf einer jeweils vorgebbaren Beharrungszeit bis auf einen Endzielwert von vorzugsweise etwa 600°C bis 625°C erhöht. Die Temperaturzielwerte und Beharrungszeiten der jeweiligen Temperaturstufen werden vorzugsweise unter Berücksichtigung des Sauerstoffgehalts des Abgases, des Abgasmassenstroms und gegebenenfalls weiterer die Rußabbrandgeschwindigkeit beeinflussender Größen so gewählt, dass keine unkontrollierbare Reaktion stattfinden kann, aber dennoch ein möglichst guter Abbrand erfolgt. Je nach Größe und Typ des Filters werden Rußabbrandgeschwindigkeiten eingestellt, die einer Abnahme der Rußbeladung um 1 g je Liter Filtervolumen in etwa 0,5 min bis 4 min entsprechen. Vorteilhaft ist es, die Umschaltung von einer Phase zur nächsten zeitgesteuert nach Ablauf einer vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitspanne unter Berücksichtigung der genannten Einflussfaktoren vorzunehmen. Die Umschaltung wird vorgenommen, indem Späteinspritzmenge und/oder Brennstoffzugabemenge so eingestellt werden, dass sich eine Erhöhung der Hauptkatalysator-Austrittstemperatur auf den jeweiligen Temperaturzielwert ergibt. Bezüglich der infolge von Oxidation der Späteinspritzmenge bzw. der Brennstoffzugabemenge an Vorkatalysator 5 bzw. Hauptkatalysator 7 freigesetzten Wärmemengen erfolgt eine Einstellung derart, dass die am Vorkatalysator 5 freigesetzte Wärmemenge zumindest dazu ausreicht, die Verdampfungswärme zu kompensieren, welche zur Verdampfung von durch die Brennstoffzugabevorrichtung 9 zugegebenem Dieselkraftstoff benötigt wird. Damit ist sichergestellt, dass die Hauptkatalysator-Eintrittstemperatur zumindest der Vorkatalysator-Austrittstemperatur entspricht.In this context, it is advantageous to divide a combustion phase subsequent to the ramp-shaped heating phase into two, preferably approximately six phases with different rates of Rußabbrandgeschwindigkeiten or different main catalyst outlet temperatures. In a first Rußabbrandphase the regeneration is started after increase of the main catalyst outlet temperature to a first target value of about 525 ° C. Preferably, the temperature is increased in predetermined or predeterminable steps after the expiration of a respectively specifiable steady time to a final target value of preferably about 600 ° C to 625 ° C. The temperature target values and steady-state times of the respective temperature stages are preferably chosen taking into account the oxygen content of the exhaust gas, the exhaust gas mass flow and optionally further parameters influencing the soot combustion rate such that no uncontrollable reaction can take place, but nevertheless the best possible burnup takes place. Depending on the size and type of filter, soot burning rates are set corresponding to a decrease in soot loading of 1 g per liter of filter volume in about 0.5 to 4 minutes. It is advantageous to carry out the changeover from one phase to the next in a time-controlled manner after the lapse of a predefined or predefinable period taking into account the aforementioned influencing factors. Switching is accomplished by adjusting late injection amount and / or fuel addition amount to result in an increase in the main catalyst exit temperature to the respective temperature target value. Regarding the result of oxidation of the late injection amount and the fuel addition amount of the precatalyst 5 or main catalyst 7 released amounts of heat is adjusted such that the at the primary catalytic converter 5 amount of heat released, at least sufficient to compensate for the heat of vaporization, which for evaporation of the fuel adding device 9 added diesel fuel is needed. This ensures that the main catalytic converter Inlet temperature corresponds at least to the pre-catalyst outlet temperature.

Eine zweistufige Abgasaufheizung ist vorliegend für den Fall einer niedrigen Abgastemperatur vorgesehen. Bei ausreichend hohen Abgastemperaturen im Bereich der Brennstoffzugabevorrichtung 9 bzw. des Hauptkatalysators 7 kann auf eine Späteinspritzung verzichtet werden. Der Partikelfilter 6 wird dann lediglich durch Exothermierzeugung infolge von Oxidation von durch die Brennstoffzugabevorrichtung dem Abgas zugeführten Brennstoff auf die zum Rußabbrand erforderliche Temperatur aufgeheizt. Es ist daher vorgesehen, Die Späteinspritzung nur dann zu aktivieren, wenn einlassseitig und/oder auslassseitig des Vorkatalysators 5 eine unterhalb eines vorgebbaren ersten Schwellenwerts liegende Abgastemperatur festgestellt wird. Typischerweise wird als erster Schwellenwert eine Temperatur im Bereich zwischen 300°C und 350°C festgelegt.A two-stage exhaust gas heating is provided in the present case in the case of a low exhaust gas temperature. With sufficiently high exhaust gas temperatures in the area of the fuel adding device 9 or the main catalyst 7 can be dispensed with a late injection. The particle filter 6 is then heated only by Exothermierzeugung due to oxidation of fuel supplied by the fuel adding device to the exhaust gas to the temperature required for Rußabbrand temperature. It is therefore intended to activate the late injection only when inlet side and / or outlet side of the primary catalytic converter 5 a lying below a predetermined first threshold exhaust gas temperature is detected. Typically, a temperature in the range between 300 ° C and 350 ° C is set as the first threshold value.

Es ist außerdem vorgesehen, die Späteinspritzung lediglich in bestimmten Bereichen des Last-Drehzahlkennfelds des Dieselmotors zuzulassen. Vorliegend ist eine Freigabe der Späteinspritzung zur Abgasaufheizung in einem Kennfeldbereich vorgesehen, welcher durch einen Drehzahlbereich von Leerlaufdrehzahl bis 90% der Nenndrehzahl gegeben ist. In Bezug auf den Lastbereich ist der Kennfeldbereich nach unten bevorzugt durch das maximale negative Moment bei Schubbetrieb bzw. Bremsbetrieb begrenzt. Nach oben ist der für eine Späteinspritzung zugelassene Kennfeldbereich vorzugsweise durch eine Gerade begrenzt, welche von einem Mitteldruck von etwa 8 bar bei Leerlaufdrehzahl bis 0 bar beim 90%-Wert der Nenndrehzahl verläuft.It is also contemplated to allow the late injection only in certain areas of the load-speed map of the diesel engine. In the present case, a release of the late injection is provided for exhaust gas heating in a map area, which is given by a speed range from idle speed to 90% of the rated speed. With respect to the load range, the map area downwards is preferably limited by the maximum negative torque during coasting or braking operation. To the top of the approved for a late injection map area is preferably limited by a straight line which runs from a mean pressure of about 8 bar at idle speed to 0 bar at 90% value of the rated speed.

Für die Freigabe einer parallel zur Späteinspritzung erfolgenden Brennstoffzugabe durch die Brennstoffzugabevorrichtung 9 und damit eine Aktivierung des ersten Betriebsmodus wird vorliegend das Überschreiten eines zweiten Schwellenwert für die Abgastemperatur einlassseitig und/oder auslassseitig des Hauptkatalysators 7 abgefragt. Abhängig von der Anspringtemperatur des Hauptkatalysators 7 und damit auch abhängig von seiner Edelmetallbeladung bzw. seinem Alterungszustand wird typischerweise ein zweiter Schwellenwert von ca. 300°C vorgegeben. Vor einer Freigabe der Brennstoffzugabe kann es auch vorgesehen sein, einen Vergleich von Hauptkatalysator-Eintrittstemperatur und Hauptkatalysator-Austrittstemperatur vorzunehmen. Liegt die Hauptkatalysator-Austrittstemperatur mehr als etwa 20°C unter der Hauptkatalysator-Eintrittstemperatur, so wird der Hauptkatalysator 4 als nicht ausreichend durchgewärmt beurteilt und eine Freigabe für die Brennstoffzugabe nicht erteilt, selbst wenn die Hauptkatalysator-Eintrittstemperatur über der Anspringtemperatur des Hauptkatalysators 7 liegt.For the release of a parallel to the late injection fuel addition by the fuel adding device 9 and thus activation of the first operating mode is in this case the exceeding of a second threshold value for the exhaust gas temperature on the inlet side and / or outlet side of the main catalyst 7 queried. Depending on the light-off temperature of the main catalyst 7 and thus also dependent on its noble metal loading or its aging state, a second threshold value of about 300 ° C. is typically specified. Before a release of the fuel addition, it may also be provided to make a comparison of the main catalyst inlet temperature and the main catalyst outlet temperature. When the main catalyst exit temperature is more than about 20 ° C below the main catalyst inlet temperature, the main catalyst becomes 4 is judged insufficiently warmed and does not give release for fuel addition even if the main catalyst inlet temperature is above the light-off temperature of the main catalyst 7 lies.

Da bei ausreichend hohen Abgastemperaturen im Bereich der Brennstoffzugabevorrichtung 9 bzw. des Hauptkatalysators 7 eine Abgastemperaturerhöhung am Vorkatalysator 5 nicht erforderlich ist, ist es vorgesehen, den aktiven ersten Betriebsmodus durch Deaktivieren der Späteinspritzung zu beenden, wenn einlassseitig und/oder auslassseitig des Vorkatalysators 5 eine oberhalb eines vorgebbaren dritten Schwellenwerts liegende Abgastemperatur festgestellt wird. Damit erfolgt ein Übergang in einen zweiten Betriebsmodus zur Abgasaufheizung, bzw. Partikelfilterregeneration mit lediglich einstufiger Aufheizung am Hauptkatalysator 7. Diese wird durch Weiterführung der Brennstoffzugabe durch die Brennstoffzugabevorrichtung 9 erzielt.As with sufficiently high exhaust gas temperatures in the fuel adding device 9 or the main catalyst 7 an exhaust gas temperature increase at the primary catalytic converter 5 is not required, it is intended to terminate the active first mode of operation by deactivating the late injection when inlet side and / or outlet side of the primary catalytic converter 5 a lying above a predetermined third threshold exhaust gas temperature is detected. This results in a transition to a second operating mode for exhaust gas heating, or particulate filter regeneration with only one-stage heating of the main catalyst 7 , This is done by continuing the fuel addition by the fuel adding device 9 achieved.

Im Falle einer Regeneration des Partikelfilters 6 wird die Abgasaufheizung beendet, wenn ein vorbestimmtes Endekriterium erfüllt ist. Das Endekriterium kann durch ein die Rußbeladung des Partikelfilters 6 abschätzendes Beladungsmodell oder eine Differenzdruckmessung über dem Partikelfilter 6 ermittelt werden. Im einfachsten Fall wird die Regeneration nach Ablauf einer vorgegebenen oder vorgebbaren Dauer von typischerweise etwa 25 min beendet und die Brennstoffzugabevorrichtung 9 außer Betrieb gesetzt.In case of regeneration of the particulate filter 6 the exhaust gas heating is stopped when a predetermined end criterion is met. The end criterion may be due to the soot loading of the particulate filter 6 estimating loading model or a differential pressure measurement over the particulate filter 6 be determined. In the simplest case, the regeneration is terminated after a predetermined or predefinable period of typically about 25 minutes, and the fuel adding device 9 put out of order.

Insgesamt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren bzw. eine Brennkraftmaschine zur Verfügung, mit welchen eine besonders effektiv Abgasaufheizung auch und besonders bei sehr niedrigen Außentemperaturen ermöglicht ist. Durch die erfindungsgemäße zweistufige Abgasaufheizung ist beispielsweise eine Partikelfilterregeneration durch Rußabbrand in weiten Kennfeldbereichen sowohl bei niedrigen Lasten als auch bei Schub- bzw. Bremsbetrieb ermöglicht.Overall, the present invention provides a method or an internal combustion engine with which a particularly effective exhaust gas heating is also possible and especially at very low outside temperatures. Due to the two-stage exhaust gas heating according to the invention, for example, a particulate filter regeneration is enabled by Rußabbrand in wide map areas both at low loads and in thrust or braking operation.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006051790 A1 [0002] DE 102006051790 A1 [0002]

Claims (16)

Verfahren zum Betreiben eines an eine Brennkraftmaschine (1) angeschlossenen Abgasnachbehandlungssystems (2), umfassend – einen als Oxidationskatalysator ausgeführten Vorkatalysator (5), – einen dem Vorkatalysator (5) in Abgasströmungsrichtung nachgeschalteten und als Oxidationskatalysator ausgeführten Hauptkatalysator (7), und – einen dem Hauptkatalysator in Abgasströmungsrichtung nachgeschalteten Partikelfilter (6), wobei in einem ersten Betriebsmodus zur Abgasaufheizung ein Brennstoff von einer Brennstoffzugabevorrichtung (9) zwischen dem Vorkatalysator (5) und dem Hauptkatalysator (7) dem Abgas zugegeben und der von der Brennstoffzugabevorrichtung (9) dem Abgas zugegebene Brennstoff wenigstens teilweise am Hauptkatalysator (7) unter Freisetzung einer ersten Wärmemenge oxidiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Späteinspritzung von Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine (1) derart durchgeführt wird, dass von der Brennkraftmaschine (1) ein mit brennbaren Bestandteilen angereichertes Abgas mit einem Sauerstoffüberschuss abgegeben wird und dass die im Abgas vorhandenen brennbaren Bestandteile wenigstens teilweise am Vorkatalysator (5) unter Freisetzung einer zweiten Wärmemenge oxidiert werden.Method for operating an internal combustion engine ( 1 ) connected exhaust aftertreatment system ( 2 ), comprising - a precatalyst carried out as an oxidation catalyst ( 5 ), - a precatalyst ( 5 ) downstream in the exhaust gas flow direction and designed as an oxidation catalyst main catalyst ( 7 ), and - a particulate filter downstream of the main catalytic converter in the exhaust gas flow direction ( 6 ), wherein in a first operating mode for exhaust gas heating, a fuel from a fuel adding device ( 9 ) between the precatalyst ( 5 ) and the main catalyst ( 7 ) is added to the exhaust gas and that of the fuel adding device ( 9 ) added to the exhaust gas at least partially at the main catalyst ( 7 ) is oxidized with release of a first amount of heat, characterized in that a late injection of fuel into at least one combustion chamber of the internal combustion engine ( 1 ) is performed such that of the internal combustion engine ( 1 ) an exhaust gas enriched with combustible constituents is released with an excess of oxygen and that the combustible constituents present in the exhaust gas are at least partially present at the primary catalytic converter ( 5 ) are oxidized to release a second amount of heat. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Späteinspritzung von Kraftstoff eine insbesondere als Nacheinspritzung ausgebildete, nicht brennende Kraftstoffeinspritzung umfasst.A method according to claim 1, characterized in that the late injection of fuel comprises a formed in particular as a post injection, non-burning fuel injection. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennstoff ein insbesondere zum Betrieb der Brennkraftmaschine (1) eingesetzter Flüssigkraftstoff verwendet wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that as fuel in particular for the operation of the internal combustion engine ( 1 ) used liquid fuel is used. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine wenigstens teilweise Verdampfung des von der Brennstoffzugabevorrichtung (9) dem Abgas zugegebenen Flüssigkraftstoffs vor Eintritt in den Hauptkatalysator (7) erfolgt.A method according to claim 3, characterized in that at least partial evaporation of the fuel feed device ( 9 ) added to the exhaust gas before entering the main catalyst ( 7 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die am Vorkatalysator (5) freigesetzte zweite Wärmemenge mindestens etwa der Wärmemenge entspricht, die zur wenigstens teilweisen Verdampfung des durch die Brennstoffzugabevorrichtung (9) dem Abgas zugegebenen Flüssigkraftstoffs benötigt wird.A method according to claim 4, characterized in that the pre-catalyst ( 5 ) is at least approximately equal to the amount of heat released for at least partial evaporation of the fuel adding device ( 9 ) the exhaust gas added liquid fuel is needed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wärmemenge ausreicht, um die Abgastemperatur auslassseitig des Vorkatalysators (5) um wenigstens 50 K im Vergleich zur Abgastemperatur einlassseitig des Vorkatalysators (5) zu erhöhen.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the second amount of heat is sufficient to the exhaust gas temperature on the outlet side of the precatalyst ( 5 ) by at least 50 K compared to the exhaust gas temperature inlet side of the primary catalytic converter ( 5 ) increase. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wärmemenge ausreicht, um die Abgastemperatur auslassseitig des Hauptkatalysators (7) um wenigstens 200 K im Vergleich zur Abgastemperatur einlassseitig des Hauptkatalysators (7) zu erhöhen.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first amount of heat sufficient to exhaust gas temperature on the outlet side of the main catalyst ( 7 ) by at least 200 K compared to the exhaust gas temperature on the inlet side of the main catalytic converter ( 7 ) increase. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Wärmemenge ausreichen, um das Abgas auslassseitig des Hauptkatalysators (7) soweit aufzuheizen, dass eine Regeneration des Partikelfilters (6) durch thermischen Rußabbrand erfolgen kann.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the first and / or the second amount of heat sufficient to the exhaust gas on the outlet side of the main catalyst ( 7 ) to heat up so far that a regeneration of the particulate filter ( 6 ) Can be done by thermal Rußabbrand. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzugabe und die Späteinspritzung derart durchgeführt werden, dass ein vorgebbares und von der Außentemperatur und/oder vom Lastpunkt der Brennkraftmaschine (1) abhängiges Verhältnis von erster und zweiter Wärmemenge resultiert.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the fuel addition and the late injection are performed such that a specifiable and the outside temperature and / or the load point of the internal combustion engine ( 1 ) dependent ratio of first and second amount of heat results. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine (1) mit der Späteinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge kleiner als 10 mg je Liter Hubraum der Brennkraftmaschine (1) gewählt wird.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that in a working cycle of the internal combustion engine ( 1 ) injected with the late injection amount of fuel less than 10 mg per liter displacement of the internal combustion engine ( 1 ) is selected. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vorliegenden Anforderung zur Abgasaufheizung und Vorliegen einer einen vorgebbaren ersten Schwellenwert unterschreitenden Abgastemperatur einlassseitig und/oder auslassseitig des Vorkatalysators (5) die Kraftstoffnacheinspritzung aktiviert wird und durch Beginn der Brennstoffzugabe der erste Betriebsmodus aktiviert wird, wenn die Abgastemperatur einlassseitig und/oder auslassseitig des Hauptkatalysators (7) einen vorgebbaren zweiten Schwellenwert überschreitet.Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that in a present request for exhaust gas heating and the presence of a predeterminable first threshold below exhaust gas temperature on the inlet side and / or outlet side of the primary catalyst ( 5 ) the fuel post injection is activated and the first operating mode is activated by the start of the fuel addition when the exhaust gas temperature on the inlet side and / or outlet side of the main catalytic converter ( 7 ) exceeds a predefinable second threshold. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei aktivem ersten Betriebsmodus bei Überschreiten eines vorgebbaren dritten Schwellenwerts für die Abgastemperatur einlassseitig und/oder auslassseitig des Vorkatalysators (7) mit Beendigung der Späteinspritzung ein Umschalten vom ersten Betriebsmodus zu einem zweiten Betriebsmodus erfolgt, wobei im zweiten Betriebsmodus die Brennstoffzugabe ins Abgas durch die Brennstoffzugabevorrichtung (9) weitergeführt wird.Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that when the first operating mode is active when a predefinable third threshold value for the exhaust gas temperature on the inlet side and / or outlet side of the primary catalytic converter ( 7 ) is carried out with termination of the late injection switching from the first operating mode to a second operating mode, wherein in the second operating mode, the fuel addition to the exhaust gas by the fuel adding device ( 9 ) is continued. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) überwiegend derart betrieben wird, dass das von der Brennkraftmaschine (1) abgegebene Abgas ein NOx/PM-Verhältnis von mehr als 20, insbesondere von mehr als 40 aufweist.Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the internal combustion engine ( 1 ) is operated predominantly in such a way that the from the internal combustion engine ( 1 ) discharged exhaust has a NOx / PM ratio of more than 20, in particular more than 40. Brennkraftmaschine (1) mit Abgasnachbehandlungssystem (2) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Abgasnachbehandlungssystem – einen als Oxidationskatalysator ausgeführten Vorkatalysator (5), – einen dem Vorkatalysator (5) in Abgasströmungsrichtung nachgeschalteten und als Oxidationskatalysator ausgeführten Hauptkatalysator (7), – einen dem Hauptkatalysator in Abgasströmungsrichtung nachgeschalteten Partikelfilter (6), und – eine Brennstoffzugabevorrichtung (9) zur Zugabe eines Brennstoffs in das Abgas zwischen dem Vorkatalysator (5) und dem Hauptkatalysator (7) aufweist dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzugabevorrichtung (9) zur Abgabe eine Sprühnebels von Flüssigkraftstofftröpfchen ausgelegt ist, welche im Mittel einen kleineren Durchmesser als 0,2 mm aufweisen.Internal combustion engine ( 1 ) with exhaust aftertreatment system ( 2 ) for carrying out a method according to any one of claims 1 to 13, wherein the exhaust aftertreatment system - a precatalyst carried out as an oxidation catalyst ( 5 ), - a precatalyst ( 5 ) downstream in the exhaust gas flow direction and designed as an oxidation catalyst main catalyst ( 7 ), - a particle filter downstream of the main catalyst in the exhaust gas flow direction ( 6 ), and - a fuel adding device ( 9 ) for adding a fuel into the exhaust gas between the precatalyst ( 5 ) and the main catalyst ( 7 ) characterized in that the fuel adding device ( 9 ) is designed for dispensing a spray of liquid fuel droplets, which have on average a smaller diameter than 0.2 mm. Brennkraftmaschine (1) mit Abgasnachbehandlungssystem (2) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgasturbolader (15) mit einer vom Abgas antreibbaren Turbine vorgesehen ist und der Vorkatalysator (5) turbinennah stromabwärts der Turbine angeordnet ist.Internal combustion engine ( 1 ) with exhaust aftertreatment system ( 2 ) according to claim 14, characterized in that an exhaust gas turbocharger ( 15 ) is provided with a turbine drivable by the exhaust gas and the precatalyst ( 5 ) is arranged downstream of the turbine downstream of the turbine. Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlungssystem (2) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkatalysator (7) eine Edelmetallbeladung aufweist, welche weniger als 40 g/ft3 beträgt und der Vorkatalysator (5) eine demgegenüber um wenigstens 50% höhere Edelmetallbeladung aufweist.Internal combustion engine with exhaust aftertreatment system ( 2 ) according to claim 14 or 15, characterized in that the main catalyst ( 7 ) has a noble metal loading which is less than 40 g / ft 3 and the precatalyst ( 5 ) has a contrast of at least 50% higher noble metal loading.
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