DE102017201597A1 - EXHAUST TREATMENT SYSTEM IN WHICH A RESPONSE IS INJECTED INTO A TURBOCHARGER BYPASS CHANNEL - Google Patents
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Abstract
Es ist ein Abgasbehandlungssystem für ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Abgassystem umfasst: einen Abgaskanal, eine Turboladerturbine, die am Abgaskanal bereitgestellt ist, einen Turbolader-Bypass-Kanal, der ein erstes und ein zweites Ende umfasst, wobei das erste Ende prozessaufwärts der Turboladerturbine mit dem Abgaskanal in Fluidverbindung steht und das zweite Ende prozessabwärts des Turboladers mit dem Abgaskanal in Fluidverbindung steht, eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die prozessabwärts des Turbolader-Bypass-Kanals bereitgestellt ist, und einen Einspritzer, der am Turbolader-Bypass-Kanal bereitgestellt und dafür gestaltet ist, ein Reaktionsmittel in den Turbolader-Bypass-Kanal einzuführen.There is provided an exhaust treatment system for a vehicle. The exhaust system includes: an exhaust passage, a turbocharger turbine provided at the exhaust passage, a turbocharger bypass passage including first and second ends, the first end upstream of the turbocharger turbine being in fluid communication with the exhaust passage and the second end downstream of the process the turbocharger is in fluid communication with the exhaust passage, an exhaust aftertreatment device provided downstream of the turbocharger bypass passage, and an injector provided at the turbocharger bypass passage and configured to introduce a reactant into the turbocharger bypass passage ,
Description
Die vorliegenden Offenbarung betrifft ein Abgassystem für ein Kraftfahrzeug und befasst sich insbesondere, aber nicht ausschließlich, mit einem Abgassystem, das dafür gestaltet ist, die Wirksamkeit von einer oder mehreren Abgasbehandlungsvorrichtungen zu verbessern, die in dem System bereitgestellt sind.The present disclosure relates to an exhaust system for a motor vehicle and is particularly, but not exclusively, concerned with an exhaust system designed to enhance the effectiveness of one or more exhaust treatment devices provided in the system.
Fahrzeuge, wie beispielsweise Kraftfahrzeuge, sind typischerweise mit Abgasnachbehandlungsvorrichtungen ausgestattet, die dafür gestaltet sind, die Menge umweltschädlicher Substanzen zu verringern, die in Gasen, die vom Fahrzeug ausgestoßen werden, vorhanden sind. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen umfassen häufig einen Katalysator, der durch die Abgase auf eine Zündtemperatur erwärmt wird, bevor er beginnt, effizient Schadstoffe aus dem Abgas zu entfernen.Vehicles, such as automobiles, are typically equipped with exhaust aftertreatment devices that are designed to reduce the amount of environmentally harmful substances that are present in gases emitted from the vehicle. The exhaust aftertreatment devices often include a catalyst that is heated to an ignition temperature by the exhaust gases before it starts to efficiently remove pollutants from the exhaust gas.
Mit dem effizienter werden moderner Motoren werden Abgase bei verringerten Temperaturen vom Motor ausgestoßen. Die Zeitspanne, die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen benötigen, um die gewünschte Betriebstemperatur zu erreichen nimmt deshalb zu.With the efficiency of modern engines, exhaust gases are expelled from the engine at reduced temperatures. Therefore, the amount of time required for exhaust aftertreatment devices to reach the desired operating temperature increases.
Unter der Gesetzgebung der Euro-6-Abgasnorm müssen Emissionen bei allen Fahrzyklen im realen Betrieb (Real-World-Fahrzyklus) mit den gesetzlich geregelten Emissionsgrenzen übereinstimmen und somit müssen Emissionen sowohl bei höheren als auch bei niedrigeren Temperaturen gesteuert werden.Under the legislation of the Euro 6 emission standard, emissions in all real-world driving cycles must comply with the legally regulated emission limits and thus emissions must be controlled at both higher and lower temperatures.
Deshalb ist eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung wünschenswert, die in einem Bereich erhöhter Temperaturen effizient arbeiten kann.Therefore, an exhaust aftertreatment device that can operate efficiently in a range of elevated temperatures is desirable.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Abgassystem für ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes umfasst: einen Abgaskanal, eine am Abgaskanal bereitgestellte Turboladerturbine, einen Turbolader-Bypass-Kanal, der ein erstes und ein zweites Ende umfasst, wobei das erste Ende prozessaufwärts der Turboladerturbine mit dem Abgaskanal in Fluidverbindung steht und das zweite Ende prozessabwärts des Turboladers mit dem Abgaskanal in Fluidverbindung steht, eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die prozessabwärts des Turbolader-Bypass-Kanals bereitgestellt ist, einen Einspritzer, der am Turbolader-Bypass-Kanal bereitgestellt und dafür gestaltet ist, ein Reaktionsmittel, das Wasserstoff umfasst, in den Turbolader-Bypass-Kanal einzuführen, und eine Wasserstoffquelle, die dafür gestaltet ist, dem Einspritzer den Wasserstoff bereitzustellen.According to another aspect of the present disclosure, there is provided an exhaust system for a vehicle, comprising: an exhaust passage, a turbocharger turbine provided on the exhaust passage, a turbocharger bypass passage including first and second ends, the first end upstream of the engine Turbocharger turbine is in fluid communication with the exhaust passage and the second end downstream of the turbocharger in fluid communication with the exhaust passage, an exhaust aftertreatment device, which is provided downstream of the turbocharger bypass passage, an injector, which is provided and designed for the turbocharger bypass passage to introduce a reactant comprising hydrogen into the turbocharger bypass passage, and a hydrogen source configured to provide the hydrogen to the injector.
Der Turbolader-Bypass-Kanal und/oder der Einspritzer kann/können derart gestaltet sein, dass sich das Reaktionsmittel zuerst mit den Abgasen im Turbolader-Bypass-Kanal mischt.The turbocharger bypass passage and / or the injector may be configured such that the reactant first mixes with the exhaust gases in the turbocharger bypass passage.
Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann einen Katalysator umfassen, der dafür gestaltet ist, eine Reaktion zwischen den Abgasen und dem Reaktionsmittel zu katalysieren. Der Katalysator kann einen Zeolith-Katalysator umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann der Katalysator einen Metallkatalysator der Platingruppe, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion und/oder einen Dieseloxidationskatalysator umfassen.The exhaust aftertreatment device may include a catalyst configured to catalyze a reaction between the exhaust gases and the reactant. The catalyst may comprise a zeolite catalyst. Additionally or alternatively, the catalyst may comprise a platinum group metal catalyst, a selective catalytic reduction catalyst, and / or a diesel oxidation catalyst.
Der Einspritzer kann dafür gestaltet sein, das Reaktionsmittel während eines Regenerationsereignisses der Abgasnachbehandlungsvorrichtung einzuführen. Zusätzlich oder alternativ kann der Einspritzer dafür gestaltet sein, das Reaktionsmittel während eines DeNOx- und/oder DeSOx-Ereignisses der Nachbehandlungsvorrichtung einzuführen.The injector may be configured to introduce the reactant to the exhaust aftertreatment device during a regeneration event. Additionally or alternatively, the injector may be configured to introduce the reactant to the aftertreatment device during a DeNOx and / or DeSOx event.
Die Wasserstoffquelle kann einen Wasserstoffgenerator umfassen, der dafür gestaltet ist, Wasserstoff zu erzeugen, wenn dieser für das Abgassystem erforderlich ist. Der Wasserstoffgenerator kann gefordert sein, die Menge an Wasserstoff zu erzeugen, die durch den Einspritzer eingespritzt werden soll. Zusätzlich oder alternativ kann der Wasserstoffgenerator dafür gestaltet sein, Wasserstoff für das Speichern in einem Behälter der Wasserstoffquelle zu erzeugen. Der Wasserstoffgenerator kann nur zum Erzeugen von Wasserstoff verwendet werden, wenn im Behälter nicht ausreichend Wasserstoff zur Verfügung steht.The hydrogen source may include a hydrogen generator configured to generate hydrogen when required by the exhaust system. The hydrogen generator may be required to generate the amount of hydrogen to be injected by the injector. Additionally or alternatively, the hydrogen generator may be configured to generate hydrogen for storage in a reservoir of the hydrogen source. The hydrogen generator can only be used to generate hydrogen if insufficient hydrogen is available in the container.
Das Abgassystem kann ferner ein Bypass-Ventil umfassen. Das Bypass-Ventil kann dafür gestaltet sein, den Strom der Abgase durch den Turbolader-Bypass-Kanal zu steuern. Zusätzlich oder alternativ kann das Bypass-Ventil dafür gestaltet sein, den Druck der Abgase im Turbolader-Bypass-Kanal zu steuern.The exhaust system may further include a bypass valve. The bypass valve may be configured to control the flow of exhaust gases through the turbocharger bypass passage. Additionally or alternatively, the bypass valve may be configured to control the pressure of the exhaust gases in the turbocharger bypass passage.
Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die Abgasnachbehandlungsvorrichtung eine Mager-NOx-Falle umfassen.The exhaust aftertreatment device may include a selective catalytic reduction device. Additionally or alternatively, the exhaust aftertreatment device may include a lean NOx trap.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei das Fahrzeug Folgendes umfasst: einen Motor, einen Abgaskanal, eine am Abgaskanal bereitgestellte Turboladerturbine, einen Turbolader-Bypass-Kanal, der ein erstes und ein zweites Ende umfasst, wobei das erste Ende prozessaufwärts der Turboladerturbine mit dem Abgaskanal in Fluidverbindung steht und das zweite Ende prozessabwärts des Turboladers mit dem Abgaskanal in Fluidverbindung steht, eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die prozessabwärts des Turbolader-Bypass-Kanals bereitgestellt ist, wobei die Abgasbehandlungsvorrichtung einen Katalysator umfasst, einen Einspritzer, der am Turbolader-Bypass-Kanal bereitgestellt ist, und eine Wasserstoffquelle, die dafür gestaltet ist, dem Einspritzer Wasserstoff bereitzustellen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Einführen eines Reaktionsmittels, das Wasserstoff von der Wasserstoffquelle umfasst, in den Turbolader-Bypass-Kanal unter Verwendung des Einspritzers.According to another aspect of the present disclosure, there is provided a method of operating a vehicle, the vehicle comprising: an engine, an exhaust passage, a turbocharger turbine provided on the exhaust passage, a turbocharger bypass passage including first and second ends; wherein the first end upstream of the turbocharger turbine is in fluid communication with the exhaust passage and the second end of the turbocharger is in fluid communication with the exhaust passage, an exhaust aftertreatment device provided downstream of the turbocharger bypass passage, the exhaust treatment device including a catalyst, an injector provided on the turbocharger bypass passage, and a hydrogen source configured to provide hydrogen to the injector, the method comprising: introducing a reagent comprising hydrogen from the hydrogen source into the turbocharger bypass passage using the injector.
Das Verfahren kann ferner das Betreiben des Motors unter fetten Verbrennungsbedingungen umfassen. Das Reaktionsmittel kann eingeführt werden, während der Motor unter fetten Verbrennungsbedingungen arbeitet.The method may further include operating the engine under rich combustion conditions. The reactant may be introduced while the engine is operating under rich combustion conditions.
Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren ferner das Betreiben des Motors zum Erhöhen der Temperatur der Abgase umfassen. Das Reaktionsmittel kann eingeführt werden, während der Motor arbeitet, um die Temperatur der Abgase zu erhöhen.Additionally or alternatively, the method may further include operating the engine to increase the temperature of the exhaust gases. The reactant may be introduced while the engine is operating to increase the temperature of the exhaust gases.
Anders ausgedrückt kann das Reaktionsmittel eingeführt werden, während der Motor unter heißen und/oder fetten Verbrennungsbedingungen läuft. In other words, the reactant may be introduced while the engine is running under hot and / or rich combustion conditions.
Das Fahrzeug kann ferner ein Bypass-Ventil umfassen, das dafür gestaltet ist, den Strom von Abgasen durch den Turbolader-Bypass-Kanal zu steuern. Das Verfahren kann ferner das Betreiben des Bypass-Ventils zum Ändern einer Durchflussmenge von Abgasen durch den Bypass-Kanal während des Einführens des Reaktionsmittels umfassen. Zum Beispiel kann die Durchflussmenge an Bypass-Abgasen erhöht oder verringert werden, während das Reaktionsmittel eingespritzt wird.The vehicle may further include a bypass valve configured to control the flow of exhaust gases through the turbocharger bypass passage. The method may further include operating the by-pass valve to alter a flow rate of exhaust gases through the bypass passage during introduction of the reactant. For example, the flow rate of bypass exhaust gases may be increased or decreased while injecting the reactant.
Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren das Betreiben des Bypass-Ventils zum Ändern eines Drucks der Abgase im Bypass-Kanal während des Einführens des Reaktionsmittels umfassen. Zum Beispiel kann der Druck des Bypass-Abgases erhöht oder gesenkt werden, während das Reaktionsmittel eingespritzt wird.Additionally or alternatively, the method may include operating the bypass valve to change a pressure of the exhaust gases in the bypass passage during the introduction of the reactant. For example, the pressure of the bypass exhaust gas may be increased or decreased while the reactant is being injected.
Das Bypass-Ventil kann gesteuert werden, um Reaktionen zwischen dem Reaktionsmittel und den Abgasen prozessaufwärts des Katalysators zu minimieren.The bypass valve may be controlled to minimize reactions between the reactant and the exhaust gases upstream of the catalyst.
Das Reaktionsmittel kann jede Substanz umfassen, die dafür gestaltet ist, in Anwesenheit des Katalysators mit den Abgasen zu reagieren. Zum Beispiel kann das Reaktionsmittel nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe, ein Reformergas und/oder Ammoniakgas umfassen.The reactant may comprise any substance designed to react with the exhaust gases in the presence of the catalyst. For example, the reactant may include unburned hydrocarbons, a reformer gas, and / or ammonia gas.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Fahrzeug bereitgestellt, welches das Abgassystem gemäß einem zuvor genannten Aspekt der Offenbarung umfasst.In accordance with another aspect of the present disclosure, a vehicle is provided that includes the exhaust system according to any preceding aspect of the disclosure.
Um unnötige doppelte Mühen und Wiederholungen von Text in der Beschreibung zu vermeiden, sind bestimmte Merkmale nur in Bezug auf einen oder mehrere Aspekte oder nur eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass Merkmale, die in Bezug auf einen beliebigen Aspekt oder eine beliebige Ausführungsform der Erfindung beschrieben sind, wo es technisch möglich ist, auch mit einem beliebigen andere Aspekt oder einer beliebigen anderen Ausführungsform der Erfindung innerhalb des Geltungsbereichs der Ansprüche verwendet werden können.To avoid unnecessary duplication and repetition of text in the specification, certain features are described only in terms of one or more aspects or only one or more embodiments of the invention. It is to be understood, however, that features described with respect to any aspect or embodiment of the invention, where technically possible, will also be used with any other aspect or any other embodiment of the invention within the scope of the claims can.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und zur deutlicheren Darstellung, wie diese verwirklicht werden kann, wird nun beispielshalber auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:For a better understanding of the present invention and to more clearly illustrate how this may be carried into effect, reference will now be made, by way of example, to the accompanying drawings. Show it:
Bezüglich
In
Das AGR-System
Das Abgassystem
Abgase, die nicht über das AGR-System
Das Abgassystem
Es kann ein Turbolader-Bypass-Ventil
Wenn die umgeleiteten Abgase den Bypass-Kanal
Die LNT
Um die LNT
Während der Verwendung kann die LNT
Die LNT
Die SCR-Vorrichtung
Bei anderen Anordnungen (nicht dargestellt), kann das Abgassystem
Bei einer weiteren Anordnung (nicht dargestellt), kann das Abgassystem
Zusätzlich oder alternativ kann das Abgassystem
Und nochmals zusätzlich oder alternativ kann das Abgassystem eine kombinierte Nachbehandlungsvorrichtung umfassen, wie beispielsweise eine Kombination aus einer Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion und einem Dieselpartikelfilter (SCR/DPF), welche die Funktionen der oben beschriebenen Vorrichtungen kombiniert. Auf Wunsch kann eine andere Abgasnachbehandlungsvorrichtung enthalten sein. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen können im Abgassystem in beliebiger Reihenfolge bereitgestellt sein.And additionally or alternatively, the exhaust system may include a combined aftertreatment device, such as a combination of a selective catalytic reduction device and a diesel particulate filter (SCR / DPF), which combines the functions of the devices described above. If desired, another exhaust aftertreatment device may be included. The exhaust aftertreatment devices may be provided in the exhaust system in any order.
Sobald die Abgase durch die LNT
Das Fahrzeug
Wie in
Das Bereitstellen des Einspritzers
Wasserstoffgas, das in den Turbolader-Bypass-Kanal
Wasserstoff kann vorrangig vor dem Einführen von Ammoniak in die SCR in den Turbolader-Bypass-Kanal
Unter einigen Bedingungen, wie zum Beispiel, wenn die Abgase und/oder die SCR-Vorrichtung
Ist die Temperatur der SCR-Vorrichtung hoch, ist es möglicherweise nicht vorteilhaft, Wasserstoff einzuführen. Zum Beispiel wird die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen dem Wasserstoff und dem im Abgas vorhandenen Sauerstoff erhöht und der Wasserstoff kann NOx oder andere in den Abgasen vorhandene Schadstoffe weniger effektiv reduzieren. Somit kann es bei hohen Temperaturen wünschenswert sein, Ammoniak als Reduktionsmittel zu verwenden.If the temperature of the SCR device is high, it may not be advantageous to introduce hydrogen. For example, the rate of reaction between the hydrogen and the oxygen present in the exhaust gas is increased and the hydrogen can less effectively reduce NOx or other pollutants present in the exhaust gases. Thus, at high temperatures, it may be desirable to use ammonia as the reducing agent.
Bei mittleren Temperaturen kann es wünschenswert sein, sowohl Wasserstoff als auch Ammoniak einzuführen. Durch Einführen von sowohl Wasserstoff als auch Ammoniak kann die Wirksamkeit der SCR-Vorrichtung erhöht werden (verglichen mit der Einzelverwendung von Wasserstoff oder Ammoniak) und die Temperatur der SCR kann infolge der Reaktion zwischen dem Wasserstoff und Sauerstoff fortgesetzt steigen.At intermediate temperatures, it may be desirable to introduce both hydrogen and ammonia. By introducing both hydrogen and ammonia, the effectiveness of the SCR device can be increased (compared with the single use of hydrogen or ammonia) and the temperature of the SCR may continue to increase due to the reaction between the hydrogen and oxygen.
Wie oben angeführt, adsorbiert die LNT
Wie oben angeführt, kann es außerdem notwendig sein, den DeSOx-Vorgang auszuführen, um SOx zu entfernen, das im Zeolithkatalysator gespeichert wurde. Das Einführen von Wasserstoff während DeSOx kann die Wirksamkeit des DeSOx-Vorgangs verbessern. Wasserstoff kann tiefer und/oder schneller in den Zeolithkatalysator diffundieren, was zu einer erhöhten Rate der SOx-Entfernung führen kann. Zusätzlich oder alternativ kann es möglich sein, beim Einführen von Wasserstoff den DeSOx-Vorgang bei niedrigeren Temperaturen und Betreiben des Motors unter weniger mageren Bedingungen auszuführen.As stated above, it may also be necessary to carry out the DeSO x process to remove SO x that has been stored in the zeolite catalyst. The introduction of hydrogen during DeSO x can improve the efficiency of the DeSO x process. Hydrogen can diffuse deeper and / or faster into the zeolite catalyst, which can lead to an increased rate of SO x removal. Additionally or alternatively, upon introduction of hydrogen, it may be possible to carry out the DeSO x operation at lower temperatures and operating the engine under less lean conditions.
Wenn die LNT
Wird Wasserstoff für die oben beschriebenen Zwecke bereitgestellt, kann der Wasserstoff prozessaufwärts der Abgasnachbehandlungsvorrichtung
Wenn Wasserstoff in den Turbolader-Bypass-Kanal
Das Turbolader-Bypass-Ventil
Das Steuern des relativen Drucks des Wasserstoffs, der umgeleiteten Abgase und/oder des Hauptabgasstromes ermöglicht es, die Verteilung von Wasserstoff in den Abgasen an der LNT
Anhand von
Das Verfahren
Das Verfahren
Wenn das Turbolader-Bypass-Ventil
Obwohl die vorstehende Beschreibung anhand des Einführens von Wasserstoff in die Abgase gegeben wurde, ist gleichermaßen vorgesehen, dass unter Verwendung des Einspritzers
Claims (23)
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