DE102017207767B4 - Emission control method for nitrogen oxides and / or ammonia - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Behandlung eines von einem Verbrennungsmotor (2) erzeugten Abgasstroms (4), aufweisend:- Erzeugen eines Abgasstroms (4) in einem Verbrennungsmotor (2),- Einleiten des Abgasstroms (4) in ein Abgassystem,- Behandeln des Abgasstroms (4) in einem Stickoxidreduktionskatalysator (9),- nachfolgendes Aufteilen des Abgasstroms (4) in einen zum Verbrennungsmotor rückzuführenden Abgasstrom (4a) und einen an die Umgebung abzugebenden Abgasstrom (4b) und- Behandeln des rückzuführenden Abgasstroms (4a) in einem SCR-Katalysator (11),- Behandeln des an die Umgebung abzugebenden Abgasstroms (4b) in einem SCR-Katalysator (11).- Zuführen eines Reduktionsmittels zum an die Umgebung abzugebenden Abgasstrom (4b) vor dessen Behandlung in dem SCR-Katalysator (11)- Bestimmen voni. Ammoniak- und/oder Stickoxidkonzentrationen des Abgasstroms (4, 4a, 4b) stromabwärts des in der Abgasrückführungsleitung (10) angeordneten SCR-Katalysators (11) und/oder stromabwärts des stromabwärts der Abgasrückführungsleitung (10) angeordneten SCR-Katalysators (11) und/oder stromabwärts des Stickoxidreduktionskatalysators (9) stromaufwärts der Abgasrückführungsleitung (10) und/oder stromaufwärts des Stickoxidreduktionskatalysators (9) und/oderii. Ammoniakbeladungen der SCR-Katalysatoren (9, 11), als Regelgrößen,- Steuern oder Regeln der Regelgrößen mittels Einstellung der Zufuhr des Reduktionsmittels zum an die Umgebung abzugebenden Abgasstrom (4b) vor dessen Behandlung in dem SCR-Katalysator (11) und/oder der Zufuhr des Reduktionsmittels zum Abgasstrom (4) vor dessen Behandlung im Stickoxidreduktionskatalysator (9), gekennzeichnet durch- Bestimmen der Ammoniakkonzentration des Abgasstroms (4a) stromabwärts des in der Abgasrückführungsleitung (10) angeordneten SCR-Katalysators (11),- Vergleichen der bestimmten Ammoniakkonzentration des Abgasstroms (4a) stromabwärts des in der Abgasrückführungsleitung (10) angeordneten SCR-Katalysators (11) mit einem vorgegebenen Grenzwert, und- falls der Grenzwert überschritten wird, Verringern der Ammoniakkonzentration im Abgasstrom (4) stromabwärts des Stickoxidreduktionskatalysators (9) stromaufwärts der Abgasrückführungsleitung (10) und Erhöhen der Menge des zum an die Umgebung abzugebenden Abgasstrom (4b) vor dessen Behandlung in dem SCR-Katalysator (11) zuzuführenden Reduktionsmittels.Method for treating an exhaust gas stream (4) generated by an internal combustion engine (2), comprising: - generating an exhaust gas stream (4) in an internal combustion engine (2), - introducing the exhaust gas stream (4) into an exhaust gas system, - treating the exhaust gas stream (4) in a nitrogen oxide reduction catalyst (9), - subsequent division of the exhaust gas stream (4) into an exhaust gas stream (4a) to be returned to the internal combustion engine and an exhaust gas stream (4b) to be released to the environment, and - treatment of the exhaust gas stream (4a) to be returned into an SCR catalyst (11 ) - treating the exhaust gas stream (4b) to be released into the environment in an SCR catalytic converter (11). - supplying a reducing agent to the exhaust gas stream (4b) to be given off to the environment before its treatment in the SCR catalytic converter (11) - determining i. Ammonia and / or nitrogen oxide concentrations of the exhaust gas stream (4, 4a, 4b) downstream of the SCR catalytic converter (11) arranged in the exhaust gas recirculation line (10) and / or downstream of the SCR catalytic converter (11) arranged and downstream of the exhaust gas recirculation line (10) or downstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter (9) upstream of the exhaust gas recirculation line (10) and / or upstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter (9) and / orii. Ammonia loads of the SCR catalysts (9, 11), as control variables, - controlling or regulating the control variables by adjusting the supply of the reducing agent to the exhaust gas stream (4b) to be released to the environment before its treatment in the SCR catalyst (11) and / or Supply of the reducing agent to the exhaust gas stream (4) before its treatment in the nitrogen oxide reduction catalytic converter (9), characterized by - determining the ammonia concentration of the exhaust gas stream (4a) downstream of the SCR catalytic converter (11) arranged in the exhaust gas recirculation line (10), - comparing the determined ammonia concentration of the Exhaust gas flow (4a) downstream of the SCR catalytic converter (11) arranged in the exhaust gas recirculation line (10) with a predetermined limit value and, if the limit value is exceeded, reducing the ammonia concentration in the exhaust gas flow (4) downstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter (9) upstream of the exhaust gas recirculation line ( 10) and increasing the amount of that to be released to the environment Exhaust gas stream (4b) prior to its treatment in the reducing agent to be supplied in the SCR catalytic converter (11).
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Behandlung eines von einem Verbrennungsmotor erzeugten Abgasstroms.The invention relates to methods for treating an exhaust gas flow generated by an internal combustion engine.
Im Abgas von Verbrennungsmotoren befinden sich Schadstoffe, wie z. B. Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoffmonoxid und Stickoxide (NOx), deren Emissionsgrenzwerte in vielen Ländern gesetzlich geregelt sind. Um die Schadstoffemission durch Abgase zu verringern, werden Abgasnachbehandlungseinrichtungen, z. B. Katalysatoren, eingesetzt, mit denen die genannten Schadstoffe in ungiftige Stoffe, wie Kohlenstoffdioxid, Wasser und Stickstoff, durch Oxidation oder Reduktion umgewandelt werden können.In the exhaust gas from internal combustion engines there are pollutants, such as. As hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides (NO x ), the emission limit values are regulated by law in many countries. In order to reduce pollutant emissions from exhaust gases, exhaust gas aftertreatment devices, e.g. B. catalysts are used with which the pollutants mentioned can be converted into non-toxic substances such as carbon dioxide, water and nitrogen by oxidation or reduction.
Mittels herkömmlicher geregelter 3-Wege-Katalysatoren können Stickoxide jedoch nur zu Stickstoff reduziert werden, sofern ein konstant stöchiometrisches Verhältnis von Luft zu Kraftstoff (λ = 1) vorhanden ist. Bereits bei geringen Abweichungen in den mageren Bereich (λ > 1), d. h. bei Sauerstoffüberschuss, werden die Stickoxide nicht mehr ausreichend reduziert. Ursache sind die in zu geringen Mengen vorhandenen Produkte unvollständiger Verbrennung, wie z. B. Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffe, da diese ihrerseits durch den überschüssigen Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid oxidiert werden. Entsprechend kann ein solcher Katalysator nur bei Fahrzeugen mit Ottomotor und Lambdaregelung, d. h. mit einer Überwachung der Zusammensetzung des Luft-Kraftstoff-Gemischs, eingesetzt werden. Bei Diesel- und Magermix-Ottomotoren sind hingegen andere Verfahren für die Behandlung von Stickoxiden notwendig.Using conventional, regulated 3-way catalysts, nitrogen oxides can only be reduced to nitrogen if there is a constant stoichiometric ratio of air to fuel (λ = 1). Even with slight deviations in the lean area (λ> 1), i.e. H. If there is an excess of oxygen, the nitrogen oxides are no longer reduced sufficiently. The cause is the incomplete combustion of products in too small quantities, such as. B. carbon monoxide and hydrocarbons, since these in turn are oxidized to carbon dioxide by the excess oxygen. Accordingly, such a catalytic converter can only be used in vehicles with a gasoline engine and lambda control, i. H. with a monitoring of the composition of the air-fuel mixture. In contrast, other processes for the treatment of nitrogen oxides are necessary for diesel and lean mix petrol engines.
Für die Reduzierung von Stickoxidemissionen werden Stickoxidreduktionskatalysatoren eingesetzt, beispielsweise Katalysatoren zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Katalysator) oder NOx-Speicherkatalysatoren, auch als lean NOx trap (LNT-Katalysator), bezeichnet.To reduce nitrogen oxide emissions, nitrogen oxide reduction catalysts are used, for example catalysts for selective catalytic reduction (SCR catalyst) or NO x storage catalysts, also referred to as lean NO x trap (LNT catalyst).
Die Funktionsweise eines NOx-Speicherkatalysators beruht auf einer Zwischenspeicherung der Stickoxide und anschließender periodischer Reduktion, z. B mit Kraftstoff, während bei SCR-Katalysatoren Stickoxide kontinuierlich mittels Ammoniak reduziert werden, der beispielsweise aus einer wässrigen Harnstofflösung gewonnen werden kann, die stromaufwärts des SCR-Katalysators dem Abgasstrom zugeführt wird. Eine Spezialform eines SCR-Katalysators stellt ein SDPF-Katalysator dar, der als Dieselpartikelfilter (DPF) mit einer Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Beschichtung) ausgestattet ist. Die Verwendung von SCR-Katalysatoren zur Abgasnachbehandlung wird beispielsweise in der
Um eine optimale Wirkung eines SCR-Katalysators zu ermöglichen, ist die Dosierung einer von der Stickoxidemission des Motors abhängigen Menge an Ammoniak bzw. an Harnstoff zur Bildung von Ammoniak nötig. Dabei ist zu berücksichtigen, dass SCR-Katalysatoren Ammoniak speichern können.In order to enable an SCR catalytic converter to work optimally, it is necessary to dose a quantity of ammonia or urea that is dependent on the nitrogen oxide emission of the engine to form ammonia. It should be noted that SCR catalysts can store ammonia.
Ist die Dosierung zu gering, so sinkt der Wirkungsgrad der Stickoxidminderung und die Stickoxidemission in die Umgebung nimmt zu. Wird hingegen zu viel Ammoniak bzw. Harnstoff dosiert, so kann überschüssiger Ammoniak in die Umgebung gelangen. Um die Abgabe von Ammoniak (Ammoniak-Schlupf) in die Umgebung zu verhindern, kann stromabwärts des SCR-Katalysators ein Oxidationskatalysator (AMOX-Katalysator) vorgesehen sein. Dieser wandelt im Falle einer Ammoniak-Überdosierung Ammoniak in Stickstoff und Wasser um.If the dosage is too low, the efficiency of the nitrogen oxide reduction decreases and the nitrogen oxide emissions into the environment increase. If, however, too much ammonia or urea is dosed, excess ammonia can get into the environment. To prevent the release of ammonia (ammonia slip) into the environment, an oxidation catalytic converter (AMOX catalytic converter) can be provided downstream of the SCR catalytic converter. In the event of an ammonia overdose, this converts ammonia into nitrogen and water.
Eine weitere Maßnahme zur Verringerung der Emission von Stickoxiden in die Umgebung stellt die Abgasrückführung dar, wodurch die Verbrennungstemperatur des Kraftstoffs im Verbrennungsraum des Motors gesenkt werden kann. Durch die Absenkung der Verbrennungstemperatur werden weniger Stickoxide gebildet, da die Reaktionsgeschwindigkeit der Stickoxidbildung exponentiell mit der Verbrennungstemperatur zunimmt.A further measure for reducing the emission of nitrogen oxides into the environment is exhaust gas recirculation, as a result of which the combustion temperature of the fuel in the combustion chamber of the engine can be reduced. By lowering the combustion temperature, fewer nitrogen oxides are formed, since the reaction rate of nitrogen oxide formation increases exponentially with the combustion temperature.
Neben einer internen Abgasrückführung besteht die Möglichkeit einer externen Abgasrückführung, bei der das Abgas zunächst abgeleitet und über eine Abgasrückführungsleitung, die mit einem Kühler versehen sein kann, dem Ansaugtrakt des Motors wieder zugeführt wird. Beispielsweise kann die Abgasrückführungsleitung stromabwärts (Niederdruck-Abgasrückführung, siehe z. B.
Weiterhin ist bekannt, dass bei einer Niederdruck-Abgasrückführung im rückzuführenden Abgas ein gewisser Stickoxidanteil (Stickoxid-Schlupf) enthalten ist, der dem Verbrennungsraum wieder zugeführt wird und nachfolgend erneut in die Abgasnachbehandlungseinrichtung gelangt.Furthermore, it is known that in the case of low-pressure exhaust gas recirculation, a certain proportion of nitrogen oxide (nitrogen oxide slip) is contained in the exhaust gas to be recirculated, which is fed back into the combustion chamber and subsequently reaches the exhaust gas aftertreatment device again.
Zudem ist ein Stickoxid-Schlupf stromabwärts in Richtung des Auspuffendrohrs zu beobachten. Zur Behandlung dieser Stickoxide kann eine weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung, z. B. ein SCR-Katalysator, stromabwärts der Niederdruckabgasrückführungsleitung angeordnet sein. Der Ammoniakbedarf dieses SCR-Katalysators kann z. B. durch einen entsprechenden gewollten Ammoniak-Schlupf eines stromaufwärts der Niederdruckabgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators gedeckt werden, der mit einem gleichgerichteten Stickoxid-Schlupf einhergeht, wobei der Ammoniak-Schlupf und der Stickoxid-Schlupf auch zeitlich versetzt auftreten können. Dies bedeutet jedoch, dass der stromabwärts der Niederdruckabgasrückführungsleitung angeordnete SCR-Katalysator nur abhängig vom stromaufwärts der Niederdruckabgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysator betreiben werden kann.In addition, a nitrogen oxide slip can be observed downstream in the direction of the tailpipe. Can treat these nitrogen oxides another exhaust gas aftertreatment device, e.g. B. an SCR catalyst may be arranged downstream of the low pressure exhaust gas recirculation line. The ammonia requirement of this SCR catalyst can e.g. B. can be covered by a corresponding desired ammonia slip of an SCR catalytic converter arranged upstream of the low-pressure exhaust gas recirculation line, which is accompanied by a rectified nitrogen oxide slip, the ammonia slip and the nitrogen oxide slip also occurring at different times. However, this means that the SCR catalytic converter arranged downstream of the low-pressure exhaust gas recirculation line can only be operated as a function of the SCR catalytic converter arranged upstream of the low-pressure exhaust gas recirculation line.
Dies bedeutet jedoch, dass nicht nur der Abgasstrom, der dem stromabwärts der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysator zugeführt wird, Ammoniak enthält, sondern das gleichzeitig auch Ammoniak im rückzuführenden Abgasstrom enthalten ist und so dem Verbrennungsraum zugeführt wird. Im Verbrennungsraum kommt es zumindest teilweise zu einer Oxidation des Ammoniaks, d. h. es werden weitere Stickoxide gebildet.However, this means that not only the exhaust gas stream which is fed to the SCR catalytic converter arranged downstream of the exhaust gas recirculation line contains ammonia, but also that ammonia is also contained in the exhaust gas stream to be recirculated and is thus fed to the combustion chamber. In the combustion chamber there is at least partial oxidation of the ammonia, i. H. further nitrogen oxides are formed.
Dieser Vorgang ist unerwünscht, da zum einen weitere Stickoxide entstehen, die unter Verbrauch von Ammoniak nachbehandelt werden müssen und zum anderen dieser im Abgasstrom rückgeführte Teil des Ammoniaks nicht mehr für die Reduktion der Stickoxide im SCR-Katalysator zur Verfügung steht. Entsprechend ist ein erhöhter Verbrauch an Ammoniak festzustellen.This process is undesirable because, on the one hand, further nitrogen oxides are formed which have to be post-treated using ammonia and, on the other hand, this part of the ammonia which is recirculated in the exhaust gas stream is no longer available for the reduction of the nitrogen oxides in the SCR catalytic converter. Accordingly, an increased consumption of ammonia can be determined.
Für den Fall, dass eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Verminderung der Stickoxidemission als LNT-Katalysator ausgebildet ist, kann Ammoniak während der Regeneration des LNT-Katalysators durch Reduktion der gespeicherten Stickoxide mit unverbrauchtem Kraftstoff gebildet werden. Gelangt dieser Ammoniak in den rückzuführenden Abgasstrom, steigt der Kraftstoffverbrauch, da in diesem Fall unverbrauchter Kraftstoff als zusätzliches Reduktionsmittel zur Reduktion der durch Oxidation im Verbrennungsraum aus dem Ammoniak im rückzuführenden Abgasstrom gebildeten Stickoxide eingesetzt werden muss.In the event that an exhaust gas aftertreatment device for reducing the nitrogen oxide emission is designed as an LNT catalyst, ammonia can be formed during the regeneration of the LNT catalyst by reducing the stored nitrogen oxides with unused fuel. If this ammonia gets into the exhaust gas stream to be recycled, the fuel consumption increases, since in this case unused fuel must be used as an additional reducing agent for reducing the nitrogen oxides formed by oxidation in the combustion chamber from the ammonia in the exhaust gas stream to be recycled.
Ammoniak-Schlupf kann beispielsweise mit zunehmender Alterung eines SCR-Katalysators entstehen, da dessen Speicherkapazität für Ammoniak sinkt und bei gleichbleibender Ammoniakzufuhr entsprechend mehr Ammoniak-Schlupf zu beobachten ist. Eine weitere Ammoniakquelle kann, wie bereits ausgeführt, ein LNT-Katalysator darstellen, da bei dessen Regeneration Ammoniak aus den zuvor gespeicherten Stickoxiden gebildet werden kann.Ammonia slip can occur, for example, with increasing aging of an SCR catalytic converter, since its storage capacity for ammonia decreases and a correspondingly greater amount of ammonia slip can be observed with a constant ammonia supply. As already stated, a further ammonia source can be an LNT catalyst, since ammonia can be formed from the nitrogen oxides previously stored during its regeneration.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit anzugeben, die Emission von in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors enthaltenen Stickoxiden und/oder Ammoniak in die Umgebung zu kontrollieren. Zudem soll eine unerwünschte Zufuhr von Ammoniak in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors durch den rückzuführenden Abgasstrom verhindert werden.The object of the present invention is therefore to provide a possibility of controlling the emission of nitrogen oxides and / or ammonia contained in an exhaust gas stream of an internal combustion engine into the environment. In addition, an undesired supply of ammonia into the combustion chamber of the internal combustion engine is to be prevented by the exhaust gas stream to be recirculated.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche beinhalten Ausführungsvarianten dieser erfindungsgemäßen Lösungen.This object is achieved by the subject matter of the independent claims. The dependent claims contain design variants of these solutions according to the invention.
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, einen zusätzlichen SCR-Katalysator zur Behandlung von Stickoxiden in der NiederdruckAbgasrückführungsleitung anzuordnen. Dadurch kann im rückzuführenden Abgasstrom enthaltener Ammoniak sinnvoll, nämlich zur Reduktion von ebenso im rückzuführenden Abgasstrom enthaltenen Stickoxiden, eingesetzt werden. Somit kann einerseits verhindert werden, dass Ammoniak in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors gelangt und andererseits wird die Stickoxidemission in die Umgebung durch Verwendung der zusätzlichen Abgasnachbehandlungseinrichtung vermindert.The invention is based on the basic idea of arranging an additional SCR catalytic converter for the treatment of nitrogen oxides in the low-pressure exhaust gas recirculation line. As a result, ammonia contained in the exhaust gas stream to be recirculated can be sensibly used, namely to reduce nitrogen oxides also contained in the exhaust gas stream to be recirculated. Thus, on the one hand, ammonia can be prevented from entering the combustion chamber of the internal combustion engine and, on the other hand, the nitrogen oxide emission into the environment is reduced by using the additional exhaust gas aftertreatment device.
Weiterhin kann eine zusätzliche Zuführeinrichtung für Ammoniak oder ein Ammoniak bildendes Reagenz, wie z. B. eine wässrige Harnstofflösung, zwischen Abgasrückführungsleitung und einer stromabwärts der Abgasrückführungsleitung angeordneten weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung, ausgebildet z. B. als SCR-Katalysator, vorgesehen sein. Dies kann eine sehr genaue Steuerung oder Regelung der Ammoniak- und Stickoxidströme ermöglichen.Furthermore, an additional feed device for ammonia or an ammonia-forming reagent, such as. B. an aqueous urea solution, arranged between the exhaust gas recirculation line and a downstream of the exhaust gas recirculation line further exhaust gas aftertreatment device, z. B. be provided as an SCR catalyst. This can enable very precise control or regulation of the ammonia and nitrogen oxide flows.
Eine Anordnung umfasst einen Verbrennungsmotor, welcher einen Abgasstrom erzeugt und ein sich an den Verbrennungsmotor anschließendes Abgassystem zur Aufnahme des Abgasstroms. Das Abgassystem dient somit der Ableitung der Abgase aus dem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors. Zur Verringerung schädlicher Emissionen in die Umgebung umfasst das Abgassystem Abgasnachbehandlungseinrichtungen.An arrangement comprises an internal combustion engine which generates an exhaust gas flow and an exhaust gas system connected to the internal combustion engine for receiving the exhaust gas flow. The exhaust system thus serves to discharge the exhaust gases from the combustion chamber of the internal combustion engine. To reduce harmful emissions to the environment, the exhaust system includes exhaust after-treatment devices.
Das Abgassystem weist einen im Abgasstrom angeordneten Stickoxidreduktionskatalysator auf, d. h. einen Katalysator, welcher allgemein der Reduktion von Stickoxiden dient. Beispielsweise kann der Stickoxidreduktionskatalysator als SCR-Katalysator, z. B. als SDPF-Katalysator, oder LNT-Katalysator gemäß der einleitenden Beschreibung ausgebildet sein. Es besteht auch die Möglichkeit, mehrere Stickoxidreduktionskatalysatoren in Reihe oder parallel anzuordnen.The exhaust system has a nitrogen oxide reduction catalytic converter arranged in the exhaust gas stream, i. H. a catalyst which generally serves to reduce nitrogen oxides. For example, the nitrogen oxide reduction catalyst as an SCR catalyst, e.g. B. as SDPF catalyst, or LNT catalyst according to the introductory description. It is also possible to arrange several nitrogen oxide reduction catalysts in series or in parallel.
Optional kann das Abgassystem über eine stromaufwärts des im Abgasstrom angeordneten Stickoxidreduktionskatalysators angeordnete Turbine verfügen. Optionally, the exhaust system can have a turbine arranged upstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter arranged in the exhaust gas flow.
Weiterhin weist das Abgassystem eine Abgasrückführungsleitung auf, welche stromabwärts des Stickoxidreduktionskatalysators angeordnet ist. Sie dient der Verbindung des Abgassystems stromabwärts des Stickoxidreduktionskatalysators mit der Ansaugseite des Verbrennungsraums des Verbrennungsmotors. Beispielsweise kann die Abgasrückführungsleitung im Falle eines Abgassystems mit Turbine als Niederdruckabgasrückführungsleitung ausgebildet sein.Furthermore, the exhaust system has an exhaust gas recirculation line, which is arranged downstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter. It serves to connect the exhaust system downstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter to the intake side of the combustion chamber of the internal combustion engine. For example, the exhaust gas recirculation line can be designed as a low-pressure exhaust gas recirculation line in the case of an exhaust system with a turbine.
Beispielsweise mittels eines Abgasrückführungsventils kann der Abgasstrom in einen über die Abgasrückführungsleitung rückzuführenden Abgasstrom und einen an die Umgebung abzugebenden Abgasstrom aufgeteilt werden. Die Aufteilung des Abgasstroms kann dabei beliebig sein, d. h. jeder aufgeteilte Abgasstrom kann einen Volumenanteil im Bereich von 0 % bis 100 % des Gesamtvolumens des Abgasstroms aufweisen.For example, by means of an exhaust gas recirculation valve, the exhaust gas flow can be divided into an exhaust gas flow to be returned via the exhaust gas recirculation line and an exhaust gas flow to be released to the environment. The distribution of the exhaust gas flow can be arbitrary, i. H. each split exhaust stream can have a volume fraction in the range of 0% to 100% of the total volume of the exhaust stream.
Zudem ist ein in der Abgasrückführungsleitung angeordneter SCR-Katalysator vorgesehen. Dieser dient der Behandlung des über die Abgasrückführungsleitung rückzuführenden Abgasstroms.An SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line is also provided. This is used to treat the exhaust gas flow to be returned via the exhaust gas recirculation line.
Der im Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors erzeugte Abgasstrom gelangt also zunächst in den Stickoxidreduktionskatalysator. Anschließend teilt sich der mittels des Stickoxidreduktionskatalysators behandelte Abgasstrom, wodurch ein Teil des Abgasstroms über die Abgasrückführungsleitung dem Verbrennungsraum nach Behandlung mittels des in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators erneut zugeführt wird (rückzuführender Abgasstrom). Der andere Teil des Abgasstroms (an die Umgebung abzugebender Abgasstrom) verlässt das Abgassystem und wird, ggf. nach einer weiteren Abgasbehandlung, an die Umgebung abgegeben.The exhaust gas flow generated in the combustion chamber of the internal combustion engine therefore first reaches the nitrogen oxide reduction catalytic converter. The exhaust gas stream treated by means of the nitrogen oxide reduction catalytic converter then divides, as a result of which part of the exhaust gas stream is returned to the combustion chamber via the exhaust gas recirculation line after treatment by means of the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line (exhaust gas stream to be recirculated). The other part of the exhaust gas stream (exhaust gas stream to be released to the environment) leaves the exhaust system and is released to the environment, possibly after a further exhaust gas treatment.
Der in der Abgasrückführungsleitung angeordnete SCR-Katalysator dient primär der Verringerung des Ammoniakanteils im rückzuführenden Abgasstrom, indem der Ammoniak zumindest teilweise im SCR-Katalysator gespeichert und zur Reduktion von ebenfalls im rückzuführenden Abgasstrom vorhandenen Stickoxiden genutzt wird. Dadurch wird erreicht, dass dem Verbrennungsraum weniger oder kein Ammoniak mehr zugeführt wird und sich entsprechend weniger oder keine zusätzlichen Stickoxide aus Ammoniak im Verbrennungsraum bilden können, die ihrerseits ansonsten einer Nachbehandlung bedürften. Das für eine solche Nachbehandlung notwendige Reduktionsmittel, wie z. B. Ammoniak oder Kraftstoff, kann daher eingespart werden.The SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line primarily serves to reduce the proportion of ammonia in the exhaust gas stream to be recirculated, in that the ammonia is at least partially stored in the SCR catalytic converter and is used to reduce nitrogen oxides also present in the exhaust gas stream to be recirculated. It is thereby achieved that less or no more ammonia is fed to the combustion chamber and correspondingly fewer or no additional nitrogen oxides can form from ammonia in the combustion chamber, which in turn would otherwise require post-treatment. The reducing agent necessary for such post-treatment, such as. B. ammonia or fuel can therefore be saved.
Der Reduktionsmittelverbrauch kann außerdem dadurch, dass der im rückzuführenden Abgasstrom enthaltene Ammoniak zur Reduktion von ebenfalls im rückzuführenden Abgasstrom enthaltenen Stickoxiden mittels des in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators verwendet wird, weiter gesenkt werden.The reducing agent consumption can also be further reduced by using the ammonia contained in the exhaust gas stream to be recycled to reduce nitrogen oxides also contained in the exhaust gas stream to be recycled by means of the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line.
Dies kann zudem die Verwendung eines Stickoxidreduktionskatalysators stromaufwärts der Abgasrückführungsleitung mit geringeren Abmessungen ermöglichen, da der in der Abgasrückführungsleitung angeordnete SCR-Katalysator zusätzlich zur Behandlung der Stickoxide zur Verfügung steht. Dadurch können Probleme bei der Anordnung des Stickoxidreduktionskatalysators im Abgassystem aufgrund von Platzmangel in einem mit dem Verbrennungsmotor und dem Abgassystem ausgestatteten Fahrzeug minimiert werden.This can also enable the use of a nitrogen oxide reduction catalytic converter upstream of the exhaust gas recirculation line with smaller dimensions, since the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line is also available for the treatment of the nitrogen oxides. Problems with the arrangement of the nitrogen oxide reduction catalytic converter in the exhaust system due to lack of space in a vehicle equipped with the internal combustion engine and the exhaust system can thereby be minimized.
Es wurde außerdem festgestellt, dass sich der erfindungsgemäße Effekt der Reduzierung des Ammoniakanteils im rückzuführenden Abgasstrom mit anderen in der Abgasrückführungsleitung angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtungen nicht oder nur unter Entstehung anderer Nachteile herbeiführen lässt.It was also found that the effect according to the invention of reducing the ammonia portion in the exhaust gas stream to be recirculated cannot be brought about with other exhaust gas aftertreatment devices arranged in the exhaust gas recirculation line, or only with other disadvantages.
So würde die Anordnung eines Oxidationskatalysators zugleich eine Oxidation der im rückzuführenden Abgasstrom enthaltenen Kohlenwasserstoffe und/oder von enthaltenem Kohlenstoffmonoxid hervorrufen, die jedoch erst im Verbrennungsraum verbrannt (oxidiert) werden sollen, um den enthaltenen Brennwert für die Umwandlung in mechanische Energie verwenden zu können. Zudem wäre eine solche Oxidation in einem Oxidationskatalysator eine exotherme Reaktion, die in der Abgasrückführungsleitung, u. a. aus Sicherheitsgründen oder einer möglichen Schädigung von Bauteilen aufgrund einer durch die exotherme Reaktion verursachten Temperaturerhöhung, unerwünscht ist.The arrangement of an oxidation catalytic converter would at the same time cause an oxidation of the hydrocarbons and / or carbon monoxide contained in the exhaust gas stream to be recirculated, which, however, should only be burned (oxidized) in the combustion chamber in order to be able to use the contained calorific value for conversion into mechanical energy. In addition, such an oxidation in an oxidation catalyst would be an exothermic reaction that occurs in the exhaust gas recirculation line, and the like. a. for safety reasons or possible damage to components due to an increase in temperature caused by the exothermic reaction, is undesirable.
Auch die Anordnung eines LNT-Katalysators in der Abgasrückführungsleitung würde nicht zur Reduzierung des Ammoniakanteils im rückzuführenden Abgasstrom beitragen, solange Sauerstoffüberschuss im Abgasstrom herrscht, d. h. X > 1 ist. Ein Partikelfilter, z. B. Dieselpartikelfilter, hätte keinen oder nur einen sehr geringen Einfluss auf den Ammoniakanteil.The arrangement of an LNT catalyst in the exhaust gas recirculation line would not contribute to reducing the ammonia content in the exhaust gas stream to be recirculated, as long as there is an excess of oxygen in the exhaust gas stream, i. H. X is> 1. A particle filter, e.g. B. diesel particulate filter, would have little or no impact on the ammonia content.
Der in der Abgasrückführungsleitung angeordnete SCR-Katalysator kann beispielsweise funktionsgleich zu einem herkömmlichen SCR-Katalysator, z. B. einem als SCR-Katalysator ausgebildeten Stickoxidreduktionskatalysator stromaufwärts der Abgasrückführungsleitung, ausgebildet sein, aber deutlich geringere Abmessungen aufweisen, da nur ein Teil des Abgasstrom, z. B. 10 Vol.-%, 20 Vol.-% oder 30 Vol.-%, rückgeführt wird.The SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line can, for example, have the same function as a conventional SCR catalytic converter, e.g. B. a nitrogen oxide reduction catalyst designed as an SCR catalyst upstream of the Exhaust gas recirculation line, be formed, but have significantly smaller dimensions, since only part of the exhaust gas flow, for. B. 10 vol .-%, 20 vol .-% or 30 vol .-%, is recycled.
Stromaufwärts der Abgasrückführungsleitung können optional weitere Abgasnachbehandlungseinrichtungen, z. B. ein Partikelfilter zur Reduzierung der im Abgas vorhandenen Partikel, wie beispielsweise ein Dieselpartikelfilter, angeordnet sein.Upstream of the exhaust gas recirculation line, additional exhaust gas aftertreatment devices, e.g. B. a particle filter to reduce the particles present in the exhaust gas, such as a diesel particle filter, may be arranged.
Optional kann das Abgassystem über eine Turbine als Bestandteil eines Turboladers verfügen, die stromaufwärts des Stickoxidreduktionskatalysators und möglicher weiterer Abgasnachbehandlungseinrichtungen angeordnet ist. Die Turbine dient dem Antrieb eines Verdichters für die Ansaugluft des Verbrennungsmotors und bezieht ihre Energie aus der Entspannungsarbeit der Expansion über die Turbine.Optionally, the exhaust system can have a turbine as part of a turbocharger, which is arranged upstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter and possible further exhaust gas aftertreatment devices. The turbine serves to drive a compressor for the intake air of the internal combustion engine and draws its energy from the relaxation work of the expansion via the turbine.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann das Abgassystem weiterhin einen SCR-Katalysator und/oder weitere Abgasnachbehandlungseinrichtungen, z. B. ein AMOX-Katalysator, stromabwärts der Abgasrückführungsleitung aufweisen. Dies bedeutet, dass der nicht rückzuführende Anteil des Abgasstroms, d. h. der an die Umgebung abzugebende Abgasstrom, diesen SCR-Katalysator und/oder weitere Abgasnachbehandlungseinrichtungen durchströmt und anschließend an die Umgebung abgegeben wird.According to various design variants, the exhaust system can also include an SCR catalytic converter and / or further exhaust gas aftertreatment devices, e.g. B. an AMOX catalyst, downstream of the exhaust gas recirculation line. This means that the non-recyclable portion of the exhaust gas stream, i.e. H. the exhaust gas stream to be released to the environment flows through this SCR catalytic converter and / or further exhaust gas aftertreatment devices and is subsequently released to the environment.
Dieser stromabwärts der Abgasrückführungsleitung angeordnete SCR-Katalysator dient ebenfalls der Verringerung des Ammoniakanteils im Abgasstrom und der Umwandlung von Stickoxiden in nicht giftige Gase. Er trägt daher zu einer effektiven Abgasnachbehandlung bei und verringert die Stickoxidemission in die Umgebung.This SCR catalytic converter arranged downstream of the exhaust gas recirculation line also serves to reduce the ammonia content in the exhaust gas stream and to convert nitrogen oxides into non-toxic gases. It therefore contributes to effective exhaust gas aftertreatment and reduces nitrogen oxide emissions to the environment.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann das Abgassystem weiterhin eine Reduktionsmittelzuführeinrichtung stromabwärts der Abgasrückführungsleitung und stromaufwärts des SCR-Katalysators stromabwärts der Abgasrückführungsleitung aufweisen. Diese Reduktionsmittelzuführeinrichtung dient der Zufuhr eines Reduktionsmittels, wie z. B. Ammoniak oder Harnstoff, zum Abgasstrom, bevor der Abgasstrom den SCR-Katalysator stromabwärts der Abgasrückführungsleitung erreicht. Beispielsweise kann Ammoniak gasförmig oder Harnstoff in Form einer wässrigen Lösung zugeführt werden.According to further embodiment variants, the exhaust system can furthermore have a reducing agent supply device downstream of the exhaust gas recirculation line and upstream of the SCR catalytic converter downstream of the exhaust gas recirculation line. This reducing agent supply device is used to supply a reducing agent, such as. B. ammonia or urea, to the exhaust gas stream before the exhaust gas stream reaches the SCR catalyst downstream of the exhaust gas recirculation line. For example, ammonia can be supplied in gaseous form or urea in the form of an aqueous solution.
Somit besteht die Möglichkeit, die Menge des Reduktionsmittels entsprechend der Zusammensetzung des Abgasstroms, den Bedürfnissen des SCR-Katalysators und/oder Vorgaben hinsichtlich des an die Umgebung abzugebenden Abgasstroms, z. B. Grenzwerte für den Masseausstoß an Stickoxiden oder anderen Bestandteilen des Abgasstroms, anzupassen, d. h. zu steuern oder zu regeln.It is thus possible to adjust the amount of the reducing agent in accordance with the composition of the exhaust gas flow, the needs of the SCR catalytic converter and / or specifications with regard to the exhaust gas flow to be released to the environment, e.g. B. Adjust limit values for mass emissions of nitrogen oxides or other components of the exhaust gas flow, d. H. to control or regulate.
Insofern ist der SCR-Katalysator stromabwärts der Abgasrückführungsleitung nicht mehr auf einen Ammoniakschlupf des stromaufwärts angeordneten Stickoxidreduktionskatalysators angewiesen und seine Funktion kann unabhängig vom stromaufwärts angeordneten Stickoxidreduktionskatalysator gesteuert oder geregelt werden.In this respect, the SCR catalytic converter downstream of the exhaust gas recirculation line is no longer dependent on an ammonia slip from the upstream nitrogen oxide reduction catalytic converter and its function can be controlled or regulated independently of the upstream nitrogen oxide reduction catalytic converter.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann Stickoxidreduktionskatalysator als SCR-Katalysator oder LNT-Katalysator ausgebildet sein. Im Falle einer Ausbildung des Stickoxidreduktionskatalysators als SCR-Katalysator ist stromaufwärts des SCR-Katalysators eine Reduktionsmittelzuführeinrichtung angeordnet.According to further embodiment variants, nitrogen oxide reduction catalytic converter can be designed as an SCR catalytic converter or LNT catalytic converter. If the nitrogen oxide reduction catalytic converter is designed as an SCR catalytic converter, a reducing agent supply device is arranged upstream of the SCR catalytic converter.
Diese Reduktionsmittelzuführeinrichtung dient der Zufuhr eines Reduktionsmittels, wie z. B. Ammoniak oder Harnstoff, zum Abgasstrom, bevor der Abgasstrom den SCR-Katalysator stromaufwärts der Abgasrückführungsleitung erreicht. Beispielsweise kann Ammoniak gasförmig oder Harnstoff in Form einer wässrigen Lösung zugeführt werden.This reducing agent supply device is used to supply a reducing agent, such as. B. ammonia or urea, to the exhaust gas stream before the exhaust gas stream reaches the SCR catalyst upstream of the exhaust gas recirculation line. For example, ammonia can be supplied in gaseous form or urea in the form of an aqueous solution.
Die Kombination des in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators mit einem SCR-Katalysator stromabwärts der Abgasrückführungsleitung und einer Reduktionsmittelzuführeinrichtung stromabwärts der Abgasrückführungsleitung und stromaufwärts des SCR-Katalysators stromabwärts der Abgasrückführungsleitung ermöglicht eine effiziente Steuerung oder Regelung und damit Kontrolle der Abgasnachbehandlung, wie im Folgenden beispielhaft beschrieben.The combination of the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line with an SCR catalytic converter downstream of the exhaust gas recirculation line and a reducing agent supply device downstream of the exhaust gas recirculation line and upstream of the SCR catalytic converter downstream of the exhaust gas recirculation line enables efficient control or regulation and thus control of the exhaust gas aftertreatment, as described below by way of example .
Um den Ammoniakanteil im über die Abgasrückführungsleitung rückzuführenden Abgasstroms, d. h. den Ammoniak-Schlupf des in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators, möglichst gering zu halten, kann folgendermaßen vorgegangen werden, wobei zunächst der Fall betrachtet wird, dass der Stickoxidreduktionskatalysator als SCR-Katalysator ausgebildet und eine Reduktionsmittelzuführeinrichtung stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordnet ist.In order to reduce the ammonia content in the exhaust gas stream to be returned via the exhaust gas recirculation line, i. H. The ammonia slip of the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line can be kept as low as possible, whereby the case is first considered that the nitrogen oxide reduction catalytic converter is designed as an SCR catalytic converter and a reducing agent supply device is arranged upstream of the SCR catalytic converter.
Besteht die Gefahr, dass es zu einem Ammoniak-Schlupf an dem in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysator kommt, dass also der rückzuführende Abgasstroms weiterhin Ammoniak enthält, da dieser nicht vollständig mittels des in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators entfernt werden kann, kann die Menge des mittels der stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordneten Reduktionsmittelzuführeinrichtung zugeführte Ammoniak bzw. die Menge des zugeführten Harnstoffs, aus dem sich anschließend Ammoniak bildet, reduziert werden.If there is a risk of ammonia slipping on the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line, i.e. that the exhaust gas stream to be recirculated continues to contain ammonia, since this cannot be completely removed by means of the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line, the Amount of ammonia supplied by means of the reducing agent supply device arranged upstream of the SCR catalytic converter or the amount of ammonia supplied urea, from which ammonia is subsequently formed, are reduced.
Dies führt zu einem höheren Anteil an Stickoxiden im gesamten Abgasstrom stromabwärts des Stickoxidreduktionskatalysators und somit auch im Abgasstrom in der Abgasrückführungsleitung, während der Ammoniakanteil sinkt. Dadurch wird die im in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysator gespeicherte Ammoniakmenge reduziert und das Risiko für einen Ammoniak-Schlupf in Richtung Verbrennungsraum sinkt.This leads to a higher proportion of nitrogen oxides in the entire exhaust gas stream downstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter and thus also in the exhaust gas stream in the exhaust gas recirculation line, while the ammonia component drops. This reduces the amount of ammonia stored in the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line and reduces the risk of ammonia slipping in the direction of the combustion chamber.
Ein größeres Stickoxid/Ammoniak-Verhältnis stromabwärts des Stickoxidreduktionskatalysators führt jedoch zu einer höheren Stickoxidbelastung des SCR-Katalysators stromabwärts der Abgasrückführungsleitung.However, a larger nitrogen oxide / ammonia ratio downstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter leads to a higher nitrogen oxide load on the SCR catalytic converter downstream of the exhaust gas recirculation line.
Die Anordnung der Reduktionsmittelzuführeinrichtung stromabwärts der Abgasrückführungsleitung und stromaufwärts des SCR-Katalysators stromabwärts der Abgasrückführungsleitung ermöglicht nun eine weitere Zufuhr eines Reduktionsmittels, z. B. Ammoniak, so dass die Verringerung des Ammoniakanteils durch Reduzierung der Reduktionsmittelmenge, die mittels der Reduktionsmittelzuführeinrichtung stromaufwärts des als SCR-Katalysator ausgebildeten Stickoxidreduktionskatalysator zugeführt wird, ausgeglichen werden kann.The arrangement of the reducing agent supply device downstream of the exhaust gas recirculation line and upstream of the SCR catalytic converter downstream of the exhaust gas recirculation line now enables a further supply of a reducing agent, e.g. B. ammonia, so that the reduction in the ammonia content can be compensated for by reducing the amount of reducing agent that is supplied by means of the reducing agent supply device upstream of the nitrogen oxide reduction catalyst designed as an SCR catalyst.
Für den Fall, dass der Stickoxidreduktionskatalysator als LNT-Katalysator ausgebildet ist, kann die Ammoniakmenge, die während der Regeneration des LNT-Katalysators unter fetten Bedingungen gebildet wird, reduziert werden, indem die Zeitdauer der Regeneration verkürzt wird. Dies führt zu einem größeren Stickoxid/Ammoniak-Verhältnis stromabwärts des Stickoxidreduktionskatalysators. Die Reduktionsmittelzuführeinrichtung stromabwärts der Abgasrückführungsleitung und stromaufwärts des SCR-Katalysators stromabwärts der Abgasrückführungsleitung kann nun zu einer Kompensation des verringerten Ammoniakanteils im Abgasstrom genutzt werden, wie zuvor für den Fall der Ausbildung des Stickoxidreduktionskatalysator als SCR-Katalysator beschrieben.In the event that the nitrogen oxide reduction catalyst is designed as an LNT catalyst, the amount of ammonia which is formed during regeneration of the LNT catalyst under rich conditions can be reduced by shortening the duration of the regeneration. This leads to a larger nitrogen oxide / ammonia ratio downstream of the nitrogen oxide reduction catalyst. The reducing agent supply device downstream of the exhaust gas recirculation line and upstream of the SCR catalytic converter downstream of the exhaust gas recirculation line can now be used to compensate for the reduced ammonia content in the exhaust gas stream, as previously described in the case of the formation of the nitrogen oxide reduction catalytic converter as an SCR catalytic converter.
Das Risiko eines Ammoniak-Schlupfes in Richtung Verbrennungsraum kann mittels eines Modells für den in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysator beschrieben werden, welches die unterschiedlichen Reaktionen, wie z. B. Umwandlung, Adsorption, Desorption oder Ammoniakoxidation, umfasst. Die Änderung der mittels der Reduktionsmittelzuführeinrichtung(en) zugeführten Reduktionsmittelmenge kann dann z. B. präventiv, d. h. bei einem mittels des Modells vorhergesagten zukünftigen Ammoniak-Schlupf, oder als direkte Reaktion auf einen abgeschätzten oder beobachteten Ammoniak-Schlupf erfolgen.The risk of ammonia slip in the direction of the combustion chamber can be described by means of a model for the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line, which describes the different reactions, such as. B. conversion, adsorption, desorption or ammonia oxidation. The change in the amount of reducing agent supplied by means of the reducing agent supply device (s) can then, for. B. preventive, d. H. with a future ammonia slip predicted by the model, or as a direct reaction to an estimated or observed ammonia slip.
Es besteht auch die Möglichkeit, auf kurzfristige Änderungen des Stickoxid/Ammoniak-Verhältnisses stromabwärts des Stickoxidreduktionskatalysators zu reagieren, da das Stickoxid/Ammoniak-Verhältnis beispielsweise bei einem als SCR-Katalysator ausgebildeten Stickoxidreduktionskatalysator stark vom Volumenstrom und der Temperatur und somit vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors abhängig ist.It is also possible to react to short-term changes in the nitrogen oxide / ammonia ratio downstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter, since the nitrogen oxide / ammonia ratio, for example in the case of a nitrogen oxide reduction catalytic converter designed as an SCR catalytic converter, is heavily dependent on the volume flow and the temperature and thus on the operating state of the internal combustion engine is.
Aufgrund des vorhandenen Platzes für die Anordnung des Abgassystems in einem Fahrzeug ist der SCR-Katalysator stromabwärts der Abgasrückführungsleitung häufig größer ausgelegt als der in der Abgasrückführungsleitung angeordnete SCR-Katalysator. Daher kann bei einem bestimmten Stickoxid/Ammoniak-Verhältnis ein Ammoniak-Schlupf schneller bei dem in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysator zu beobachten sein als bei dem SCR-Katalysator stromabwärts der Abgasrückführungsleitung.Due to the available space for the arrangement of the exhaust gas system in a vehicle, the SCR catalytic converter downstream of the exhaust gas recirculation line is often designed to be larger than the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line. Therefore, at a certain nitrogen oxide / ammonia ratio, an ammonia slip can be observed more quickly in the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line than in the SCR catalytic converter downstream of the exhaust gas recirculation line.
Während der SCR-Katalysator stromabwärts der Abgasrückführungsleitung häufig zeitweise eine überschüssige Ammoniakmenge speichern kann, ist die Ammoniaksättigung des in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators schneller erreicht. U. a. durch die Anordnung einer Reduktionsmittelzuführeinrichtung stromabwärts der Abgasrückführungsleitung und stromaufwärts des SCR-Katalysators stromabwärts der Abgasrückführungsleitung kann auf derartige Gegebenheiten reagiert werden.While the SCR catalytic converter can often temporarily store an excess amount of ammonia downstream of the exhaust gas recirculation line, the ammonia saturation of the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line is reached more quickly. Among others by arranging a reducing agent supply device downstream of the exhaust gas recirculation line and upstream of the SCR catalytic converter downstream of the exhaust gas recirculation line, it is possible to react to such circumstances.
Um den Stickoxidanteil im über die Abgasrückführungsleitung rückzuführenden Abgasstroms, d. h. den Stickoxid-Schlupf des in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators, möglichst gering zu halten, kann folgendermaßen vorgegangen werden, wobei der Fall betrachtet wird, dass der Stickoxidreduktionskatalysator als SCR-Katalysator ausgebildet und eine Reduktionsmittelzuführeinrichtung stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordnet ist.In order to reduce the nitrogen oxide content in the exhaust gas stream to be returned via the exhaust gas recirculation line, i. H. The nitrogen oxide slip of the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line can be kept as low as possible, taking into account the case where the nitrogen oxide reduction catalytic converter is designed as an SCR catalytic converter and a reducing agent supply device is arranged upstream of the SCR catalytic converter.
Soll der Stickoxid-Schlupf des in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators verringert werden, so dass der rückzuführende Abgasstrom einen geringeren Stickoxidanteil aufweist, kann die Menge des mittels der stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordneten Reduktionsmittelzuführeinrichtung zugeführte Ammoniak bzw. die Menge des zugeführten Harnstoffs, aus dem sich anschließend Ammoniak bildet, erhöht werden. Dadurch nimmt das Stickoxid/Ammoniak-Verhältnis stromabwärts des Stickoxidreduktionskatalysators ab und die im in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysator gespeicherte Ammoniakmenge nimmt zu. Entsprechend können vermehrt Stickoxide im in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysator reduziert werden und der Stickoxid-Schlupf in Richtung Verbrennungsraum nimmt ab. If the nitrogen oxide slip of the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line is to be reduced so that the exhaust gas stream to be recirculated has a lower nitrogen oxide content, the amount of ammonia supplied by means of the reducing agent supply device arranged upstream of the SCR catalytic converter or the amount of urea supplied can be reduced which subsequently produces ammonia. This reduces the nitrogen oxide / ammonia ratio downstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter and that in the Exhaust gas recirculation line arranged SCR catalyst stored amount of ammonia increases. Correspondingly, nitrogen oxides can be reduced in the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line and the nitrogen oxide slip in the direction of the combustion chamber decreases.
Die Abnahme des Stickoxid/Ammoniak-Verhältnisses führt gleichzeitig zu einem höheren Ammoniakanteil im Teil des Abgasstroms, der dem SCR-Katalysator stromabwärts der Abgasrückführungsleitung zugeführt wird. Entsprechend kann die Menge des mittels der Reduktionsmittelzuführeinrichtung stromabwärts der Abgasrückführungsleitung und stromaufwärts des SCR-Katalysators stromabwärts der Abgasrückführungsleitung zugeführten Ammoniaks bzw. die Menge des zugeführten Harnstoffs, aus dem sich anschließend Ammoniak bildet, verringert werden.The decrease in the nitrogen oxide / ammonia ratio simultaneously leads to a higher ammonia content in the part of the exhaust gas flow which is fed to the SCR catalytic converter downstream of the exhaust gas recirculation line. Correspondingly, the amount of ammonia supplied by means of the reducing agent supply device downstream of the exhaust gas recirculation line and upstream of the SCR catalytic converter downstream of the exhaust gas recirculation line or the amount of urea supplied, from which ammonia subsequently forms, can be reduced.
Darüber hinaus kann festgestellt werden, dass das Stickoxid/Ammoniak-Verhältnis ohne zusätzliche Reduktionsmittelzuführung mittels der Reduktionsmittelzuführeinrichtung stromabwärts der Abgasrückführungsleitung und stromaufwärts des SCR-Katalysators stromabwärts der Abgasrückführungsleitung während eines stationären Zustands zwar für beide SCR-Katalysatoren, d. h. den in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysator und den SCR-Katalysator stromabwärts der Abgasrückführungsleitung, gleich ist, im nicht-stationären Zustand, z. B. bei einer Änderung des rückzuführenden Anteils des Abgasstroms und/oder bei einer Änderung des Stickoxid/Ammoniak-Verhältnisses im Abgasstrom, das Verhältnis der kumulierten Stickoxide (Anteil der Stickoxide multipliziert mit der Abgasmenge im Abgasstrom) zum kumulierten Ammoniak (Anteil des Ammoniak multipliziert mit der Abgasmenge im Abgasstrom) für beide genannten SCR-Katalysatoren verschieden ist.Furthermore, it can be stated that the nitrogen oxide / ammonia ratio without additional reducing agent supply by means of the reducing agent supply device downstream of the exhaust gas recirculation line and upstream of the SCR catalytic converter downstream of the exhaust gas recirculation line during a steady state for both SCR catalysts, i.e. H. the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line and the SCR catalytic converter downstream of the exhaust gas recirculation line is the same in the non-stationary state, e.g. B. in the event of a change in the proportion of the exhaust gas flow to be recycled and / or in the event of a change in the nitrogen oxide / ammonia ratio in the exhaust gas flow, the ratio of the accumulated nitrogen oxides (proportion of the nitrogen oxides multiplied by the quantity of exhaust gas in the exhaust gas flow) to the accumulated ammonia (proportion of the ammonia multiplied by the amount of exhaust gas in the exhaust gas flow) is different for the two SCR catalysts mentioned.
Mittels der zusätzlichen Reduktionsmittelzuführeinrichtung stromabwärts der Abgasrückführungsleitung und stromaufwärts des SCR-Katalysators stromabwärts der Abgasrückführungsleitung können der in der Abgasrückführungsleitung angeordnete SCR-Katalysator und ein stromabwärts der Abgasrückführungsleitung angeordneter SCR-Katalysator unabhängig voneinander betrieben bzw. entkoppelt werden. Mit anderen Worten kann die Funktion des in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators unabhängig eines stromabwärts der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators mittels der stromaufwärts der Abgasrückführungsleitung angeordneten Ammoniakquelle, z. B. eines stromaufwärts der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR- oder LNT-Katalysators, beeinflusst werden.By means of the additional reducing agent supply device downstream of the exhaust gas recirculation line and upstream of the SCR catalytic converter downstream of the exhaust gas recirculation line, the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line and an SCR catalytic converter arranged downstream of the exhaust gas recirculation line can be operated or decoupled independently of one another. In other words, the function of the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line can be independent of an SCR catalytic converter arranged downstream of the exhaust gas recirculation line by means of the ammonia source arranged upstream of the exhaust gas recirculation line, e.g. B. an upstream of the exhaust gas recirculation line SCR or LNT catalyst can be influenced.
Allgemein kann der Stickoxid- oder Ammoniakanteil oder das Stickoxid/Ammoniak-Verhältnis im Abgasstrom mittels eines oder mehrerer Stickoxid- bzw. Ammoniaksensoren, z. B. in Form von Gassensoren, ermittelt werden.In general, the nitrogen oxide or ammonia portion or the nitrogen oxide / ammonia ratio in the exhaust gas stream can be by means of one or more nitrogen oxide or ammonia sensors, e.g. B. in the form of gas sensors.
Beispielsweise zur Durchführung der vorstehend beschriebenen Steuerung oder Regelung kann das Abgassystem in weiteren Ausführungsvarianten Einrichtungen aufweisen, die ausgebildet sind zum Bestimmen der Ammoniak- und/oder Stickoxidkonzentrationen stromabwärts des in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators, stromabwärts des stromabwärts der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators, stromabwärts des Stickoxidreduktionskatalysators stromaufwärts der Abgasrückführungsleitung sowie stromaufwärts des Stickoxidreduktionskatalysators und zum Bestimmen der Ammoniakbeladungen der SCR-Katalysatoren. Diese bestimmten Größen werden nachfolgend auch als Regelgrößen bezeichnet.For example, in order to carry out the control or regulation described above, the exhaust system can have devices in further embodiment variants which are designed to determine the ammonia and / or nitrogen oxide concentrations downstream of the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line, downstream of the SCR catalytic converter arranged downstream of the exhaust gas recirculation line. downstream of the nitrogen oxide reduction catalyst upstream of the exhaust gas recirculation line and upstream of the nitrogen oxide reduction catalyst and for determining the ammonia loads of the SCR catalysts. These specific variables are also referred to below as controlled variables.
Weiterhin kann das Abgassystem Steuer- oder Regeleinrichtungen aufweisen, die zur Steuerung oder Regelung der Regelgrößen mittels Einstellung der Zufuhr von Reduktionsmittel mittels der Reduktionsmittelzuführeinrichtungen ausgebildet sind. Gemäß weiteren Ausführungsvarianten können die Einrichtungen zum Bestimmen der Ammoniakbeladungen der SCR-Katalysatoren zum Bestimmen der Ammoniakbeladungen mittels eines Ammoniakbeladungsmodells ausgebildet sein. Ein solches Ammoniakbeladungsmodell kann einen Zusammenhang zwischen der Stickoxid- und Ammoniakkonzentration stromaufwärts des jeweiligen SCR-Katalysators, der Temperatur des jeweiligen SCR-Katalysators, des Volumenstroms im jeweiligen SCR-Katalysator und der Ammoniakbeladung des jeweiligen SCR-Katalysators abbilden.Furthermore, the exhaust system can have control devices that are designed to control or regulate the controlled variables by adjusting the supply of reducing agent by means of the reducing agent supply devices. According to further embodiment variants, the devices for determining the ammonia loadings of the SCR catalysts can be designed for determining the ammonia loadings by means of an ammonia load model. Such an ammonia loading model can depict a relationship between the nitrogen oxide and ammonia concentration upstream of the respective SCR catalytic converter, the temperature of the respective SCR catalytic converter, the volume flow in the respective SCR catalytic converter and the ammonia loading of the respective SCR catalytic converter.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann das Abgassystem einen an der Abgasrückführungsleitung stromabwärts des in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators angeordneten Kühler aufweisen. Dieser dient der Kühlung des rückzuführenden Abgasstroms, der dadurch mit einer geringeren Temperatur dem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors zugeführt wird, was die Entstehung von Schadstoffen, vor allem von Stickoxiden, beim Verbrennungsvorgang verringert.According to further embodiment variants, the exhaust system can have a cooler arranged on the exhaust gas recirculation line downstream of the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line. This serves to cool the exhaust gas flow to be returned, which is thereby fed to the combustion chamber of the internal combustion engine at a lower temperature, which reduces the formation of pollutants, especially nitrogen oxides, during the combustion process.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann das Abgassystem weiterhin eine weitere Abgasrückführungsleitung stromaufwärts des Stickoxidreduktionskatalysators aufweisen. Diese weitere Abgasrückführungsleitung kann im Falle eines Abgassystems mit Turbine als Hochdruckabgasrückführungsleitung ausgebildet sein, welche stromaufwärts der Turbine angeordnet ist.According to further embodiment variants, the exhaust system can furthermore have a further exhaust gas recirculation line upstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter. In the case of an exhaust gas system with a turbine, this additional exhaust gas recirculation line can be designed as a high-pressure exhaust gas recirculation line, which is arranged upstream of the turbine.
Die weitere Abgasrückführungsleitung dient der Verbindung des Abgassystems stromaufwärts des Stickoxidreduktionskatalysators mit einem Einlass in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors, d. h. ein Teil des Abgasstroms wird vor einer Abgasnachbehandlung abgeleitet und dem Verbrennungsraum wieder zugeführt. The further exhaust gas recirculation line is used to connect the exhaust system upstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter with an inlet into the combustion chamber of the internal combustion engine, ie part of the exhaust gas flow is discharged before an exhaust gas aftertreatment and fed back to the combustion chamber.
Mittels der weiteren Abgasrückführungsleitung ist es z. B. möglich, zwischen einer Niederdruckabgasrückführung und einer Hochdruckabgasrückführung zu wechseln oder eine kombinierte Nieder- und Hochdruckabgasrückführung vorzusehen.By means of the further exhaust gas recirculation line, it is e.g. B. possible to switch between a low pressure exhaust gas recirculation and a high pressure exhaust gas recirculation or to provide a combined low and high pressure exhaust gas recirculation.
Die weitere Abgasrückführungsleitung eröffnet zudem die Möglichkeit, die gespeicherte Ammoniakmenge in den SCR-Katalysatoren zu beeinflussen. Ist die im SCR-Katalysator stromabwärts der Abgasrückführungsleitung gespeicherte Ammoniakmenge zu hoch im Vergleich zu der im in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysator gespeicherten Ammoniakmenge, kann das Abgassystem mit der weiteren Abgasrückführungsleitung, z. B. einer Hochdruckabgasrückführungsleitung, statt mit der Abgasrückführungsleitung stromabwärts des Stickoxidreduktionskatalysators, z. B. einer Niederdruckabgasrückführungsleitung, oder zumindest mit einem reduzierten Anteil des Abgasstroms in der Abgasrückführungsleitung stromabwärts des Stickoxidreduktionskatalysators betrieben werden. Dies führt zu einer Reduktion der im SCR-Katalysator stromabwärts der Abgasrückführungsleitung stromabwärts des Stickoxidreduktionskatalysators gespeicherten Ammoniakmenge, ohne dass die im in der Abgasrückführungsleitung stromabwärts des Stickoxidreduktionskatalysators angeordneten SCR-Katalysator gespeicherte Ammoniakmenge beeinflusst wird.The additional exhaust gas recirculation line also opens up the possibility of influencing the amount of ammonia stored in the SCR catalytic converters. If the amount of ammonia stored in the SCR catalytic converter downstream of the exhaust gas recirculation line is too high compared to the amount of ammonia stored in the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line, the exhaust system can be connected to the further exhaust gas recirculation line, e.g. B. a high pressure exhaust gas recirculation line, instead of with the exhaust gas recirculation line downstream of the nitrogen oxide reduction catalyst, for. B. a low pressure exhaust gas recirculation line, or at least operated with a reduced proportion of the exhaust gas flow in the exhaust gas recirculation line downstream of the nitrogen oxide reduction catalyst. This leads to a reduction in the amount of ammonia stored in the SCR catalytic converter downstream of the exhaust gas recirculation line downstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter, without the ammonia amount stored in the SCR catalytic converter arranged downstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter being influenced.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann das Abgassystem der Anordnung weiterhin Einrichtungen zur Regelung der Volumenströme in der Abgasrückführungsleitung und/oder der weiteren Abgasrückführungsleitung stromaufwärts des Stickoxidreduktionskatalysators aufweisen. Diese können einer Einstellung der Volumenströme in den SCR-Katalysatoren, z. B. dem in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysator, dienen.According to further embodiment variants, the exhaust system of the arrangement can also have devices for regulating the volume flows in the exhaust gas recirculation line and / or the further exhaust gas recirculation line upstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter. These can be an adjustment of the volume flows in the SCR catalysts, for. B. the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line.
Ein Fahrzeug weist eine der zuvor beschriebenen Anordnungen auf.A vehicle has one of the arrangements described above.
Ein Verfahren zur Behandlung eines von einem Verbrennungsmotor erzeugten Abgasstroms weist auf: Erzeugen eines Abgasstroms in einem Verbrennungsmotor, Einleiten des Abgasstroms in ein Abgassystem, Behandeln des Abgasstroms in einem Stickoxidreduktionskatalysator, nachfolgendes Aufteilen des Abgasstroms in einen zum Verbrennungsmotor rückzuführenden Abgasstrom und einen an die Umgebung abzugebenden Abgasstrom und Behandeln des rückzuführenden Abgasstroms in einem SCR-Katalysator.A method for treating an exhaust gas stream generated by an internal combustion engine comprises: generating an exhaust gas stream in an internal combustion engine, introducing the exhaust gas stream into an exhaust gas system, treating the exhaust gas stream in a nitrogen oxide reduction catalytic converter, then dividing the exhaust gas stream into an exhaust gas stream to be returned to the internal combustion engine and one to be released into the environment Exhaust gas flow and treatment of the exhaust gas flow to be recirculated in an SCR catalytic converter.
Die Aufteilung des Abgasstroms kann beliebig erfolgen, d. h. die Abgasteilströme können einen Volumenanteil zwischen 0 % und 100 % des gesamten Volumens des Abgasstroms aufweisen.The distribution of the exhaust gas flow can be arbitrary, i. H. the partial exhaust gas flows can have a volume fraction between 0% and 100% of the total volume of the exhaust gas flow.
Das Verfahren kann beispielsweise mittels der oben stehend erläuterten erfindungsgemäßen Anordnung ausgeführt werden. Insofern dienen die obigen Ausführungen zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Anordnung auch zur Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The method can be carried out, for example, by means of the inventive arrangement explained above. In this respect, the above statements serve to explain the arrangement according to the invention also to describe the method according to the invention.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den an die Umgebung abzugebenden Abgasstroms in einem SCR-Katalysator und/oder weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtungen, z. B. einem AMOX-Katalysator, zu behandeln.According to the invention it is provided that the exhaust gas flow to be released into the environment in an SCR catalytic converter and / or further exhaust gas aftertreatment devices, for. B. an AMOX catalyst to treat.
Erfindungsgemäß wird ein Reduktionsmittel, z. B. Ammoniak oder ein Ammoniak bildendes Mittel wie Harnstoff, beispielsweise in Form einer wässrigen Harnstofflösung, zum an die Umgebung abzugebenden Abgasstrom vor dessen Behandlung in dem SCR-Katalysator zugeführt.According to the invention, a reducing agent, e.g. B. ammonia or an ammonia-forming agent such as urea, for example in the form of an aqueous urea solution, to the exhaust gas stream to be released to the environment before its treatment in the SCR catalyst.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann ein Reduktionsmittel zum Abgasstrom vor dessen Behandlung im Stickoxidreduktionskatalysator zugeführt werden, wobei als Reduktionsmittel Ammoniak oder ein Ammoniak bildendes Mittel wie Harnstoff, beispielsweise in Form einer wässrigen Harnstofflösung, dienen können, z. B. falls es sich bei dem Stickoxidreduktionskatalysator um einen SCR-Katalysator handelt. Beispielsweise im Falle eines LNT-Katalysators als Stickoxidreduktionskatalysators kann als Reduktionsmittel Kraftstoff zugeführt werden.According to various embodiments, a reducing agent can be supplied to the exhaust gas stream before its treatment in the nitrogen oxide reduction catalyst. Ammonia or an ammonia-forming agent such as urea, for example in the form of an aqueous urea solution, can serve as the reducing agent, e.g. B. if the nitrogen oxide reduction catalyst is an SCR catalyst. For example, in the case of an LNT catalyst as a nitrogen oxide reduction catalyst, fuel can be supplied as the reducing agent.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann der rückzuführende Abgasstrom gekühlt werden.According to further design variants, the exhaust gas stream to be recycled can be cooled.
Erfindungsgemäß weist das Verfahren weiterhin ein Bestimmen von Ammoniak- und/oder Stickoxidkonzentrationen stromabwärts des in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators und/oder stromabwärts des stromabwärts der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators und/oder stromabwärts des Stickoxidreduktionskatalysators stromaufwärts der Abgasrückführungsleitung und/oder stromaufwärts des Stickoxidreduktionskatalysators und/oder ein Bestimmen der Ammoniakbeladungen der SCR-Katalysatoren als Regelgrößen aufweisen.According to the invention, the method further comprises determining ammonia and / or nitrogen oxide concentrations downstream of the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line and / or downstream of the SCR catalytic converter arranged downstream of the exhaust gas recirculation line and / or downstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter upstream of the exhaust gas recirculation line and / or upstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter and / or have a determination of the ammonia loads of the SCR catalysts as control variables.
Diese Regelgrößen können mittels einer Einstellung der Zufuhr des Reduktionsmittels zum an die Umgebung abzugebenden Abgasstrom vor dessen Behandlung in dem SCR-Katalysator und/oder der Zufuhr des Reduktionsmittels zum Abgasstrom vor dessen Behandlung im Stickoxidreduktionskatalysator gesteuert oder geregelt werden.These controlled variables can be adjusted by means of an adjustment of the supply of the reducing agent to the Exhaust gas flow to be discharged from the environment before its treatment in the SCR catalytic converter and / or the supply of the reducing agent to the exhaust gas flow before its treatment in the nitrogen oxide reduction catalytic converter are controlled or regulated.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten können die Ammoniakbeladungen der SCR-Katalysatoren mittels eines Ammoniakbeladungsmodells bestimmt werden, das einen Zusammenhang zwischen der Stickoxid- und Ammoniakkonzentration stromaufwärts des jeweiligen SCR-Katalysators, der Temperatur des jeweiligen SCR-Katalysators, des Volumenstroms im jeweiligen SCR-Katalysator und der Ammoniakbeladung des jeweiligen SCR-Katalysators abbildet.According to further embodiment variants, the ammonia loading of the SCR catalysts can be determined by means of an ammonia loading model, which has a relationship between the nitrogen oxide and ammonia concentration upstream of the respective SCR catalyst, the temperature of the respective SCR catalyst, the volume flow in the respective SCR catalyst and the ammonia loading of the respective SCR catalytic converter.
Ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren weist auf: Bestimmen der Ammoniakkonzentration des Abgasstroms stromabwärts des in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators, Vergleichen der bestimmten Ammoniakkonzentration des Abgasstroms stromabwärts des in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators mit einem vorgegebenen Grenzwert und, falls der Grenzwert überschritten wird, Verringern der Ammoniakkonzentration im Abgasstrom stromabwärts des Stickoxidreduktionskatalysators stromaufwärts der Abgasrückführungsleitung und Erhöhen der Menge des zum an die Umgebung abzugebenden Abgasstrom vor dessen Behandlung in dem SCR-Katalysator zuzuführenden Reduktionsmittels.A first method according to the invention comprises: determining the ammonia concentration of the exhaust gas flow downstream of the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line, comparing the determined ammonia concentration of the exhaust gas flow downstream of the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line with a predetermined limit value and, if the limit value is exceeded, reducing it the ammonia concentration in the exhaust gas stream downstream of the nitrogen oxide reduction catalyst upstream of the exhaust gas recirculation line and increasing the amount of the reducing agent to be supplied to the exhaust gas stream to the environment before its treatment in the SCR catalyst.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren weist auf: Bestimmen der Stickoxidkonzentration des Abgasstroms stromabwärts des in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators, Vergleichen der bestimmten Stickoxidkonzentration des Abgasstroms stromabwärts des in der Abgasrückführungsleitung angeordneten SCR-Katalysators mit einem vorgegebenen Grenzwert, und falls der Grenzwert überschritten wird, Erhöhen der Ammoniakkonzentration im Abgasstrom stromabwärts des Stickoxidreduktionskatalysators stromaufwärts der Abgasrückführungsleitung und Verringern der Menge des zum an die Umgebung abzugebenden Abgasstrom vor dessen Behandlung in dem SCR-Katalysator zuzuführenden Reduktionsmittels.Another method according to the invention comprises: determining the nitrogen oxide concentration of the exhaust gas flow downstream of the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line, comparing the determined nitrogen oxide concentration of the exhaust gas stream downstream of the SCR catalytic converter arranged in the exhaust gas recirculation line with a predetermined limit value and, if the limit value is exceeded, increasing the ammonia concentration in the exhaust gas stream downstream of the nitrogen oxide reduction catalyst upstream of the exhaust gas recirculation line and reducing the amount of the reducing agent to be supplied to the exhaust gas stream to be released to the environment before its treatment in the SCR catalytic converter.
Bei beiden erfindungsgemäßen Verfahren kann die Ammoniakkonzentration im Abgasstrom stromabwärts des Stickoxidreduktionskatalysators stromaufwärts der Abgasrückführungsleitung verringert oder erhöht wird, indem bei einer Ausbildung des Stickoxidreduktionskatalysator als SCR-Katalysator die Menge von stromaufwärts des als SCR-Katalysator ausgebildeten Stickoxidkatalysators zugeführtem Ammoniak oder eines Ammoniak bildenden Reduktionsmittels verringert bzw. erhöht wird oder indem bei einer Ausbildung des Stickoxidreduktionskatalysator als LNT-Katalysator eine Dauer einer Regeneration des LNT-Katalysators, bei der Ammoniak im LNT-Katalysator gebildet wird, verkürzt bzw. verlängert wird. Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann der Abgasstroms in einen zum Verbrennungsmotor rückzuführenden Abgasstrom und dem im Stickoxidreduktionskatalysator zu behandelnden Abgasstrom aufgeteilt werden. Dieser rückzuführende Abgasstrom kann beispielsweise mittels einer weiteren Abgasrückführungsleitung, z. B. einer Hochdruckabgasrückführungsleitung, dem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors wieder zugeführt werden.In both methods according to the invention, the ammonia concentration in the exhaust gas stream downstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter upstream of the exhaust gas recirculation line can be reduced or reduced by designing the nitrogen oxide reduction catalytic converter as an SCR catalytic converter to reduce or increase the amount of ammonia or an ammonia-forming reducing agent that is upstream of the SCR catalytic converter is increased or by shortening or lengthening the duration of regeneration of the LNT catalyst in which ammonia is formed in the LNT catalyst when the nitrogen oxide reduction catalyst is designed as an LNT catalyst. According to further embodiment variants, the exhaust gas flow can be divided into an exhaust gas flow to be returned to the internal combustion engine and the exhaust gas flow to be treated in the nitrogen oxide reduction catalytic converter. This exhaust gas stream to be recirculated can, for example, by means of a further exhaust gas recirculation line, e.g. B. a high pressure exhaust gas recirculation line, the combustion chamber of the internal combustion engine are fed back.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten können die Volumenströme in der Abgasrückführungsleitung und/oder der weiteren Abgasrückführungsleitung stromaufwärts des Stickoxidreduktionskatalysators gesteuert oder geregelt werden.According to further embodiment variants, the volume flows in the exhaust gas recirculation line and / or the further exhaust gas recirculation line upstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter can be controlled or regulated.
Die Vorteile des Verfahrens entsprechen denen der erfindungsgemäßen Anordnung und deren entsprechender Ausführungsvarianten.The advantages of the method correspond to those of the arrangement according to the invention and its corresponding design variants.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anordnung, -
2 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Anordnung.
-
1 1 shows a schematic illustration of an exemplary arrangement, -
2nd is a schematic representation of another exemplary arrangement.
In den im Folgenden erläuterten Beispielen wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Beispiele bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird die Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“ usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend.In the examples set forth below, reference is made to the accompanying drawings which form a part of the examples and in which specific embodiments are shown by way of illustration in which the invention may be practiced. In this regard, the directional terminology such as “top”, “bottom”, “front”, “back”, “front”, “back” etc. is used with reference to the orientation of the figure (s) described. Because components of embodiments can be positioned in a number of different orientations, the directional terminology is illustrative and is in no way limiting.
Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.It is understood that other embodiments may be used and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present invention. It is understood that the features of the various exemplary embodiments described herein may be combined with one another unless specifically stated otherwise. The following detailed description, therefore, is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims.
In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist. Identical or similar elements are provided with identical reference symbols in the figures, insofar as this is expedient.
Eine Anordnung
An den Verbrennungsmotor
Im Abgassystem ist stromabwärts der Turbine
Stromabwärts des Stickoxidreduktionskatalysators
In der Abgasrückführungsleitung
Weiterhin weist das Abgassystem dieses Ausführungsbeispiels eine weitere Reduktionsmittelzuführeinrichtung
Optional kann an der Abgasrückführungsleitung
Weiter optional kann das Abgassystem des Ausführungsbeispiels eine weitere Abgasrückführungsleitung, z. B. eine Hochdruckabgasrückführungsleitung (nicht dargestellt) stromaufwärts der Turbine
Mittels der in
Nachfolgend wird der Abgasstrom
Der rückzuführende Abgasstroms
Zudem wird Ammoniak oder Harnstoff als Reduktionsmittel dem Abgasstrom
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Darstellung in
Zusätzlich ist in diesem weiteren Ausführungsbeispiel eine Abgasnachbehandlungseinrichtung
Die Abgassysteme beider Ausführungsbeispiele können zudem Einrichtungen aufweisen, die ausgebildet sind zum Bestimmen der Ammoniak- und/oder Stickoxidkonzentrationen stromabwärts des in der Abgasrückführungsleitung
Entsprechend ist es möglich, die Regelgrößen zu bestimmen und die Regelgrößen mittels einer Einstellung der Zufuhr des Reduktionsmittels zum an die Umgebung abzugebenden Abgasstrom
BezugszeichenlisteReference list
- 11
- Anordnungarrangement
- 22nd
- VerbrennungsmotorInternal combustion engine
- 33rd
- Zylindercylinder
- 44th
- AbgasstromExhaust gas flow
- 4a4a
- rückzuführender Abgasstromexhaust gas flow to be recirculated
- 4b4b
- an die Umgebung abzugebender Abgasstromexhaust gas flow to be released into the environment
- 55
- Turbineturbine
- 66
- Wellewave
- 77
- Kompressorcompressor
- 88th
- AnsaugtraktIntake tract
- 99
- StickoxidreduktionskatalysatorNitrogen oxide reduction catalyst
- 1010th
- AbgasrückführungsleitungExhaust gas recirculation line
- 1111
- SCR-KatalysatorSCR catalytic converter
- 1212th
- Reduktionsm ittelzuführeinrichtungReducing agent feeder
- 1313
- AbgasrückführungsventilExhaust gas recirculation valve
- 1414
- AbgasnachbehandlungseinrichtungExhaust aftertreatment device
- 1515
- AuspuffendrohrExhaust tailpipe
Claims (8)
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DE102017207767.0A DE102017207767B4 (en) | 2017-05-09 | 2017-05-09 | Emission control method for nitrogen oxides and / or ammonia |
Applications Claiming Priority (1)
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Citations (4)
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---|---|---|---|---|
AT507865A2 (en) | 2010-05-04 | 2010-08-15 | Avl List Gmbh | METHOD FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
DE112009000229T5 (en) | 2008-01-31 | 2010-12-16 | Caterpillar Inc., Peoria | Exhaust system with implemented SCR and EGR process |
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-
2017
- 2017-05-09 DE DE102017207767.0A patent/DE102017207767B4/en active Active
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Also Published As
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DE102017207767A1 (en) | 2018-11-15 |
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