DE102011117104A1 - Internal combustion engine comprises exhaust gas recirculation system with exhaust pipe, which is fluidically connected with internal combustion engine, where exhaust gas treatment device is fluidically connected to exhaust gas line - Google Patents

Internal combustion engine comprises exhaust gas recirculation system with exhaust pipe, which is fluidically connected with internal combustion engine, where exhaust gas treatment device is fluidically connected to exhaust gas line Download PDF

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Abstract

The internal combustion engine (1) comprises an exhaust gas recirculation system with an exhaust pipe (2), which is fluidically connected with the internal combustion engine. An exhaust gas treatment device (4) is fluidically connected to the exhaust gas line, which comprises an exhaust gas heating unit (5) in the exhaust pipe in flow direction (3) of the exhaust gas. A secondary auxiliary medium introducing unit (11) is arranged in the exhaust gas heating unit upstream to a diesel oxidation catalytic converter (6).

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.The invention relates to an internal combustion engine having an exhaust gas aftertreatment system having the features of the preamble of claim 1.

Im Zuge der Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften zur Minimierung von Abgasemissionen von Brennkraftmaschinen werden diese vermehrt mit einer Abgasnachbehandlungs-(AGN)Einrichtung ausgerüstet. Solche AGN-Einrichtungen bestehen üblicherweise aus einem oder mehreren Abgaskatalysatoren und/oder Filtern, die in einer Abgasleitung der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Zusätzlich ist bzw. sind meist noch eine oder mehrere Einrichtungen zum Einbringen von Hilfsmitteln in das Abgas in der Abgasleitung vor den o. g. Abgaskatalysatoren und/oder Filtern angeordnet. Diese Hilfsmittel haben in Verbindung mit den Abgaskatalysatoren reduzierende Wirkung auf die im Abgas enthaltenen Stickoxide, oder sie dienen zum Aufheizen des Abgases, um Rußpartikel im Filter zu verbrennen. Die Abgaskatalysatoren und deren Funktion sind aus dem Stand der Technik bekannt. Als Beispiele sind hier Dieseloxidationskatalysatoren (DOC), Katalysatoren für selektive katalytische Reduktion (SCR-Katalysatoren) und Ammoniak-Sperrkatalysatoren (Sperrkatalysatoren) genannt. Die Filter sind üblicherweise Dieselpartikelfilter (DPF) und/oder Dieselpartikelabscheider. Hilfsmittel sind beispielsweise eine Harnstoffwasserlösung, Festharnstoff, gasförmiges Ammoniak und Kohlenwasserstoffe. Damit diese Hilfsmittel ihre Wirkung voll entfalten können, müssen sie im Abgas vollständig verdampfen und sich möglichst gleichmäßig über den Querschnitt der Abgasleitung verteilen. Die Hilfsmittel verdampfen vollständig, solange das Abgas heiß ist, in das sie eingebracht werden. Heißes Abgas steht im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine zur Verfügung. Viele Brennkraftmaschinen kommen aber in Anwendungen zum Einsatz, die nur einen geringen Volllastanteil am Gesamtbetrieb zulassen. Der überwiegende Lastanteil stellt sich dabei im mittleren und unteren Lastbereich ein. Demzufolge ist auch die Abgastemperatur relativ niedrig, mit der Folge, dass die eingebrachten Hilfsmittel nur schlecht verdampfen und ihre Wirkung nicht voll entfalten können. Dies kann insbesondere bei Motoren mit Abgasrückführung (AGR) der Fall sein.In the course of compliance with legal requirements to minimize exhaust emissions from internal combustion engines, these are increasingly equipped with an exhaust aftertreatment (AGN) device. Such AGN devices usually consist of one or more catalytic converters and / or filters, which are arranged in an exhaust pipe of the internal combustion engine. In addition, one or more devices for introducing auxiliary agents into the exhaust gas in the exhaust gas line are or are usually still in front of the above mentioned. Catalytic converters and / or filters arranged. These aids have in conjunction with the catalytic converters reducing effect on the nitrogen oxides contained in the exhaust gas, or they serve to heat the exhaust gas to burn soot particles in the filter. The catalytic converters and their function are known from the prior art. Examples include diesel oxidation catalysts (DOC), catalysts for selective catalytic reduction (SCR catalysts) and ammonia blocking catalysts (blocking catalysts). The filters are usually diesel particulate filters (DPF) and / or diesel particulate traps. Auxiliaries are, for example, a urea water solution, solid urea, gaseous ammonia and hydrocarbons. For these aids to develop their full effect, they must completely vaporize in the exhaust gas and distribute as evenly as possible over the cross section of the exhaust pipe. The aids evaporate completely as long as the exhaust gas is hot, in which they are introduced. Hot exhaust gas is available in full load operation of the internal combustion engine. However, many internal combustion engines are used in applications that allow only a small proportion of full load in the overall operation. The predominant proportion of load adjusts itself in the middle and lower load range. Consequently, the exhaust gas temperature is relatively low, with the result that the introduced aids evaporate only poorly and can not fully develop their effect. This may be the case in particular with engines with exhaust gas recirculation (EGR).

Aus der Schrift US 2008/0202101 A1 ist bekannt, in die Abgasleitung stromaufwärts der Einrichtung zum Einbringen eines Hilfsmittels eine Einrichtung zum Aufheizen des Abgases anzuordnen. Diese Einrichtung zum Aufheizen des Abgases umfasst einen Brenner und diesem stromabwärts angeordnet einen DOC. Der Brenner wird beispielsweise mit Kraftstoff betrieben. Der DOC oxidiert z. B. im Abgas enthaltene unvollständig verbrannte Rußpartikel, Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, o. ä., aber auch Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid. Bei dieser Oxidation entsteht Wärme, die gemeinsam mit der Wärme des Brenners das Abgas auf eine Temperatur anhebt, die die Verdampfung des eingebrachten Hilfsmittels erleichtert.From the Scriptures US 2008/0202101 A1 It is known to arrange in the exhaust pipe upstream of the means for introducing an auxiliary means for heating the exhaust gas. This means for heating the exhaust gas comprises a burner and this downstream arranged a DOC. The burner is operated, for example, with fuel. The DOC oxidizes z. B. contained in the exhaust incompletely burned soot particles, hydrocarbons, carbon monoxide, o. Ä., But also nitrogen monoxide to nitrogen dioxide. In this oxidation, heat is generated, which, together with the heat of the burner, raises the exhaust gas to a temperature that facilitates the evaporation of the introduced auxiliary.

Der Nachteil dabei ist, dass der Brenner technisch sehr aufwändig mit eigenem Zündsystem ist, welches störanfällig ist und einen grollen Bauraum beansprucht. Hier setzt die Erfindung an.The disadvantage of this is that the burner is technically very complex with its own ignition system, which is prone to failure and takes a grollen space. This is where the invention starts.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, das Abgas einer Brennkraftmaschine, und zwar mit Abgasrückführung, aufzuheizen, um einerseits eine optimale Verdampfung und gleichmäßige Verteilung von einem eingebrachten Hilfsmittel in einer Abgasleitung zu erzielen, andererseits eine schnelle Erwärmung von stromabwärts folgenden Abgaskatalysatoren und -filtern zu erreichen, um somit in Summe optimale Umsatzraten des eingebrachten Hilfsmittels zu einer Minimierung von Abgasemissionen zu realisieren.The object of the invention is to heat the exhaust gas of an internal combustion engine, namely with exhaust gas recirculation, on the one hand to achieve optimal evaporation and uniform distribution of an introduced auxiliary in an exhaust pipe, on the other hand to achieve rapid heating of downstream exhaust gas catalysts and filters in order thus to realize in total optimum conversion rates of the introduced auxiliary to minimize exhaust emissions.

Die Lösung erfolgt mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.The solution is carried out with an internal combustion engine with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are illustrated in the subclaims.

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung mit einer mit der Brennkraftmaschine strömungstechnisch verbundenen Abgasleitung, an der strömungstechnisch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung angeschlossen ist, welche in der Abgasleitung in Strömungsrichtung des Abgases eine Einrichtung zum Aufheizen des Abgases umfasst, wobei diese Einrichtung zum Aufheizen des Abgases einen ersten Dieseloxidationskatalysator umfasst, die Abgasnachbehandlungseinrichtung nachfolgend zur Einrichtung zum Aufheizen des Abgases in der Abgasleitung eine Einrichtung zum Einbringen eines ersten Hilfsmittels umfasst, nachfolgend einen ersten SCR-Katalysator und einen Dieselpartikelfilter umfasst und an diese anschließend einen Sperrkatalysator umfasst. Dabei ist in der Einrichtung zum Aufheizen des Abgases stromaufwärts des ersten Dieseloxidationskatalysators eine Einrichtung zum Einbringen eines zweiten Hilfsmittels angeordnet. Der Vorteil dieser Erfindung ist, dass das eingebrachte zweite Hilfsmittel am stromabwärts folgenden ersten Dieseloxidationskatalysator oxidiert und dabei Wärme erzeugt, welche das Abgas und somit die weiter stromabwärts folgenden Hilfsmittel und Katalysatoren bzw. Dieselpartikelfilter auf eine optimale Temperatur erhitzt. Die Oxidation des zweiten Hilfsmittels erfolgt flammenlos und gleichmäßig an der Oberfläche des Dieseloxidationskatalysators. Daraus folgt eine kontinuierliche und über den Querschnitt des Dieseloxidationskatalysators gleichmäßige Wärmeabgabe an das Abgas. Durch die flammenlose Oxidation entstehen keine schädlichen Druckpulsationen des Abgases, welche die nachfolgenden Katalysatoren bzw. Dieselpartikelfilter über längere Frist beschädigen würden. Außerdem wird kein Brenner benötigt, der nur gebündelt Wärme erzeugt, somit die nachfolgenden Bauteile nur punktuell erhitzt und so zu thermischen Spannungen in diesen führen kann. Zusätzlich beansprucht der Brenner einen großen Bauraum der einer Kompaktbauweise entgegensteht. Zudem kann er durch Störanfälligkeit hohe Wartungskosten verursachen.The invention relates to an internal combustion engine with exhaust gas recirculation with a fluidly connected to the internal combustion engine exhaust pipe to the fluidically an exhaust aftertreatment device is connected, which comprises means for heating the exhaust gas in the exhaust pipe in the flow direction of the exhaust gas, said means for heating the exhaust gas, a first diesel oxidation catalyst comprises, the exhaust gas aftertreatment device downstream of the means for heating the exhaust gas in the exhaust pipe comprises means for introducing a first aid, subsequently comprising a first SCR catalyst and a diesel particulate filter and then comprises a barrier catalyst. In this case, a device for introducing a second auxiliary agent is arranged in the device for heating the exhaust gas upstream of the first diesel oxidation catalyst. The advantage of this invention is that the introduced second aid oxidizes at the downstream first diesel oxidation catalyst and thereby generates heat which heats the exhaust gas and hence the further downstream adjuvants and catalysts or diesel particulate filters to an optimum temperature. The oxidation of the second aid is flameless and uniform on the surface of the diesel oxidation catalyst. This results in a continuous and over the cross section of the diesel oxidation catalyst uniform heat transfer to the exhaust gas. Due to the flameless oxidation no harmful pressure pulsations of the exhaust gas, which the subsequent catalysts or diesel particulate filter over longer Would damage the deadline. In addition, no burner is needed, which generates only bundled heat, so that the following components only selectively heated and thus can lead to thermal stresses in these. In addition, the burner requires a large space of a compact design. In addition, it can cause high maintenance costs due to susceptibility.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Einrichtung zum Aufheizen des Abgases in der Abgasleitung direkt nach der Brennkraftmaschine angeordnet. Die direkte Anordnung nach der Brennkraftmaschine, d. h. ohne weitere, dazwischen liegende Abgasnachbehandlungseinrichtungen o. a. Bauteile, abgesehen von Abgasturbinen, welche Wärmesenken darstellen, ermöglicht vorteilhafterweise ein weitgehend wärmeverlustfreies Strömen des Abgases in die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung. Daraus resultiert, dass zu einer Temperaturanhebung des Abgases relativ wenig des zweiten Hilfsmittels benötigt wird. Dies ist ressourcenschonend und zudem finanziell vorteilhaft.According to a preferred embodiment of the invention, the device for heating the exhaust gas in the exhaust pipe is arranged directly after the internal combustion engine. The direct arrangement after the internal combustion engine, d. H. without further intermediate exhaust aftertreatment devices o. a. Components, apart from exhaust gas turbines, which constitute heat sinks, advantageously enables a largely heat loss-free flow of the exhaust gas into the exhaust aftertreatment device according to the invention. As a result, relatively little of the second aid is needed to increase the temperature of the exhaust gas. This is resource-saving and financially beneficial.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der erste SCR-Katalysator und der Dieselpartikelfilter in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Der Vorteil dieser kompakten Bauweise ist eine schnelle Erwärmung von SCR-Katalysator und Dieselpartikelfilter. Damit ergeben sich kurze Reaktionszeiten auf Laständerungen der Brennkraftmaschine sowie geringe Wärmeverluste durch Wärmeabstrahlung, was wiederum einen nur geringen Verbrauch des zweiten Hilfsmittels zum Aufheizen des Abgases bedeutet. Vorteilhafterweise ermöglicht diese Ausgestaltung zusätzlich eine Kosten und Bauraum sparende Bauweise.According to a further preferred embodiment of the invention, the first SCR catalytic converter and the diesel particulate filter are arranged in a common housing. The advantage of this compact design is rapid heating of SCR catalytic converter and diesel particulate filter. This results in short reaction times to load changes of the internal combustion engine and low heat losses due to heat radiation, which in turn means only a small consumption of the second auxiliary means for heating the exhaust gas. Advantageously, this embodiment also allows a cost and space-saving design.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der erste SCR-Katalysator als entsprechende Beschichtung auf dem Dieselpartikelfilter aufgebracht. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine sehr kompakte Bauweise und eine sehr schnelle Erwärmung des Dieselpartikelfilters. Die Kompaktheit bedingt nur geringe Wärmeverluste durch Wärmeabstrahlung. Dies bedeutet, dass zum Aufheizen des Dieselpartikelfilters durch das heiße Abgas der Verbrauch an zweitem Hilfsmittel nur gering ist. Die Beschichtung auf dem Dieselpartikelfilter ermöglicht auch eine freie Wahl der Lage der Beschichtung. So ist es möglich die Beschichtung am Abgaseintritt, Abgasaustritt, mittig oder in mehreren Abschnitten des Dieselpartikelfilters aufzubringen, um z. B. optimale Temperaturbedingungen auszunutzen. Vorteilhafterweise ermöglicht diese Ausgestaltung zusätzlich eine Kosten und Bauraum sparende Bauweise.According to a further preferred embodiment of the invention, the first SCR catalyst is applied as a corresponding coating on the diesel particulate filter. This embodiment allows a very compact design and a very rapid heating of the diesel particulate filter. The compactness requires only small heat losses due to heat radiation. This means that for heating the diesel particulate filter by the hot exhaust gas, the consumption of the second auxiliary is only low. The coating on the diesel particulate filter also allows a free choice of the position of the coating. Thus, it is possible to apply the coating at the exhaust gas inlet, exhaust gas outlet, in the middle or in several sections of the diesel particulate filter to z. B. exploit optimal temperature conditions. Advantageously, this embodiment also allows a cost and space-saving design.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist stromabwärts des gemeinsamen Gehäuses vom ersten SCR-Katalysator und Dieselpartikelfilter sowie stromaufwärts vom Sperrkatalysator mindestens ein zweiter SCR-Katalysator angeordnet.According to a further preferred embodiment of the invention, at least one second SCR catalytic converter is arranged downstream of the common housing of the first SCR catalytic converter and diesel particle filter and upstream of the barrier catalytic converter.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist stromabwärts des beispielsweise beschichteten Dieselpartikelfilters sowie stromaufwärts vom Sperrkatalysator ein zweiter SCR-Katalysator angeordnet. Als Vorteil eines zweiten SCR-Katalysators ist damit eine größere gesamte Wirkoberfläche der SCR-Katalysatoren der AGN-Einrichtung darstellbar. Dies ist besonders von Bedeutung, falls die Beschichtung des Dieselpartikelfilters mit einer entsprechenden ersten SCR-Beschichtung zur Stickoxidreduktion nicht ausreicht. Weiter bietet ein zweiter SCR-Katalysator den Vorteil, diesen durch Wahl eines entsprechenden Werkstoffs aus dem Stand der Technik auf eine Stickoxidreduzierung in einem anderen Temperaturbereich als den ersten SCR-Katalysator auszulegen, um insgesamt in einem größeren Temperaturbereich eine optimale Stickoxidreduzierung zu erzielen.According to a further preferred embodiment of the invention, a second SCR catalyst is arranged downstream of the example coated diesel particulate filter and upstream of the barrier catalyst. As an advantage of a second SCR catalyst is thus a larger overall effective surface of the SCR catalysts of the AGN device can be displayed. This is particularly important if the coating of the diesel particulate filter with a corresponding first SCR coating for nitrogen oxide reduction is insufficient. Furthermore, a second SCR catalytic converter has the advantage of designing it by selecting a corresponding material from the prior art for a reduction of nitrogen oxide in a temperature range other than the first SCR catalytic converter, in order to achieve optimum nitrogen oxide reduction overall in a larger temperature range.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung übernimmt ein zweiter Dieseloxidationskatalysator die Funktion des Sperrkatalysators. Der Vorteil des zweiten Dieseloxidationskatalysators ist, dass dieser nicht ausschließlich auf die Oxidation von im Abgasreinigungsprozess nicht verbrauchtem Ammoniak ausgelegt ist, sondern zusätzlich im stromaufwärts stattfindenden Abgasreinigungsprozess nicht umgesetzte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid oxidiert.According to a further preferred embodiment of the invention, a second diesel oxidation catalyst takes over the function of the blocking catalyst. The advantage of the second diesel oxidation catalyst is that it is not designed exclusively for the oxidation of ammonia not consumed in the exhaust gas purification process, but additionally oxidizes unreacted hydrocarbons and carbon monoxide in the upstream exhaust gas purification process.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der erste SCR-Katalysator und der Sperrkatalysator als entsprechende Beschichtungen auf dem Dieselpartikelfilter aufgebracht. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine sehr kompakte Bauweise und eine sehr schnelle Erwärmung des Dieselpartikelfilters samt der Beschichtungen. Die Kompaktheit bedingt nur geringe Wärmeverluste durch Wärmeabstrahlung. Dies bedeutet, dass zum Aufheizen des Dieselpartikelfilters durch das heiße Abgas der Verbrauch an zweitem Hilfsmittel nur gering ist. Die Beschichtung auf dem Dieselpartikelfilter ermöglicht auch eine freie Wahl der Lage der Beschichtungen. So ist es möglich die Beschichtungen beispielsweise am Abgaseintritt, Abgasaustritt, mittig oder in mehreren Abschnitten des Dieselpartikelfilters aufzubringen um z. B. optimale Temperaturbedingungen auszunutzen. Vorteilhafterweise ermöglicht diese Ausgestaltung zusätzlich eine Kosten und Bauraum sparende Bauweise.According to a further preferred embodiment of the invention, the first SCR catalyst and the barrier catalyst are applied as appropriate coatings on the diesel particulate filter. This embodiment allows a very compact design and a very rapid heating of the diesel particulate filter, including the coatings. The compactness requires only small heat losses due to heat radiation. This means that for heating the diesel particulate filter by the hot exhaust gas, the consumption of the second auxiliary is only low. The coating on the diesel particulate filter also allows a free choice of the position of the coatings. So it is possible to apply the coatings, for example, the exhaust gas inlet, exhaust gas outlet, in the middle or in several sections of the diesel particulate filter to z. B. exploit optimal temperature conditions. Advantageously, this embodiment also allows a cost and space-saving design.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Hilfsmittel eine Harnstoffwasserlösung und/oder Festharnstoff und/oder Ammoniakgas und/oder ein Kohlenwasserstoff und/oder eine Mischung aus Kohlenwasserstoffen.According to a further preferred embodiment of the invention, the first aid is a urea water solution and / or solid urea and / or or ammonia gas and / or a hydrocarbon and / or a mixture of hydrocarbons.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite Hilfsmittel ein Kohlenwasserstoff oder eine Mischung aus Kohlenwasserstoffen.According to a further preferred embodiment of the invention, the second auxiliary is a hydrocarbon or a mixture of hydrocarbons.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail below.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung mit einer mit der Brennkraftmaschine verbundenen Abgasleitung, an die eine Abgasnachbehandlungseinrichtung angeschlossen ist gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 1 a schematic representation of an internal combustion engine with exhaust gas recirculation with a connected to the engine exhaust pipe to which an exhaust aftertreatment device is connected according to a first embodiment of the invention;

2 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung mit einer mit der Brennkraftmaschine verbundenen Abgasleitung, an die eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, mit einem zweiten SCR-Katalysator und einem zweiten Dieseloxidationskatalysator, der einen Sperrkatalysator ersetzt, angeschlossen ist, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; 2 a schematic representation of an internal combustion engine with exhaust gas recirculation with an internal combustion engine connected to the exhaust pipe to which an exhaust aftertreatment device, with a second SCR catalyst and a second Dieseloxidationskatalysator which replaces a barrier catalyst is connected, according to another embodiment of the invention;

3 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung mit einer mit der Brennkraftmaschine verbundenen Abgasleitung, an die eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einem Diesel partikelfilter mit SCR- und Sperrkatalysatorbeschichtungen angeschlossen ist, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. 3 a schematic representation of an internal combustion engine with exhaust gas recirculation with a connected to the engine exhaust pipe to which an exhaust aftertreatment device with a diesel particulate filter with SCR and barrier catalyst coatings is connected, according to another embodiment of the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 1 mit Abgasrückführung mit einer mit der Brennkraftmaschine 1 strömungstechnisch verbundenen Abgasleitung 2, an der strömungstechnisch eine Abgasnachbehandlungs-(AGN)Einrichtung 4 angeschlossen ist. Die Abgasrückführung der Brennkraftmaschine 1 funktioniert beispielsweise nach dem Prinzip des Spenderzylinderkonzepts, welches nach DE 199 60 998 C1 aus dem Stand der Technik bekannt und hier nicht näher dargestellt ist. Andere Konzepte zur Abgasrückführung sind ebenso denkbar. Nicht dargestellt sind ein oder mehrere an der Brennkraftmaschine 1 angeordnete Abgasturbolader, die von einem Abgas der Brennkraftmaschine 1 durchströmt werden, bevor dieses Abgas in die Abgasleitung 2 strömt. Anschließend strömt das Abgas direkt in die nachfolgend beschriebene AGN-Einrichtung 4. Das bedeutet, dass zwischen dem/den o. g. Abgasturbolader(n) und der AGN-Einrichtung 4 außer der Abgasleitung 2 keine weitere AGN-Einrichtungen oder andere Bauteile angeordnet sind, welche Wärmesenken darstellen. Die AGN-Einrichtung 4 umfasst in Strömungsrichtung 3 des Abgases eine Einrichtung 5 zum Aufheizen des Abgases, nachfolgend eine Einrichtung 7 zum Einbringen eines ersten Hilfsmittels, diesem nachfolgend einen ersten SCR-Katalysator 8 und einen Dieselpartikelfilter 9 und an diese anschließend einen Sperrkatalysator 10. Die Einrichtung 5 zum Aufheizen des Abgases umfasst in Strömungsrichtung 3 eine Einrichtung 11 zum Einbringen eines zweiten Hilfsmittels, beispielsweise eines Kohlenwasserstoffs, das in das Abgas eingebracht wird. Dieses zweite Hilfsmittel oxidiert mit Restsauerstoff im Abgas am stromabwärts angeordneten ersten Dieseloxidationskatalysator 6 und heizt durch eine exotherme Reaktion das Abgas auf. In das heiße Abgas wird durch die Einrichtung 7 zum Einbringen eines ersten Hilfsmittels beispielsweise eine Harnstoffwasserlösung eingebracht. Dabei verdampft die Harnstoffwasserlösung im heißen Abgas und zersetzt sich dabei u. a. in Ammoniak. Optimale Bedingungen zum Verdampfen und Zersetzen der Harnstoffwasserlösung liegen bei Abgastemperaturen über 350°C, die im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine 1 vorherrschen oder im mittleren und unteren Lastbereich durch das Einbringen des zweiten Hilfsmittels in der o. g. Einrichtung 5 zum Aufheizen des Abgases erreicht werden. Das frei werdende Ammoniak reduziert im nachfolgenden ersten SCR-Katalysator 8 im Abgas enthaltene Stickoxide. Eine Regeneration des Dieselpartikelfilters 9 findet durch dessen zyklisches Aufheizen statt. Dies geschieht durch Einbringen entsprechender Mengen des Kohlenwasserstoffs in das Abgas in der Einrichtung 11 zum Einbringen eines zweiten Hilfsmittels und der anschließenden Oxidation im ersten Dieseloxidationskatalysator 6, wodurch das Abgas und somit der Dieselpartikelfilter 9 aufgeheizt wird. Dazu wird soviel Kohlenwasserstoff eingebracht, dass dieser im ersten Dieseloxidationskatalysator 6 nicht komplett oxidieren kann und die verbliebenen Restkohlenwasserstoffe im, evtl. mit Edelmetallen beschichteten, Dieselpartikelfilter 9 oxidieren und diesen durch die exotherme Reaktion zusätzlich aufheizen und regenerieren. Der anschließende Sperrkatalysator 10 oxidiert im Abgas evtl. vorhandenes Ammoniak, welches im vorausgegangenen ersten SCR-Katalysator 8 nicht oxidiert wurde. Dadurch wird ein sog. Ammoniakschlupf durch die AGN-Einrichtung 4 hindurch in die Umwelt vermieden. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine 1 with exhaust gas recirculation with one with the internal combustion engine 1 fluidically connected exhaust pipe 2 , at the fluidic an exhaust aftertreatment (AGN) device 4 connected. The exhaust gas recirculation of the internal combustion engine 1 works, for example, according to the principle of the dispenser cylinder concept, which after DE 199 60 998 C1 known from the prior art and is not shown here. Other concepts for exhaust gas recirculation are also conceivable. Not shown are one or more of the internal combustion engine 1 arranged exhaust gas turbocharger, of an exhaust gas of the internal combustion engine 1 be traversed before this exhaust gas into the exhaust pipe 2 flows. Subsequently, the exhaust gas flows directly into the AGN device described below 4 , This means that between the above-mentioned exhaust gas turbocharger (s) and the AGN device 4 except the exhaust pipe 2 no other AGN devices or other components are arranged, which constitute heat sinks. The AGN facility 4 includes in the flow direction 3 the exhaust gas means 5 for heating the exhaust gas, hereinafter a device 7 for introducing a first aid, this subsequently a first SCR catalyst 8th and a diesel particulate filter 9 and to this then a blocking catalyst 10 , The device 5 for heating the exhaust gas comprises in the flow direction 3 An institution 11 for introducing a second auxiliary agent, for example a hydrocarbon, which is introduced into the exhaust gas. This second aid oxidizes with residual oxygen in the exhaust gas at the downstream first diesel oxidation catalyst 6 and heats the exhaust gas by an exothermic reaction. In the hot exhaust gas is through the device 7 introduced for introducing a first aid, for example, a urea water solution. The urea water solution evaporates in the hot exhaust gas and decomposes into ammonia, among other things. Optimum conditions for evaporation and decomposition of the urea water solution are at exhaust gas temperatures above 350 ° C, in full load operation of the internal combustion engine 1 prevail or in the middle and lower load range by the introduction of the second aid in the above device 5 be achieved to heat the exhaust gas. The liberated ammonia is reduced in the subsequent first SCR catalyst 8th in the exhaust gas contained nitrogen oxides. A regeneration of the diesel particulate filter 9 takes place through its cyclical heating. This is done by introducing appropriate amounts of the hydrocarbon into the exhaust gas in the device 11 for introducing a second auxiliary agent and the subsequent oxidation in the first diesel oxidation catalyst 6 , whereby the exhaust gas and thus the diesel particulate filter 9 is heated. For this purpose, so much hydrocarbon is introduced that this in the first diesel oxidation catalyst 6 can not completely oxidize and the remaining residual hydrocarbons in, possibly coated with precious metals, diesel particulate filter 9 oxidize and additionally heat and regenerate it by the exothermic reaction. The subsequent barrier catalyst 10 Oxidized in the exhaust possibly existing ammonia, which in the previous first SCR catalyst 8th was not oxidized. As a result, a so-called. Ammoniakschlupf by the AGN device 4 through into the environment.

2 zeigt wie 1 die schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 1 mit Abgasrückführung mit folgenden Unterschieden: Auf den Dieselpartikelfilter 9 ist in dieser Anordnung eine Beschichtung aufgebracht, die die Funktion des in 1 beschriebenen ersten SCR-Katalysators 8 übernimmt. Daraus ergibt sich eine kompakte und Bauraum sparende Anordnung. Nachfolgend dem Dieselpartikelfilter 9 ist ein zweiter SCR-Katalysator 12 angeordnet. Als Vorteil eines zweiten SCR-Katalysators 12 ist eine größere gesamte Wirkoberfläche der SCR-Katalysatoren 8 und 12 der AGN-Einrichtung 4 darstellbar. Dies ist besonders von Bedeutung, falls die Beschichtung des Dieselpartikelfilters 9 mit der entsprechenden ersten SCR-Beschichtung 8 zur Stickoxidreduktion nicht ausreicht. Weiter bietet der zweite SCR-Katalysator 12 den Vorteil, diesen durch Wahl eines entsprechenden Werkstoffs aus dem Stand der Technik auf eine Stickoxidreduzierung in einem anderen Temperaturbereich als den ersten SCR-Katalysator 8 auszulegen, um insgesamt in einem größeren Temperaturbereich eine optimale Stickoxidreduzierung zu erzielen. Nachfolgend dem zweiten SCR-Katalysator 12 ist ein zweiter Dieseloxidationskatalysator 13 angeordnet. Der zweite Dieseloxidationskatalysator 13 ist nicht ausschließlich auf die Oxidation von im Abgasreinigungsprozess nicht verbrauchtem Ammoniak ausgelegt, sondern oxidiert zusätzlich im stromaufwärts stattfindenden Abgasreinigungsprozess nicht umgesetzte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid. 2 shows how 1 the schematic representation of an internal combustion engine 1 with exhaust gas recirculation with the following differences: On the diesel particulate filter 9 In this arrangement, a coating is applied, which performs the function of in 1 described first SCR catalyst 8th takes over. This results in a compact and space-saving arrangement. Below the diesel particulate filter 9 is a second SCR catalyst 12 arranged. As an advantage of a second SCR catalyst 12 is a larger whole Effective surface of the SCR catalysts 8th and 12 the AGN facility 4 represented. This is particularly important if the coating of the diesel particulate filter 9 with the corresponding first SCR coating 8th insufficient for nitrogen oxide reduction. Next offers the second SCR catalyst 12 the advantage of this by selecting a corresponding material from the prior art to a nitrogen oxide reduction in a different temperature range than the first SCR catalyst 8th be interpreted in order to achieve a total of a larger temperature range optimal nitrogen oxide reduction. Following the second SCR catalyst 12 is a second diesel oxidation catalyst 13 arranged. The second diesel oxidation catalyst 13 is not designed exclusively for the oxidation of ammonia not used in the exhaust gas purification process, but additionally oxidizes unreacted hydrocarbons and carbon monoxide in the upstream exhaust gas purification process.

3 zeigt wie 1 und 2 die schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 1 mit Abgasrückführung. Dabei sind auf dem Dieselpartikelfilter 9 der erste SCR-Katalysator 8 und der Sperrkatalysator 10 als entsprechende Beschichtungen aufgebracht. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine sehr kompakte Bauweise und damit eine sehr schnelle Erwärmung des Dieselpartikelfilters 9 samt der Beschichtungen. 3 shows how 1 and 2 the schematic representation of an internal combustion engine 1 with exhaust gas recirculation. Here are on the diesel particulate filter 9 the first SCR catalyst 8th and the barrier catalyst 10 applied as appropriate coatings. This embodiment allows a very compact design and thus a very rapid heating of the diesel particulate filter 9 including the coatings.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
22
Abgasleitungexhaust pipe
33
Strömungsrichtung AbgasFlow direction exhaust gas
44
Abgasnachbehandlungseinrichtungexhaust treatment device
55
Einrichtung zum Aufheizen des AbgasesDevice for heating the exhaust gas
66
erster Dieseloxidationskatalysatorfirst diesel oxidation catalyst
77
Einrichtung zum Einbringen eines ersten HilfsmittelsDevice for introducing a first aid
88th
erster SCR-Katalysatorfirst SCR catalyst
99
Dieselpartikelfilterdiesel particulate Filter
1010
Sperrkatalysatorblocking catalytic converter
1111
Einrichtung zum Einbringen eines zweiten HilfsmittelsDevice for introducing a second aid
1212
zweiter SCR-Katalysatorsecond SCR catalyst
1313
zweiter Dieseloxidationskatalysatorsecond diesel oxidation catalyst

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2008/0202101 A1 [0003] US 2008/0202101 A1 [0003]
  • DE 19960998 C1 [0022] DE 19960998 C1 [0022]

Claims (10)

Brennkraftmaschine (1) mit Abgasrückführung mit einer mit der Brennkraftmaschine (1) strömungstechnisch verbundenen Abgasleitung (2), an der strömungstechnisch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (4) angeschlossen ist, welche in der Abgasleitung (2) in Strömungsrichtung (3) des Abgases eine Einrichtung (5) zum Aufheizen des Abgases umfasst, wobei diese Einrichtung (5) zum Aufheizen des Abgases einen ersten Dieseloxidationskatalysator (6) umfasst, die Abgasnachbehandlungseinrichtung (4) nachfolgend zur Einrichtung (5) zum Aufheizen des Abgases in der Abgasleitung (2) eine Einrichtung (7) zum Einbringen eines ersten Hilfsmittels umfasst, nachfolgend einen ersten SCR-Katalysator (8) und einen Dieselpartikelfilter (9) umfasst und an diese anschließend einen Sperrkatalysator (10) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einrichtung (5) zum Aufheizen des Abgases stromaufwärts des ersten Dieseloxidationskatalysators (6) eine Einrichtung (11) zum Einbringen eines zweiten Hilfsmittels angeordnet ist.Internal combustion engine ( 1 ) with exhaust gas recirculation with one with the internal combustion engine ( 1 ) fluidly connected exhaust pipe ( 2 ), at the fluidically an exhaust aftertreatment device ( 4 ), which in the exhaust pipe ( 2 ) in the flow direction ( 3 ) of the exhaust gas is a device ( 5 ) for heating the exhaust gas, this device ( 5 ) for heating the exhaust gas, a first diesel oxidation catalyst ( 6 ), the exhaust aftertreatment device ( 4 ) following the establishment ( 5 ) for heating the exhaust gas in the exhaust pipe ( 2 ) An institution ( 7 ) for introducing a first auxiliary, then a first SCR catalyst ( 8th ) and a diesel particulate filter ( 9 ) and to this then a blocking catalyst ( 10 ), characterized in that in the device ( 5 ) for heating the exhaust gas upstream of the first diesel oxidation catalyst ( 6 ) An institution ( 11 ) is arranged for introducing a second auxiliary means. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (5) zum Aufheizen des Abgases in der Abgasleitung (2) direkt nach der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the device ( 5 ) for heating the exhaust gas in the exhaust pipe ( 2 ) directly after the internal combustion engine ( 1 ) is arranged. Brennkraftmaschine gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste SCR-Katalysator (8) und der Dieselpartikelfilter (9) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.Internal combustion engine according to claims 1 or 2, characterized in that the first SCR catalytic converter ( 8th ) and the diesel particulate filter ( 9 ) are arranged in a common housing. Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste SCR-Katalysator (8) als Beschichtung auf dem Dieselpartikelfilter (9) aufgebracht ist.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first SCR catalytic converter ( 8th ) as a coating on the diesel particulate filter ( 9 ) is applied. Brennkraftmaschine gemäß den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des gemeinsamen Gehäuses vom ersten SCR-Katalysator (8) und Dieselpartikelfilter (9) sowie stromaufwärts vom Sperrkatalysator (10) ein zweiter SCR-Katalysator (12) angeordnet ist.Internal combustion engine according to claims 3 or 4, characterized in that downstream of the common housing of the first SCR catalyst ( 8th ) and diesel particulate filter ( 9 ) and upstream of the barrier catalyst ( 10 ) a second SCR catalyst ( 12 ) is arranged. Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Dieselpartikelfilters (9) sowie stromaufwärts vom Sperrkatalysator (10) ein zweiter SCR-Katalysator (12) angeordnet ist.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that downstream of the diesel particulate filter ( 9 ) and upstream of the barrier catalyst ( 10 ) a second SCR catalyst ( 12 ) is arranged. Brennkraftmaschine gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Dieseloxidationskatatysator (13) die Funktion eines Sperrkatalysators übernimmt.Internal combustion engine according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that a second Dieseloxidationskatatysator ( 13 ) assumes the function of a blocking catalytic converter. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste SCR-Katalysator (8) und der Sperrkatalysator (10) als entsprechende Beschichtungen auf dem Dieselpartikelfilter (9) aufgebracht sind.Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the first SCR catalytic converter ( 8th ) and the blocking catalyst ( 10 ) as corresponding coatings on the diesel particulate filter ( 9 ) are applied. Brennkraftmaschine gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hilfsmittel eine Harnstoffwasserlösung und/oder Festharnstoff und/oder Ammoniakgas und/oder ein Kohlenwasserstoff und/oder eine Mischung aus Kohlenwasserstoffen ist.Internal combustion engine according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the first aid is a urea water solution and / or solid urea and / or ammonia gas and / or a hydrocarbon and / or a mixture of hydrocarbons. Brennkraftmaschine gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hilfsmittel ein Kohlenwasserstoff oder eine Mischung aus Kohlenwasserstoffen ist.Internal combustion engine according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the second aid is a hydrocarbon or a mixture of hydrocarbons.
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