DE102010037971B4 - Exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Abgasnachbehandlungssystem für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer mehrere Zylinder umfassenden Zylindergruppe,wobei Abgas der Zylinder der oder jeder Zylindergruppe über jeweils mindestens einen Abgaskrümmer jeweils einer der jeweiligen Zylindergruppe zugeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung zuführbar ist,wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) einen Abgaspartikelfilter (14) und einen parallel zum Abgaspartikelfilter (14) geschalteten Katalysator (15) umfasst, wobei das Abgas der jeweiligen Zylindergruppe (11) abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine entweder vollständig über den Abgaspartikelfilter (14) oder teilweise über den Abgaspartikelfilter (14) und teilweise über den Katalysator (15) leitbar ist,wobei der oder jeder Zylindergruppe jeweils ein Abgasturbolader (20) derart zugeordnet ist, dass das Abgas der Zylinder (10), welches über den Abgaspartikelfilter (14) der jeweiligen Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) leitbar ist, ausgehend von den Zylindern (10) zunächst über eine Turbine (21) des Abgasturboladers (20) und nach Passieren der Turbine (21) des Abgasturboladers (20) über den Abgaspartikelfilter (14) leitbar ist,wobei dem Abgasturbolader (20) ein Bypassventil (23) zugeordnet ist, über welches Abgas unter Umgehung des Abgasturboladers (20) und unter Umgehung des Abgaspartikelfilters (14) über den Katalysator (15) der jeweiligen Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) leitbar ist.Exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine with at least one cylinder group comprising several cylinders, wherein exhaust gas from the cylinders of the or each cylinder group can be fed via at least one exhaust manifold in each case to an exhaust gas aftertreatment device assigned to the respective cylinder group, the exhaust gas aftertreatment device (12) having an exhaust gas particle filter (14) and one parallel to the Exhaust particle filter (14) connected catalyst (15), wherein the exhaust gas of the respective cylinder group (11) depending on the operating point of the internal combustion engine either completely via the exhaust particle filter (14) or partially via the exhaust particle filter (14) and partially via the catalytic converter (15). is, wherein the or each cylinder group is assigned an exhaust gas turbocharger (20) in such a way that the exhaust gas from the cylinders (10), which can be conducted via the exhaust particle filter (14) of the respective exhaust gas aftertreatment device (12), starting from the cylinders (10) initially via a turbine (21) of the exhaust gas turbocharger (20) and after passing through the turbine (21) of the exhaust gas turbocharger (20) via the exhaust gas particle filter (14), the exhaust gas turbocharger (20) being assigned a bypass valve (23) through which exhaust gas can be conducted via the catalytic converter (15) of the respective exhaust gas aftertreatment device (12), bypassing the exhaust gas turbocharger (20) and bypassing the exhaust gas particle filter (14).
Description
Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für eine Brennkraftmaschine.The invention relates to an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine.
Der Abgasnachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs kommt durch sich zunehmend verschärfende Abgasvorschriften eine immer stärkere Bedeutung zu. Insbesondere müssen auch bei Otto-Brennkraftmaschinen Abgaspartikel aus dem Abgas entfernt werden.The exhaust aftertreatment of the exhaust gas from a motor vehicle's internal combustion engine is becoming increasingly important due to increasingly strict exhaust regulations. In particular, exhaust gas particles must also be removed from the exhaust gas in gasoline internal combustion engines.
Aus der
Hiervon ausgehend liegt der hier vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Abgasnachbehandlungssystem für eine Brennkraftmaschine mit verminderter Abgaspartikelemission zu schaffen.Based on this, the present invention is based on the object of creating a novel exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine with reduced exhaust particle emissions.
Diese Aufgabe wird durch ein Abgasnachbehandlungssystem gemäß Anspruch 1 und ein Abgasnachbehandlungssystem gemäß Anspruch 8 gelöst.This object is achieved by an exhaust gas aftertreatment system according to claim 1 and an exhaust gas aftertreatment system according to claim 8.
Nach Anspruch 1 ist der oder jeder Zylindergruppe jeweils ein Abgasturbolader derart zugeordnet, dass das Abgas der Zylinder, welches über den Abgaspartikelfilter der jeweiligen Abgasnachbehandlungseinrichtung leitbar ist, ausgehend von den Zylindern zunächst über eine Turbine des Abgasturboladers und nach Passieren der Turbine des Abgasturboladers über den Abgaspartikelfilter leitbar ist, wobei dem Abgasturbolader ein Bypassventil zugeordnet ist, über welches Abgas unter Umgehung des Abgasturboladers und unter Umgehung des Abgaspartikelfilters über den Katalysator der jeweiligen Abgasnachbehandlungseinrichtung leitbar ist.According to claim 1, an exhaust gas turbocharger is assigned to the or each cylinder group in such a way that the exhaust gas from the cylinders, which can be conducted via the exhaust gas particle filter of the respective exhaust gas aftertreatment device, starts from the cylinders first via a turbine of the exhaust gas turbocharger and after passing through the turbine of the exhaust gas turbocharger via the exhaust gas particle filter can be conducted, wherein the exhaust gas turbocharger is assigned a bypass valve, via which exhaust gas can be conducted via the catalytic converter of the respective exhaust gas aftertreatment device, bypassing the exhaust gas turbocharger and bypassing the exhaust particle filter.
Nach Anspruch 8 sind der jeweiligen Zylindergruppe mehrere Abgaskrümmer zugeordnet sind, wobei ein erster Abgaskrümmer von ersten Auslassventilen und ein zweiter Abgaskrümmer von zweiten Auslassventilen der Zylinder zu einer Turbine eines Abgasturboladers führt, wobei dem Abgasturbolader ein Bypassventil zugeordnet ist, wobei bei vollständig geöffnetem Bypassventil das über den ersten und zweiten Abgaskrümmer geführte Abgas unter Umgehung des Abgasturboladers vollständig über den Abgaspartikelfilter und bei teilweise geschlossenem Bypassventil unter Umgehung des Abgasturboladers teilweise über den Abgaspartikelfilter und teilweise über die Turbine des Abgasturboladers und nachfolgend über den Katalysator leitbar ist.According to claim 8, several exhaust manifolds are assigned to the respective cylinder group, with a first exhaust manifold from first exhaust valves and a second exhaust manifold from second exhaust valves leading the cylinder to a turbine of an exhaust gas turbocharger, with the exhaust gas turbocharger being assigned a bypass valve, with the bypass valve being fully open The exhaust gas guided through the first and second exhaust manifolds can be conducted completely via the exhaust gas particle filter, bypassing the exhaust gas turbocharger, and with the bypass valve partially closed, bypassing the exhaust gas turbocharger, it can be conducted partly via the exhaust gas particle filter and partly via the turbine of the exhaust gas turbocharger and subsequently via the catalytic converter.
Es wird ein Abgasnachbehandlungssystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, bei welchem abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine Abgas entweder vollständig über mindestens einen Abgaspartikelfilter oder teilweise über mindestens einen Abgaspartikelfilter und teilweise über mindestens einen Katalysator leitbar ist.An exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine of a motor vehicle is proposed, in which, depending on the operating point of the internal combustion engine, exhaust gas can be conducted either completely via at least one exhaust gas particle filter or partially via at least one exhaust gas particle filter and partially via at least one catalytic converter.
Durch diese vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine abhängige Beaufschlagung des oder jedes Abgaspartikelfilters und des oder jedes Katalysators mit Abgas kann die Qualität der Abgasnachbehandlung, insbesondere die Verminderung von Abgaspartikelemissionen, weiter gesteigert werden.Through this application of exhaust gas to the or each exhaust particle filter and the or each catalytic converter, which is dependent on the operating point of the internal combustion engine, the quality of the exhaust gas aftertreatment, in particular the reduction of exhaust gas particle emissions, can be further increased.
Vorzugweise ist das Abgas der jeweiligen Zylindergruppe bei einem Warmlauf der Brennkraftmaschine und/oder bei einer Teillast der Brennkraftmaschine und/oder bei einer Volllast der Brennkraftmaschine in einem unteren Drehzahlbereich vollständig über den Abgaspartikelfilter leitbar. Bei einer Volllast der Brennkraftmaschine in einem mittleren Drehzahlbereich und/oder bei einer Volllast der Brennkraftmaschine in einem oberen Drehzahlbereich ist das Abgas der jeweiligen Zylindergruppe teilweise über den Abgaspartikelfilter und teilweise über den Katalysator leitbar.Preferably, the exhaust gas of the respective cylinder group can be conducted completely via the exhaust gas particle filter when the internal combustion engine is warming up and/or when the internal combustion engine is at partial load and/or when the internal combustion engine is at full load in a lower speed range. When the internal combustion engine is at full load in a medium speed range and/or when the internal combustion engine is at full load in an upper speed range, the exhaust gas from the respective cylinder group can be conducted partly via the exhaust particle filter and partly via the catalytic converter.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Abgasnachbehandlungssystems nach Anspruch 1 sind der jeweiligen Zylindergruppe mehrere Abgaskrümmer zugeordnet, wobei ein erster Abgaskrümmer von ersten Auslassventilen der Zylinder der Zylindergruppe zum Abgaspartikelfilter und ein zweiter Abgaskrümmer von zweiten Auslassventilen der Zylinder der Zylindergruppe zum Katalysator führt, und wobei entweder die zweiten Auslassventile abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zuschaltbar und abschaltbar ausgebildet sind, oder dem zweiten Abgaskrümmer ein Sperrventil zugeordnet ist, welches abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine geöffnet oder geschlossen ist. Dann, wenn Abgas dem oder jedem Abgaspartikelfilter sowie dem oder jedem Katalysator über getrennte Abgaskrümmer zuführbar ist, ist eine besonders bevorzugte Abgasführung möglich.According to an advantageous development of the exhaust aftertreatment system according to claim 1, several exhaust manifolds are assigned to the respective cylinder group, with a first exhaust manifold leading from first exhaust valves of the cylinders of the cylinder group to the exhaust particulate filter and a second exhaust manifold leading from second exhaust valves of the cylinders of the cylinder group to the catalytic converter, and either the second Exhaust valves are designed to be switched on and off depending on the operating point of the internal combustion engine, or a check valve is assigned to the second exhaust manifold, which is opened or closed depending on the operating point of the internal combustion engine. If exhaust gas can be supplied to the or each exhaust particulate filter and the or each catalytic converter via separate exhaust manifolds, a particularly preferred exhaust gas routing is possible.
Durch die Integration mindestens eines Abgasturboladers in das Abgasnachbehandlungssystem kann der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine gesteigert werden.By integrating at least one exhaust gas turbocharger into the exhaust gas aftertreatment system, the efficiency of the internal combustion engine can be increased.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.. Dabei zeigt:
-
1 : eine schematisierte Darstellung eines ersten Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs; -
2 : eine schematisierte Darstellung eines zweiten Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs; -
3 : eine schematisierte Darstellung eines dritten Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs; -
4 : eine schematisierte Darstellung eines vierten Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs; -
5 : eine schematisierte Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs; -
6 : eine schematisierte Darstellung eines weiteren Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs; -
7 : eine schematisierte Darstellung eines weiteren Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs; und -
8 : eine schematisierte Darstellung eines weiteren Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
-
1 : a schematic representation of a first exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine of a motor vehicle; -
2 : a schematic representation of a second exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine of a motor vehicle; -
3 : a schematic representation of a third exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine of a motor vehicle; -
4 : a schematic representation of a fourth exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine of a motor vehicle; -
5 : a schematic representation of a fifth exemplary embodiment of the exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine of a motor vehicle; -
6 : a schematic representation of a further exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine of a motor vehicle; -
7 : a schematic representation of a further exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine of a motor vehicle; and -
8th : a schematic representation of another exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine of a motor vehicle.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine mindestens eine Zylindergruppe 11 mit jeweils mehreren Zylindern 10 umfasst.The present invention relates to an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein the internal combustion engine comprises at least one
Jeder Zylindergruppe 11 ist eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 des Abgasnachbehandlungssystems zugeordnet, wobei Abgas von den Zylindern 10 der jeweiligen Zylindergruppe 11 über jeweils mindestens einen Abgaskrümmer 13 der jeweiligen Zylindergruppe 11 der der Zylindergruppe 11 zugeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 zuführbar ist.Each
Nachfolgend werden unter Bezugnahme der
Bereits an dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl der Zylinder 10 pro Zylindergruppe 11 sowie die Anzahl der Zylindergruppen 11 variiert werden kann.It should be noted at this point that the number of
So ist es möglich, dass zwei Zylindergruppen 11 mit jeweils drei Zylindern 10 vorhanden sind. Ebenso können zwei Zylindergruppen 11 mit jeweils vier Zylindern 10 vorhanden sein.It is therefore possible for two
Dann, wenn mehrere Zylindergruppe 11 mit jeweils mehreren Zylindern 10 vorhanden sind, sind die in
Gemäß
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 der
Gemäß
Wie
Eine solche Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einem inneren Abgaspartikelfilter 14 und einem äußeren, den Abgaspartikelfilter 14 ringförmig umgebenden Katalysator 15 wird als Ring-Parallel-Abgaspartikelfilter-Katalysator bezeichnet.Such an exhaust aftertreatment device with an inner
Wie bereits ausgeführt, ist Abgas der Zylinder 10 der Zylindergruppe 11 abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine entweder vollständig über den Abgaspartikelfilter 14 oder teilweise über den Abgaspartikelfilter 14 und teilweise über den Katalysator 15 leitbar.As already stated, exhaust gas from the
Dann, wenn als Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ein Warmlauf der Brennkraftmaschine und/oder eine Teillast der Brennkraftmaschine und/oder eine Volllast der Brennkraftmaschine in einem unteren Drehzahlbereich derselben vorliegt, ist das Abgas der Zylinder 10 der Zylindergruppe 11 vollständig über den Abgaspartikelfilter 14 leitbar.Then, when the operating point of the internal combustion engine is a warm-up of the internal combustion engine and/or a partial load of the internal combustion engine and/or a full load of the internal combustion engine in a lower speed range, the exhaust gas from the
Dann, wenn als Betriebspunkt der Brennkraftmaschine Volllast der Brennkraftmaschine in einem mittleren Drehzahlbereich derselben und/oder Volllast der Brennkraftmaschine in einem oberen Drehzahlbereich derselben vorliegt, ist das Abgas in
Beim Abgaspartikelfilter 14 handelt es sich vorzugsweise um einen katalytisch beschichteten Abgaspartikelfilter, der als kombinierter Abgaspartikelfilter und Katalysator ausgeführt ist.The
Ein weiteres Abgasnachbehandlungssystems für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zeigt
In
Auch in
Dann, wenn die Auslassventile 18b abgeschaltet sind, sind ausschließlich die Auslassventile 18a aktiv und Abgas wird ausschließlich über den Abgaspartikelfilter sowie gegebenenfalls über die Turbine 21 des Abgasturboladers 10 geleitet.Then, when the
Dann hingegen, wenn die Auslassventile 18b der Zylinder 10 der Zylindergruppe 11 zugeschaltet sind, wird Abgas teilweise über den Abgaskrümmer 13a und teilweise über den Abgaskrümmer 13b und demnach teilweise über den Partikelfilter 14 und teilweise über den Katalysator 15 geleitet, wobei in
Weitere Abgasnachbehandlungssysteme zeigen
Zur Reduzierung eines Abgaspartikelausstoßes ist es demnach möglich, beim Warmlauf der Brennkraftmaschine, bei Teillast derselben und bei Volllast derselben in einem unteren Drehzahlbereich Abgas ausschließlich über den Abgaspartikelfilter 14 zu leiten.In order to reduce exhaust particle emissions, it is therefore possible to conduct exhaust gas exclusively via the
Bei Volllast der Brennkraftmaschine in einem mittleren und oberen Drehzahlbereich derselben wird Abgas teilweise über den Abgaspartikelfilter 14 und teilweise über den parallel zum Abgaspartikelfilter 14 geschalteten Katalysator 15 geführt. Vorzugsweise ist der Abgaspartikelfilter 15 katalytisch beschichtet, sodass derselbe auch als Katalysator genutzt werden kann.When the internal combustion engine is at full load in a medium and upper speed range, exhaust gas is partly routed via the
Vorzugsweise sind jeder Zylindergruppe 11 der Brennkraftmaschine zwei separate Abgaskrümmer zugeordnet, die mit unterschiedlichen Auslassventilen kommunizieren und das Abgas entweder dem Abgaspartikelfilter 14 oder dem Katalysator 15 zuführen. Abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine wird Abgas ausschließlich über einen der Abgaskrümmer 13a oder über beide Abgaskrümmer 13a und 13b geleitet, sodass abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine entweder das Abgas vollständig über den Abgaspartikelfilter 14 oder teilweise über den Abgaspartikelfilter 14 und den parallel zum Abgaspartikelfilter 14 geschalteten Katalysator 15 geleitet wird.Preferably, each
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Katalysator 15, der parallel zum Abgaspartikelfilter 14 geschaltet ist, derart ausgeführt, dass derselbe den Abgaspartikelfilter 14 radial außen konzentrisch bzw. ringförmig umgibt.According to an advantageous development, the
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 1010
- Zylindercylinder
- 1111
- ZylindergruppeCylinder group
- 1212
- AbgasnachbehandlungseinrichtungExhaust gas aftertreatment device
- 13, 13a, 13b, 13c, 13d13, 13a, 13b, 13c, 13d
- Abgaskrümmerexhaust manifold
- 1414
- AbgaspartikelfilterExhaust particulate filter
- 1515
- Katalysatorcatalyst
- 1616
- BypassleitungBypass line
- 1717
- BypassventilBypass valve
- 18, 18a, 18b18, 18a, 18b
- Auslassventiloutlet valve
- 1919
- SperrventilCheck valve
- 2020
- AbgaskatalysatorExhaust catalytic converter
- 2121
- Turbineturbine
- 2222
- Verdichtercompressor
- 2323
- BypassventilBypass valve
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