DE102010029989A1 - Exhaust gas after-treatment system for use in internal combustion engine, has heat exchanger exchanging heat between feed line and discharging unit, and exhaust treatment element provided with feed line - Google Patents
Exhaust gas after-treatment system for use in internal combustion engine, has heat exchanger exchanging heat between feed line and discharging unit, and exhaust treatment element provided with feed line Download PDFInfo
- Publication number
- DE102010029989A1 DE102010029989A1 DE102010029989A DE102010029989A DE102010029989A1 DE 102010029989 A1 DE102010029989 A1 DE 102010029989A1 DE 102010029989 A DE102010029989 A DE 102010029989A DE 102010029989 A DE102010029989 A DE 102010029989A DE 102010029989 A1 DE102010029989 A1 DE 102010029989A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- exhaust
- exhaust gas
- combustion engine
- internal combustion
- heat exchanger
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
- F01N3/0205—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust using heat exchangers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
- F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
- F01N3/031—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters having means for by-passing filters, e.g. when clogged or during cold engine start
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
- F01N3/0871—Regulation of absorbents or adsorbents, e.g. purging
- F01N3/0878—Bypassing absorbents or adsorbents
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/004—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust drives arranged in series
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/013—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in series
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/02—Gas passages between engine outlet and pump drive, e.g. reservoirs
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
- F01N2240/02—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a heat exchanger
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2260/00—Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for
- F01N2260/08—Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for for preventing heat loss or temperature drop, using other means than layers of heat-insulating material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2410/00—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device
- F01N2410/02—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device in case of high temperature, e.g. overheating of catalytic reactor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2410/00—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device
- F01N2410/03—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device in case of low temperature
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2590/00—Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines
- F01N2590/02—Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines for marine vessels or naval applications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Supercharger (AREA)
Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der mittels Abgasturboladern aufgeladenen Brennkraftmaschinen.The invention relates to the field of supercharged by exhaust gas turbochargers internal combustion engines.
Sie betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem oder mehreren Abgasnachbehandlungselementen, sowie eine Vorrichtung mit einer mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine und einem im Abgasstrang zwischen der Brennkraftmaschine und der Turbine des Abgasturboladers angeordneten, derartigen Abgasnachbehandlungssystem.It relates to an exhaust aftertreatment system with one or more exhaust aftertreatment elements, as well as a device having an internal combustion engine supercharged by an exhaust gas turbocharger and an exhaust gas aftertreatment system arranged in the exhaust gas line between the internal combustion engine and the turbine of the exhaust gas turbocharger.
Stand der TechnikState of the art
In den vergangenen Jahren haben sich weltweit die gesetzlichen Vorgaben in Bezug auf Abgasemissionen von Grossdieselmotoren deutlich verschärft. Auf dem Gebiet der Schiffsdieselmotoren konzentrieren sich die Vorgaben vor allem auf die Beschränkung von Stickoxiden (NOx) und Schwefeloxiden (SOx).In recent years, the legal requirements regarding exhaust emissions from large diesel engines have sharply worsened worldwide. In the field of marine diesel engines, the requirements are mainly focused on the limitation of nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx).
Seit der Einführung von „IMO Tier I”, der ersten Stufe der so genannten „IMO MARPOL 73/78 Annex VI” Emissionsbestimmungen für Schiffsdieselmotoren aus dem Jahr 2000, nimmt der Anteil an NOx-optimierten Motoren laufend zu. Die nächste Stufe „Tier II” der genannten IMO-Vorgabe wird im Jahr 2011 in Kraft treten und fordert eine weitere 20-prozentige Senkung der NOx-Emissionen im Vergleich zu „IMO Tier I”. Die dritte Stufe der IMO-Emissionsvorschriften „IMO Tier III” ist für das Jahr 2016 geplant und sieht eine weitere Senkung der NOx-Emissionen in gewissen geografischen Lagen (Emission Controlled Areas) auf das Niveau von 80 Prozent unter „Tier I” vor. Diese Vorgaben sind aus heutiger Sicht derart streng, dass ausgehend von den heute eingesetzten Motorsystemen gänzlich neue Massnahmen und technische Lösungen erforderlich sein werden. Im Hinblick auf die strengen Emissionsvorschriften wird somit die Reduktion der Abgasemissionen in absehbarer Zukunft das vorherrschende Thema in Forschung und Entwicklung im Bereich Grossdieselmotoren sein. Dabei dürften Abgasnachbehandlungselemente, welche im Abgasstrang nach dem Austritt aus den Zylindern des Motores und dem Abgasbehälter (exhaust receiver) angeordnet sind, eine entscheidende Rolle spielen.Since the introduction of "IMO Tier I", the first stage of the so-called "IMO MARPOL 73/78 Annex VI" emission regulations for marine diesel engines from the
Bereits heute werden immer häufiger SCR-Katalysatoren (Selective Catalytic Reaction) als Abgasnachbehandlungselemente eingesetzt um die Stickoxid-Emissionen auf ein tieferes Niveau zu bringen. Die im SCR-Katalysator erzeugte chemische Reaktion ist selektiv, das heisst, es werden bevorzugt die Stickoxide reduziert, während unerwünschte Nebenreaktionen weitgehend unterdrückt werden, beispielsweise die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltioxid.Already today, SCR catalysts (Selective Catalytic Reaction) are increasingly being used as exhaust aftertreatment elements in order to reduce nitrogen oxide emissions to a lower level. The chemical reaction generated in the SCR catalyst is selective, that is, it is preferred that the nitrogen oxides are reduced, while undesirable side reactions are largely suppressed, for example, the oxidation of sulfur dioxide to sulfur dioxide.
SCR-Katalysatoren weisen eine beträchtliche Wärmekapazität auf. In der Praxis hat sich dabei gezeigt, dass dies zu instabilen Motorenbetrieb führen kann, wenn der SCR-Katalysator im Abgasstrang vor der Turbine eines für die Aufladung des Motors eingesetzten Abgasturboladers angeordnet ist, insbesondere bei stationärem Betrieb sowie bei Lastabwurf (siehe Kurve (2) im Diagramm in
Bei der Lastaufnahme von Motoren mit SCR-Katalysatoren kann es zudem vorkommen, dass der Motor an bzw. über der thermischen Belastungsgrenze betrieben wird. Diese Phänomene treten verhäuft im 2-Takt Bereich auf und werden bis anhin mit aktiven Regelmechanismen entschärft, welche aber durchwegs kompliziert, kostspielig und Fehleranfällig sind.When taking loads on engines with SCR catalysts, it may also happen that the engine is operated at or above the thermal load limit. These phenomena occur more frequently in the two-stroke range and are mitigated until now with active control mechanisms, which are however throughout complicated, costly and error-prone.
In beiden Fällen ist die Wärmeträgheit des Katalysators die Ursache des Problems. Die benötigte Energie an der Turbine kommt im Fall ohne Katalysator direkt aus dem Zylinder in Form von Wärme des Abgases. Im Betrieb mit Katalysatoren vor Turbine wird der Energiegehalt des Abgases durch die Wärmeträgheit des Katalysators verzögert an die Turbine abgegeben.In both cases, the thermal inertia of the catalyst is the cause of the problem. The energy required at the turbine comes in the case without catalyst directly from the cylinder in the form of heat of the exhaust gas. In operation with catalysts before turbine, the energy content of the exhaust gas is given by the thermal inertia of the catalyst delayed to the turbine.
Bei einer Lastaufnahme müssen der Druck im Receiver und der Luftmassenstrom zunehmen, um dies zu ermöglichen benötigt die Turbine mehr Energie, welche vom Motor in Form von höherer Abgastemperatur abgegeben wird. Der Katalysator ist jedoch durch den Betrieb des ursprünglichen Lastpunktes kälter als das aus dem Zylinder strömende Abgas. Der Katalysator entzieht dadurch dem Abgas Wärmeenergie, die dann der Turbine verzögert zur Verfügung steht. Wegen des daraus resultierenden Luftmangels erhöht sich die Temperatur in und nach dem Zylinder weiter, was zu thermischen Überbelastungen des Motors führen kann.With a load bearing, the pressure in the receiver and the mass air flow must increase, to enable this, the turbine needs more energy, which is emitted by the engine in the form of higher exhaust gas temperature. However, the catalyst is colder than the exhaust gas flowing out of the cylinder due to the operation of the original load point. The catalyst thus removes heat energy from the exhaust gas, which is then available to the turbine with a delay. Because of the resulting lack of air, the temperature in and after the cylinder continues to increase, which can lead to thermal overloading of the engine.
Temperaturschwingungen entstehen, wenn sich die Temperatur vor dem Katalysator weiterhin erwärmt bis der Energiebedarf der Turbine überschritten wird. Im Gegenzug nimmt die Abgastemperatur nach dem Zylinder wieder ab bis der geforderte Energiebedarf unterschritten wird. Bei gewissen Betriebspunkten und Lastsprüngen dämpft das System diese Temperaturschwingungen ab, bei anderen muss dies durch eine aktive Regelung geschehen.Temperature oscillations occur when the temperature in front of the catalytic converter continues to heat up until the energy requirement of the turbine is exceeded. In return, the exhaust gas temperature after the cylinder decreases again until the required energy demand is reached. At certain operating points and load jumps, the system dampens these temperature oscillations, in others this must be done by an active control.
Ähnliche Probleme, wie die anhand des SCR-Katalysators beschriebenen, können auch beim Verwenden von anderen Abgasnachbehandlungselementen, wie etwa Partikelfiltern oder Oxidations-Katalysatoren, auftreten, insbesondere wenn diese im Abgasstrang vor der Turbine angeordnet sind.Problems similar to those described with reference to the SCR catalyst may also be encountered when using other exhaust aftertreatment elements, such as particulate filters or oxidation Catalysts occur, especially if they are located in the exhaust line in front of the turbine.
Kurze Darstellung der ErfindungBrief description of the invention
Die Aufgabe der Erfindung besteht folglich darin, bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungselement im Abgasstrang vor der Turbine des Abgasturboladers, eine allfällige Verzögerung bei der Abgabe der Abgasenergie an die Turbine zu reduzieren.The object of the invention is therefore to reduce in a supercharged internal combustion engine with an exhaust aftertreatment element in the exhaust line in front of the turbine of the exhaust gas turbocharger, a possible delay in the delivery of the exhaust gas energy to the turbine.
Erfindungsgemäss wird dies erreicht, indem zwischen dem Abschnitt des Abgasstrangs zwischen den Zylindern der Brennkraftmaschine und dem Abgasnachbehandlungselement und dem Abschnitt des Abgasstrangs zwischen dem Abgasnachbehandlungselement und der Turbine ein Wärmetauscher für einen Wärmetausch zwischen diesen beiden Abgassträngen sorgt.According to the invention, this is achieved by providing a heat exchanger for heat exchange between these two exhaust gas lines between the section of the exhaust line between the cylinders of the internal combustion engine and the exhaust aftertreatment element and the portion of the exhaust line between the exhaust aftertreatment element and the turbine.
Da bei Temperaturschwingungen die Temperaturen in dem jeweiligen Abgasstrang vor und nach dem Abgasnachbehandlungselement unterschiedlich sein können und bis zu einer halben Wellenlänge phasenversetzt sind, ist ein Wärmetauscher ein geeignetes Mittel diese thermische Schwingung zu Dämpfen.Since, in the case of temperature oscillations, the temperatures in the respective exhaust gas line before and after the exhaust gas aftertreatment element can be different and are out of phase up to half a wavelength, a heat exchanger is a suitable means for damping this thermal oscillation.
Eine thermische Überbelastung der Brennkraftmaschine kann abgewendet werden, da der hohe Energieanteil vor dem Abgasnachbehandlungselement via Wärmetauscher der Turbine übergeben wird und somit eine zulässige und sichere Laständerung gewährleistet.A thermal overload of the internal combustion engine can be averted, since the high proportion of energy is passed before the exhaust aftertreatment element via heat exchanger of the turbine and thus ensures a permissible and safe load change.
Der Wärmetauscher an sich ist in der Regel ein passives Element und benötigt daher keine Regelung. Optional lässt sich der Wärmetauscher mit einer externen Energiequelle verbinden und weist eine aktive Regelung auf, damit die Energiezufuhr in die jeweils zu heizende Abgasleitung bei Bedarf zusätzlich gesteigert werden kann.The heat exchanger itself is usually a passive element and therefore requires no control. Optionally, the heat exchanger can be connected to an external energy source and has an active control, so that the energy input into the respective exhaust pipe to be heated can be further increased if necessary.
Gewisse Abgasnachbehandlungselemente werden bei tiefer Last nicht durchströmt, wofür ein Bypass-Ventil vorgesehen ist, mit welchem die Abgasströmung direkt auf die Turbine des Abgasturboladers geleitet werden kann. Bei dem erfindungsgemässen Einbau eines Wärmetauschers kann das gleiche Bypass-Ventil eingesetzt werden, um das System Wärmetauscher und Abgasnachbehandlungselement zu umspülen.Certain exhaust aftertreatment elements are not flowed through at low load, for which a bypass valve is provided, with which the exhaust gas flow can be passed directly to the turbine of the exhaust gas turbocharger. In the inventive installation of a heat exchanger, the same bypass valve can be used to flow around the system heat exchanger and exhaust aftertreatment element.
Optional sind Wärmetauscher und Abgasnachbehandlungselement in einem Element vereint, wodurch der Druckverlust im Abgasstrang aber auch der Platzbedarf der Zusatzelemente zwischen Motor und Abgasturbolader reduziert werden kann.Optionally, the heat exchanger and exhaust aftertreatment element are combined in one element, whereby the pressure loss in the exhaust system but also the space required by the additional elements between engine and exhaust gas turbocharger can be reduced.
Der erfindungsgemässe Ausbau des Abgasstrangs mittels Wärmetauscher kann bei unterschiedlichen Abgasnachbehandlungselementen, wie etwa einem SCR-Katalysator, einem Partikelfilter oder einem Oxidations-Katalysator, erfolgen.The inventive expansion of the exhaust system by means of heat exchangers can be carried out with different exhaust aftertreatment elements, such as an SCR catalyst, a particulate filter or an oxidation catalyst.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further advantages emerge from the dependent claims.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Folgend ist anhand der Zeichnungen die Vorrichtung mit einer erfindungsgemäss mit einem Wärmetauscher im Abgasstrang vor der Turbine des Abgasturboladers ausgestatteten Brennkraftmaschine beschrieben. Hierbei zeigtThe device with an according to the invention with a heat exchanger in the exhaust line in front of the turbine of the exhaust gas turbocharger equipped internal combustion engine is described with reference to the drawings. This shows
Weg zur Ausführung der ErfindungWay to carry out the invention
Die in
Weiter ist in der schematischen Darstellung im Abgasstrang zwischen den Brennkammern der Brennkraftmaschine und der Turbine des Abgasturboladers ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem Abgasnachbehandlungselement
Zusätzlich zum Abgasnachbehandlungselement
Entsprechend fliesst Energie in die umgekehrte Richtung, falls in der Ableitung
Bei Temperaturschwingungen können die Temperaturen in der jeweiligen Leitung vor und nach dem Abgasnachbehandlungselement unterschiedlich und bis zu einer halben Wellenlänge phasenversetzt sein. In diesem Fall ist ein Wärmetauscher ein geeignetes Mittel diese thermische Schwingung zu Dämpfen.In the case of temperature oscillations, the temperatures in the respective line before and after the exhaust gas aftertreatment element may be different in phase and up to half a wavelength in phase. In this case, a heat exchanger is a suitable means to damp this thermal vibration.
Zwischen der Zuleitung
Optional können der Wärmetauscher und das Abgasnachbehandlungselement als ein Bauelement ausgebildet sein. Dies erleichtert die Montage und ermöglicht eine Platzeinsparung im Bereich des Abgasstrangs der Brennkraftmaschine. Optional können auch die Blowby-Leitung und das Blowby-Ventil als Teil dieses einen Bauelements integriert werden. Damit ist dann das gesamte Abgasnachbehandlungssystem als ein Bauelement ausgebildet, welches direkt in den Abgasstrang zwischen Brennkraftmaschine und Turbine des Abgasturboladers geschaltet werden kann. Alternativ können auch lediglich Blowby-Ventil und Wärmetauscher als ein integriertes Bauelement realisiert werden, welches parallel zum Abgasnachbehandlungselement in den Abgasstrang geschaltet werden kann.Optionally, the heat exchanger and the exhaust aftertreatment element may be formed as a component. This facilitates the assembly and allows a space saving in the region of the exhaust line of the internal combustion engine. Optionally, the blow-by line and the blow-by valve can also be integrated as part of this one component. Thus, then the entire exhaust aftertreatment system is designed as a component which can be switched directly into the exhaust system between the engine and turbine of the exhaust gas turbocharger. Alternatively, only blow-by valve and heat exchanger can be realized as an integrated component, which can be connected in parallel to the exhaust aftertreatment element in the exhaust system.
Bei einer zwei- oder mehrstufigen Aufladung einer Brennkraftmaschine kann das erfindungsgemässe Abgasnachbehandlungssystem vor einer der mehreren Turbinen angeordnet sein, nicht zwingend vor der ersten, direkt der Brennkraftmaschine nachgeschalteten Hochdruckturbine. Optional können bei einer zwei- oder mehrstufigen Aufladung auch zwei oder mehrere der erfindungsgemässen Abgasnachbehandlungssystemen vorgesehen sein.In the case of a two-stage or multi-stage supercharging of an internal combustion engine, the exhaust-gas aftertreatment system according to the invention can be arranged in front of one of the several turbines, not necessarily before the first high-pressure turbine connected directly to the internal combustion engine. Optionally, two or more of the exhaust aftertreatment systems according to the invention may also be provided in the case of a two-stage or multi-stage supercharging.
Dabei kann vor jeder Turbine, also bei einer zweistufigen Aufladung, wie in
Anhand des in
Das Diagramm zeigt eine Simulation des Temperaturverlaufs über der Zeit unmittelbar nach einem Lastabwurf. Die durchgezogene Kurve (1) zeigt als Referenzkurve den Verlauf der Temperatur bei einer Brennkraftmaschine ohne Abgasnachbehandlungselement, in diesem, konkreten Fall der Simulation, ohne einen SCR-Katalysator. Nach dem Lastabwurf sackt die Temperatur kurz ab, fängt sich jedoch gleich wieder und bleibt anschliessend auf einem gegenüber der Ausgangstemperatur vor dem Lastabwurf geringfügig tieferen Niveau konstant.The diagram shows a simulation of the temperature curve over time immediately after a load shedding. The solid curve (1) shows as a reference curve the course of the temperature in an internal combustion engine without exhaust aftertreatment element, in this particular case of simulation, without an SCR catalyst. After the load shedding, the temperature drops briefly, but immediately catches again and then remains constant at a level which is slightly lower than the starting temperature before load shedding.
Die zweite Kurve (2), einfach gestrichelt dargestellt, zeigt den Temperatur-Verlauf bei einer Brennkraftmaschine mit einem SCR-Katalysator als Abgasnachbehandlungselement, wobei der SCR-Katalysator ungeregelt ist. Nach dem Lastabwurf und einem ersten Absacken der Temperatur, stellt sich eine sehr starke, beinahe unkontrollierte Schwankung der Temperatur ein, was für den Betrieb eines Motors unzulässig ist.The second curve (2), shown in dashed lines, shows the temperature profile in an internal combustion engine with an SCR catalytic converter as the exhaust gas aftertreatment element, wherein the SCR catalytic converter is unregulated. After the load has been released and the temperature has dropped for the first time, a very strong, almost uncontrolled fluctuation of the temperature sets in, which is inadmissible for the operation of a motor.
Die dritte Kurve (3), gestrichelt mit Punkten dargestellt, zeigt den Temperaturverlauf des erfindungsgemäss mit einem Wärmetauscher ausgestatteten Abgasnachbehandlungssystems. Zwar setzt nach dem Absacken der Temperatur unmittelbar nach Lastabwurf ebenfalls eine leichte Schwingung ein, diese nimmt jedoch einen deutlich kontrollierten Verlauf. Die sich einstellende, konstante Temperatur nach dem Lastabwurf ist geringfügig höher als die Endtemperatur des Referenzsystems.The third curve (3), shown by dashed lines with dots, shows the temperature profile of the exhaust gas aftertreatment system according to the invention, equipped with a heat exchanger. Although, after the temperature drops immediately after load shedding, a slight oscillation also sets in, but this assumes a clearly controlled course. The self-adjusting, constant temperature after load shedding is slightly higher than the final temperature of the reference system.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Brennkraftmaschine, VerbrennungsmotorInternal combustion engine, internal combustion engine
- 1111
- Ladeluftbehälter (air receiver)Charge air receiver (air receiver)
- 1212
- Abgasbehälter (exhaust receiver)Exhaust receiver
- 1313
- Brennkammern, ZylinderCombustion chambers, cylinders
- 2020
- Abgasturboladerturbocharger
- 20H/L 20 H / L
- Hoch-/NiederdruckabgasturboladerHigh / low pressure exhaust gas turbocharger
- 2121
- Verdichtercompressor
- 2222
- Turbineturbine
- 22H/L 22 H / L
- Hoch-/NiederdruckturbineHigh / low pressure turbine
- 3030
- LadeluftkühlerIntercooler
- 4040
- Abgasnachbehandlungselementexhaust aftertreatment element
- 5050
- Bypass-VentilBypass valve
- 6060
- Wärmetauscherheat exchangers
- 7171
- Zuleitungsupply
- 7272
- Ableitungderivation
- 7373
- Bypass-LeitungBypass line
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010029989A DE102010029989A1 (en) | 2010-06-11 | 2010-06-11 | Exhaust gas after-treatment system for use in internal combustion engine, has heat exchanger exchanging heat between feed line and discharging unit, and exhaust treatment element provided with feed line |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010029989A DE102010029989A1 (en) | 2010-06-11 | 2010-06-11 | Exhaust gas after-treatment system for use in internal combustion engine, has heat exchanger exchanging heat between feed line and discharging unit, and exhaust treatment element provided with feed line |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102010029989A1 true DE102010029989A1 (en) | 2011-12-15 |
Family
ID=45020086
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102010029989A Withdrawn DE102010029989A1 (en) | 2010-06-11 | 2010-06-11 | Exhaust gas after-treatment system for use in internal combustion engine, has heat exchanger exchanging heat between feed line and discharging unit, and exhaust treatment element provided with feed line |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102010029989A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016213279A1 (en) * | 2016-07-20 | 2018-01-25 | Man Diesel & Turbo Se | Exhaust after-treatment system of an internal combustion engine, internal combustion engine and method for exhaust aftertreatment |
DE102020201085A1 (en) | 2020-01-30 | 2021-08-05 | Ford Global Technologies, Llc | Engine arrangement with exhaust gas aftertreatment device upstream of the turbocharger |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4139291A1 (en) * | 1991-11-29 | 1993-06-03 | Audi Ag | Driving IC engine with exhaust driven turbocharger - intermittently adding extra fuel and/or air upstream of turbine with electrically-heated catalytic firing |
DE4335153A1 (en) * | 1993-10-15 | 1995-04-20 | Porsche Ag | Exhaust system for an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger |
DE10137050A1 (en) * | 2000-08-16 | 2002-02-28 | Bosch Gmbh Robert | Treatment of exhaust gas from an internal combustion engine, especially a Diesel engine, involves using a particle filter that can be regenerated without reducing suction zone pressure or engine specific power |
DE10221174A1 (en) * | 2002-05-13 | 2004-01-08 | J. Eberspächer GmbH & Co. KG | Exhaust system for diesel engines, which has a particle filter |
DE102008057572A1 (en) * | 2008-11-15 | 2010-05-20 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Exhaust gas system for internal-combustion engine of vehicle, has purification system with flow cross section formed as partial flow cross section of strand, where flow cross section of purification system is closable by closing element |
-
2010
- 2010-06-11 DE DE102010029989A patent/DE102010029989A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4139291A1 (en) * | 1991-11-29 | 1993-06-03 | Audi Ag | Driving IC engine with exhaust driven turbocharger - intermittently adding extra fuel and/or air upstream of turbine with electrically-heated catalytic firing |
DE4335153A1 (en) * | 1993-10-15 | 1995-04-20 | Porsche Ag | Exhaust system for an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger |
DE10137050A1 (en) * | 2000-08-16 | 2002-02-28 | Bosch Gmbh Robert | Treatment of exhaust gas from an internal combustion engine, especially a Diesel engine, involves using a particle filter that can be regenerated without reducing suction zone pressure or engine specific power |
DE10221174A1 (en) * | 2002-05-13 | 2004-01-08 | J. Eberspächer GmbH & Co. KG | Exhaust system for diesel engines, which has a particle filter |
DE102008057572A1 (en) * | 2008-11-15 | 2010-05-20 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Exhaust gas system for internal-combustion engine of vehicle, has purification system with flow cross section formed as partial flow cross section of strand, where flow cross section of purification system is closable by closing element |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016213279A1 (en) * | 2016-07-20 | 2018-01-25 | Man Diesel & Turbo Se | Exhaust after-treatment system of an internal combustion engine, internal combustion engine and method for exhaust aftertreatment |
DE102016213279B4 (en) | 2016-07-20 | 2022-10-13 | Man Energy Solutions Se | Exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine, internal combustion engine and method for exhaust aftertreatment |
DE102020201085A1 (en) | 2020-01-30 | 2021-08-05 | Ford Global Technologies, Llc | Engine arrangement with exhaust gas aftertreatment device upstream of the turbocharger |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102011084782B4 (en) | Method for operating a supercharged internal combustion engine with exhaust gas recirculation | |
EP2770169B1 (en) | Charged combustion engine with a double-flow turbine and method for operating such a combustion engine | |
DE102004027593A1 (en) | Automotive diesel or petrol engine with exhaust system with selective catalytic reduction | |
DE102014201727A1 (en) | Charged internal combustion engine with twin-flow turbine and method for operating such an internal combustion engine | |
DE10204482A1 (en) | Internal combustion engine | |
DE102016212249B4 (en) | Two-stage turbocharged direct-injection internal combustion engine with exhaust aftertreatment and method for operating such an internal combustion engine | |
DE102011002552A1 (en) | Charged internal combustion engine and method for operating such an internal combustion engine | |
EP3298257B1 (en) | Egr system with particle filter and wastegate | |
DE102007050259A1 (en) | Loaded internal-combustion engine for use in vehicle, has expansion machine arranged upstream of heat exchanger for production of additional energy, and overheated and essentially vaporous cooling agent passed through machine | |
DE202017105126U1 (en) | exhaust gas control system | |
EP2626531A1 (en) | Multi-cylinder internal combustion engine and method to operate such a multi-cylinder internal combustion engine | |
DE102013200255A1 (en) | Internal combustion engine with fresh air cooling | |
DE202013100774U1 (en) | Charged internal combustion engine with double-flow turbine | |
WO2006015814A1 (en) | Internal combustion engine | |
DE102013206690A1 (en) | Internal combustion engine with intercooler and exhaust gas recirculation and method for producing such an internal combustion engine | |
DE102007028493A1 (en) | Internal combustion engine with two-stage turbocharging and oxidation catalyst | |
WO2016005152A1 (en) | Exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine and method for operating such an exhaust gas recirculation system | |
DE102017119537B4 (en) | Exhaust gas control system | |
DE102010029989A1 (en) | Exhaust gas after-treatment system for use in internal combustion engine, has heat exchanger exchanging heat between feed line and discharging unit, and exhaust treatment element provided with feed line | |
DE102013223778B4 (en) | Supercharged internal combustion engine with grouped cylinders and method of operating such an internal combustion engine | |
DE102016003742A1 (en) | Exhaust after-treatment system, internal combustion engine and method for operating the same | |
DE202014101572U1 (en) | Exhaust Turbo-supercharged internal combustion engine with at least two turbines | |
DE102014203084A1 (en) | Supercharged internal combustion engine e.g. petrol engine, has inlet openings comprising flows of turbine, where flows of turbine are connected by release of bypass in upstream of running wheel and in downstream of inlet openings | |
AT500601A1 (en) | METHOD FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
DE102014016877B4 (en) | Method for operating an internal combustion engine and corresponding internal combustion engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20150101 |