DE102018101929A1 - Device and method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem (20) für einen Verbrennungsmotor (10), insbesondere einen Dieselmotor. Das Abgasnachbehandlungssystem (20) umfasst eine Abgasanlage (22), in welcher ein motornaher NO-Speicherkatalysator (40) oder ein Oxidationskatalysator (38) angeordnet ist. Stromabwärts dieses ersten motornahen Katalysators (38, 40) sind zwei SCR-Katalysatoren (26, 30) angeordnet, welchen jeweils ein Dosierventil (32, 34) zur Eindosierung von einem Reduktionsmittel (92) zugeordnet sind. Dabei weist der NO-Speicherkatalysator (40) oder der Oxidationskatalysator (38) ein elektrisches Heizelement (36) auf, mit welchem der Katalysator (38, 40) unabhängig vom Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) beheizbar ist.Es ist vorgesehen, dass der motornahe NO-Speicherkatalysator (40) oder der motornahe Oxidationskatalysator (38) ab dem Motorstart des Verbrennungsmotors (10) elektrisch beheizt werden, um möglichst schnell eine Betriebstemperatur zu erreichen, in der eine Konvertierung oder Zwischenspeicherung von Emissionen möglich ist. Somit können die Kaltstartemissionen des Verbrennungsmotors (10) verbessert werden.The invention relates to an exhaust aftertreatment system (20) for an internal combustion engine (10), in particular a diesel engine. The exhaust aftertreatment system (20) comprises an exhaust system (22) in which a close-coupled NO storage catalyst (40) or an oxidation catalyst (38) is arranged. Downstream of this first close-coupled catalyst (38, 40), two SCR catalysts (26, 30) are arranged, which are each assigned a metering valve (32, 34) for metering in a reducing agent (92). In this case, the NO storage catalytic converter (40) or the oxidation catalytic converter (38) has an electrical heating element (36) with which the catalytic converter (38, 40) can be heated independently of the exhaust gas flow of the internal combustion engine (10) NO storage catalytic converter (40) or the close-coupled oxidation catalyst (38) from the engine start of the internal combustion engine (10) are electrically heated to reach an operating temperature as quickly as possible, in which a conversion or caching of emissions is possible. Thus, the cold start emissions of the internal combustion engine (10) can be improved.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors sowie ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a device for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine and to a method for the exhaust aftertreatment of an internal combustion engine according to the preamble of the independent claims.
Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellen hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen Stickoxid-Emissionen eine Herausforderung für die Motorenentwickler dar. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator, sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren aufweisen. Um nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors die Katalysatoren auf eine Betriebstemperatur zu bringen, ist eine möglichst motornahe Anordnung der Katalysatoren wünschenswert. Dies ist jedoch nicht immer möglich, da der Bauraum begrenzt ist. Daher werden SCR-Katalysatoren und/oder Rußpartikelfilter oftmals in einer motorfernen Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges angeordnet. Ferner werden zur Abgasreinigung sogenannte NOX-Speicherkatalysatoren verwendet, um die bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs in den Brennräumen des Verbrennungsmotors entstehenden Stickoxide aufzunehmen. Diese NOX-Speicherkatalysatoren müssen jedoch periodisch durch einen unterstöchiometrischen Betrieb regeneriert werden, was zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führt. Ein weiterer Nachteil von NOX-Speicherkatalysatoren ist, dass bei hohen Abgastemperaturen keine Stickoxide in dem NOX-Speicherkatalysator eingelagert werden können. Zudem sind NOX-Speicherkatalysatoren alterungsanfällig, sodass die Speicherkapazität mit der Lebenszeit des NOX-Speicherkatalysators deutlich abnimmt. Zur Kompensation der Alterungsneigung sind große Katalysatorvolumina und entsprechend hohe Edelmetallmengen notwendig, was entsprechende Nachteile bei dem Bauraumbedarf und den Kosten mit sich bringt.The current and increasingly stringent future exhaust gas legislation places high demands on the engine raw emissions and the exhaust aftertreatment of internal combustion engines. The demands for a further reduction in consumption and the further tightening of emission standards with regard to permissible nitrogen oxide emissions pose a challenge to engine developers. In gasoline engines, exhaust gas purification takes place in a known manner via a three-way catalytic converter, as well as the three-way catalytic converter. Catalyst upstream and downstream further catalysts. For diesel engines exhaust gas aftertreatment systems are currently used, which have an oxidation catalyst, a catalyst for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR catalyst) and a particle filter for the separation of soot particles and optionally other catalysts. In order to bring the catalysts to an operating temperature after a cold start of the internal combustion engine, it is desirable to arrange the catalytic converters as closely as possible to the engine. However, this is not always possible because the space is limited. Therefore, SCR catalytic converters and / or soot particle filters are often arranged in a motor vehicle underbody layer of a motor vehicle. Furthermore, so-called NO X storage catalytic converters are used for the purification of exhaust gas in order to absorb the nitrogen oxides formed during the combustion of the fuel-air mixture in the combustion chambers of the internal combustion engine. However, these NO x storage catalysts must be regenerated periodically by a stoichiometric operation, resulting in increased fuel consumption. Another disadvantage of NO x storage catalysts is that at high exhaust gas temperatures no nitrogen oxides can be stored in the NO x storage catalytic converter. In addition, NO x storage catalysts are susceptible to aging, so that the storage capacity decreases significantly with the lifetime of the NO x storage catalytic converter. To compensate for the tendency to age large catalyst volumes and correspondingly high amounts of noble metals are necessary, which brings with it corresponding disadvantages in terms of space requirements and costs.
Katalysatoren zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, welche im Folgenden als SCR-Katalysatoren bezeichnet werden, haben den Nachteil, dass eine spürbare Konvertierung von Stickoxiden erst ab einer Temperatur von ca. 170°C einsetzt. Der zur Reduktion der Stickoxide eingesetzte Ammoniak, welcher in der Regel aus einer wässrigen Harnstofflösung gewonnen wird, oxidiert bei Temperaturen oberhalb von 450°C, sodass oberhalb dieser Temperatur ebenfalls nur eine geringe Konvertierung von schädlichen Stickoxiden mittels des SCR-Katalysators möglich ist. Zudem besteht bei Motoren mit einer Niederdruckabgasrückführung die Gefahr, dass das Reduktionsmittel in die Abgasrückführung gelangt, und dort bei niedrigen Temperaturen an den Wänden des Abgaskanals anlagert. Dabei kristallisiert der Harnstoff aus der wässrigen Harnstofflösung aus, was zu Ablagerungen an den Wänden des Abgaskanals der Niederdruckabgasrückführung führen kann, welche die Funktion der Abgasrückführung einschränken können.Catalysts for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides, which are referred to below as SCR catalysts, have the disadvantage that a noticeable conversion of nitrogen oxides only begins at a temperature of about 170 ° C. The ammonia used to reduce the nitrogen oxides, which is usually obtained from an aqueous urea solution, oxidized at temperatures above 450 ° C, so above this temperature also only a small conversion of harmful nitrogen oxides by means of the SCR catalyst is possible. In addition, there is the risk in engines with a low-pressure exhaust gas recirculation that the reducing agent enters the exhaust gas recirculation, where it attaches at low temperatures on the walls of the exhaust passage. In this case, the urea crystallizes out of the aqueous urea solution, which can lead to deposits on the walls of the exhaust gas channel of the low-pressure exhaust gas recirculation, which can limit the function of the exhaust gas recirculation.
Immer effizientere Verbrennungsmotoren führen zu immer niedrigeren Abgastemperaturen in der Abgasanlage des Verbrennungsmotors. Gleichzeitig verlangt der Gesetzgeber mit Einführung neuer Abgasnormen das Einhalten von strengen Grenzwerten unter realen Fahrbedingungen. Damit werden die Bedingungen für die Abgasnachbehandlung schwieriger. Die Herausforderung besteht darin, durch die Kombination von verschiedenen Komponenten der Abgasnachbehandlung sowohl den Tieftemperaturbereich, insbesondere nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors, als auch den Hochtemperaturbereich, insbesondere bei einem Hochlastbetrieb oder bei einer Regeneration eines Partikelfilters, abzudecken.More and more efficient internal combustion engines lead to ever lower exhaust gas temperatures in the exhaust system of the internal combustion engine. At the same time, with the introduction of new emission standards, the legislator demands compliance with strict limits under real driving conditions. This makes the conditions for the exhaust aftertreatment more difficult. The challenge is to cover both the low-temperature range, in particular after a cold start of the internal combustion engine, and the high-temperature range, in particular in a high-load operation or in the regeneration of a particulate filter, by combining different components of the exhaust gas aftertreatment.
Aus der
Aus der
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Abgasnachbehandlungssystemen ist, dass diese nicht zu allen Zeiten des Betriebs und nicht unter allen Betriebsbedingungen eine optimale Konvertierung von Schadstoffemissionen, insbesondere der NOX-Emissionen, ermöglichen.A disadvantage of the exhaust aftertreatment systems known from the prior art is that they do not allow optimal conversion of pollutant emissions, in particular NO x emissions, at all times of operation and not under all operating conditions.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine hocheffiziente Abgasnachbehandlung in allen Temperaturbereichen zu ermöglichen und insbesondere die Kaltstart-Emissionen, insbesondere die NOX-Emissionen in der Kaltstartphase, weiter zu verringern.The invention is based on the object to enable a highly efficient exhaust aftertreatment in all temperature ranges and in particular to further reduce the cold-start emissions, in particular the NO x emissions in the cold start phase.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor mit einer Abgasanlage, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgases durch die Abgasanlage ein motornaher erster Katalysator, stromabwärts dieses motornahen ersten Katalysators ein erster SCR-Katalysator und weiter stromabwärts ein zweiter SCR-Katalysator angeordnet sind, gelöst. Dabei sind dem ersten SCR-Katalysator ein erstes Dosiermodul und dem zweiten SCR-Katalysator ein zweites Dosiermodul zur Eindosierung eines Reduktionsmittels in die Abgasanlage zugeordnet. Der motornahe erste Katalysator und/oder zumindest einer der SCR-Katalysatoren weisen ein elektrisches Heizelement auf, mit welchem zumindest einer der Katalysatoren unabhängig vom Abgasstrom des Verbrennungsmotors beheizbar ist. Dabei wird unter einer motornahen Position eine Position in der Abgasanlage mit einem mittleren Abgaslaufweg von höchstens 80 cm, insbesondere von höchstens 50 cm, nach dem Auslass des Verbrennungsmotors verstanden. Eine motorferne Position findet sich insbesondere in einer Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges und weist einen mittleren Abgaslaufweg von mindestens 80 cm, vorzugsweise von mindestens 100 cm nach dem Auslass des Verbrennungsmotors auf. Durch zwei unterschiedliche SCR-Katalysatoren, welche in unterschiedlichen Abständen zu dem Auslass des Verbrennungsmotors angeordnet sind, herrschen an beiden SCR-Katalysatoren unterschiedliche Temperaturen vor. Somit ist es möglich, mindestens einen der SCR-Katalysatoren in einem Temperaturfenster zu betreiben, um eine effiziente Reduktion der Stickoxide zu ermöglichen. Durch ein entsprechendes Heizelement können der motornahe erste Katalysator oder einer der SCR-Katalysatoren unabhängig vom Abgasstrom des Verbrennungsmotors beheizt werden und somit zeitnah nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors auf ihre Betriebstemperatur gebracht werden, wodurch die Kaltstartemissionen verringert werden können. Somit ist es durch eine Kombination von mehreren SCR-Katalysatoren und einem elektrischen Heizelement möglich, in allen Betriebssituationen des Verbrennungsmotors eine effiziente Konvertierung von Schadstoffen zu erreichen.According to the invention, this object is achieved by an exhaust aftertreatment system for an internal combustion engine with an exhaust system in which in the flow direction of an exhaust gas through the exhaust system a close-coupled first catalyst, downstream of this near-engine first catalyst, a first SCR catalyst and further downstream, a second SCR catalyst are arranged solved , In this case, a first metering module and the second SCR catalyst a second metering module for metering a reducing agent are assigned to the first SCR catalyst in the exhaust system. The close-coupled first catalytic converter and / or at least one of the SCR catalytic converters have an electrical heating element with which at least one of the catalytic converters can be heated independently of the exhaust gas flow of the internal combustion engine. In this case, a position close to the engine is understood to mean a position in the exhaust system with a mean exhaust gas flow path of at most 80 cm, in particular of at most 50 cm, after the outlet of the internal combustion engine. An engine-remote position is found in particular in an underfloor position of a motor vehicle and has a mean exhaust flow path of at least 80 cm, preferably at least 100 cm after the outlet of the internal combustion engine. By two different SCR catalysts, which are arranged at different distances to the outlet of the internal combustion engine, prevail at both SCR catalysts different temperatures. Thus, it is possible to operate at least one of the SCR catalysts in a temperature window to allow an efficient reduction of nitrogen oxides. By means of a corresponding heating element, the engine-near first catalytic converter or one of the SCR catalytic converters can be heated independently of the exhaust gas flow of the internal combustion engine and thus brought to their operating temperature promptly after a cold start of the internal combustion engine, whereby the cold start emissions can be reduced. Thus, it is possible by a combination of several SCR catalysts and an electric heating element to achieve an efficient conversion of pollutants in all operating situations of the internal combustion engine.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Abgasnachbehandlungssystems möglich.By the features listed in the dependent claims advantageous improvements and developments of the exhaust gas aftertreatment system given in the independent claim are possible.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der motornahe erste Katalysator als Oxidationskatalysator, NOX-Speicherkatalysator oder passiver NOX-Adsorber ausgeführt ist. Ein NOX-Speicherkatalysator oder ein passiver NOX-Adsorber haben den Vorteil, dass Stickoxide im Abgas des Verbrennungsmotors zurückgehalten werden können, solange die SCR-Katalysatoren noch nicht ihre Betriebstemperatur erreicht haben und eine effiziente Konvertierung dieser Stickoxid-Emissionen durch zumindest einen der SCR-Katalysatoren möglich ist. Dadurch können die Stickoxid-Emissionen in der Kaltstartphase verringert werden.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the first catalytic converter close to the catalyst is designed as an oxidation catalyst, NO x storage catalytic converter or passive NO x adsorber. A NO x storage catalyst or a passive NO x adsorber has the advantage that nitrogen oxides can be retained in the exhaust gas of the internal combustion engine as long as the SCR catalysts have not yet reached their operating temperature and an efficient conversion of these nitrogen oxide emissions by at least one of the SCR -Catalysts is possible. As a result, the nitrogen oxide emissions in the cold start phase can be reduced.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der motornahe erste Katalysator ein Heizelement in Form einer Heizscheibe aufweist, welche mit der katalytisch wirksamen Struktur des ersten Katalysators verbunden ist. Eine Heizscheibe kann auf einfache Art und Weise in einen Katalysator integriert werden, wobei eine einfache Verbindung zwischen der Heizscheibe und dem Katalysatorkörper, beispielsweise durch eine Stiftverbindung, möglich ist.It is particularly preferred if the close-coupled first catalyst has a heating element in the form of a heating disk, which is connected to the catalytically active structure of the first catalyst. A heating disk can be easily integrated into a catalyst, wherein a simple connection between the heating disk and the catalyst body, for example by a pin connection, is possible.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der motornahe erste Katalysator als passiver NOX-Adsorber ausgeführt ist, wobei das Heizelement ausgangsseitig des NOX-Adsorbers angeordnet ist. Da ein passiver NOX-Absorber eine Einspeicherung von Stickoxiden bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen ermöglicht und diese Stickoxide bei höheren Temperaturen wieder freisetzt, ist es vorteilhaft, das Heizelement ausgangsseitig des passiven NOX-Adsorbers anzuordnen, um den Abgasstrom stromabwärts des passiven NOX-Adsorbers aufzuheizen und somit den SCR-Katalysator schnellstmöglich auf seine Betriebstemperatur zu bringen.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the first catalytic converter close to the catalyst is designed as a passive NO x adsorber, wherein the heating element is arranged on the output side of the NO x adsorber. Since a passive NO x absorber allows storage of nitrogen oxides at comparatively low temperatures and releases them again at higher temperatures, it is advantageous to arrange the heating element on the output side of the passive NO x adsorber to the exhaust gas stream downstream of the passive NO x adsorber to heat up and thus bring the SCR catalyst as soon as possible to its operating temperature.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der erste SCR-Katalysator als Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ausgeführt ist. Dadurch kann ein zusätzlicher Partikelfilter vermieden werden, wodurch das Abgasnachbehandlungssystem insgesamt kompakter und kostengünstiger ausgeführt werden kann.In a preferred embodiment of the exhaust aftertreatment system, it is provided that the first SCR catalytic converter is designed as a particle filter with a coating for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. Thereby, an additional particulate filter can be avoided, whereby the exhaust aftertreatment system as a whole can be made more compact and cheaper.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der Partikelfilter eine elektrische Heizscheibe oder ein direkt beheizbares Substrat aufweist. Durch eine elektrische Heizscheibe oder ein direkt beheizbares Substrat kann der Partikelfilter schneller auf seine Betriebstemperatur gebracht werden. Ferner kann die Heizscheibe oder das beheizbare Substrat beim Aufheizen des Partikelfilters auf eine Regenerationstemperatur unterstützend eingesetzt werden, wodurch Betriebsphasen, in denen der Verbrennungsmotor zum Aufheizen des Partikelfilters mit einem geringen Wirkungsgrad betrieben wird, verringert werden können.It is particularly preferred if the particle filter has an electric heating disk or a directly heatable substrate. An electric heating disk or a directly heatable substrate allows the particle filter to be brought to its operating temperature more quickly. Further, the heating disk or the heatable substrate can be used to assist in heating the particulate filter to a regeneration temperature, whereby operating phases in which the internal combustion engine is operated to heat the particulate filter with a low efficiency can be reduced.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Partikelfilter eine SCR-Katalysatorscheibe umfasst, welche dem Filterkörper des Partikelfilters vorgeschaltet ist. Dabei ist die SCR-Katalysatorscheibe thermisch von dem Partikelfilter mit der SCR-Beschichtung isoliert. Die SCR-Katalysatorscheibe ist vorzugsweise im gleichen Gehäuse wie der Partikelfilter mit der SCR-Beschichtung angeordnet, jedoch stromaufwärts des Partikelfilters angeordnet. Diese SCR-Katalysatorscheibe ist vergleichsweise kleinvolumig, sodass sich diese SCR-Katalysatorscheibe schnell aufheizt und vergleichsweise schnell das Temperaturfenster zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden erreicht. Zudem weist die SCR-Katalysatorscheibe eine höhere Washcoatmenge pro Fläche als der beschichtete Partikelfilter auf und hat aufgrund der höheren Washcoatmenge ein besseres Umsatzverhalten pro Volumen als der Partikelfilter mit der SCR-Beschichtung.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the particle filter comprises an SCR catalyst disk, which is connected upstream of the filter body of the particulate filter. The SCR catalyst disk is thermally isolated from the particulate filter with the SCR coating. The SCR catalyst disk is preferably disposed in the same housing as the particulate filter with the SCR coating but disposed upstream of the particulate filter. This SCR catalyst disk is comparatively small in volume, so that this SCR catalyst disk heats up quickly and comparatively quickly reaches the temperature window for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. In addition, the SCR catalytic converter disk has a higher washcoat quantity per area than the coated particle filter and, due to the higher washcoat amount, has a better volume per volume conversion performance than the SCR coating particle filter.
In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite SCR-Katalysator einen Ammoniak-Sperrkatalysator umfasst, welcher dem Katalysatorkörper des SCR-Katalysators nachgeschaltet ist. Dadurch kann verhindert werden, dass bei der selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden nicht im SCR-Katalysator umgesetztes Ammoniak als Endrohremission emittiert wird. Dadurch können die Emissionen des Verbrennungsmotors weiter verringert werden.In a further improvement of the invention, it is provided that the second SCR catalyst comprises an ammonia blocking catalyst, which is connected downstream of the catalyst body of the SCR catalyst. This can prevent that in the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides not converted in the SCR catalyst ammonia is emitted as a tailpipe emission. As a result, the emissions of the internal combustion engine can be further reduced.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem vorgeschlagen, wobei der motornahe erste Katalysator und/oder einer der SCR-Katalysatoren ab einem Motorstart des Verbrennungsmotors beheizt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Katalysatoren gegenüber einem ausschließlichen Aufheizen durch den Abgasstrom des Verbrennungsmotors schneller ihre Betriebstemperatur erreichen und somit die Kaltstartemissionen verringert werden können.According to the invention, a method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine with an exhaust aftertreatment system according to the invention is proposed, wherein the engine-near first catalyst and / or one of the SCR catalysts are heated starting from an engine start of the internal combustion engine. This ensures that the catalytic converters can reach their operating temperature faster than exclusive heating by the exhaust gas flow of the internal combustion engine and thus that the cold start emissions can be reduced.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der motornahe, erste Katalysator als ein elektrisch beheizbarer NOX-Speicherkatalysator ausgeführt ist, wobei der NOX-Speicherkatalysator solange elektrisch beheizt wird, bis der NOX-Speicherkatalysator eine Schwellentemperatur erreicht hat, ab der eine effiziente Zwischenspeicherung von Stickoxiden in dem NOX-Speicherkatalysator möglich ist. NOX-Speicherkatalysatoren können ab einer Temperatur von etwa 100°C Stickoxide einspeichern. Ein SCR-Katalysator erreicht etwa in einem Temperaturbereich zwischen 200°C und 450°C ein Temperaturfenster, in dem eine effiziente Konvertierung von Stickoxid-Emissionen möglich ist. Um die Emissionen in der Kaltstartphase zu verringern, ist es daher notwendig, den NOX-Speicherkatalysator schnellstmöglich nach dem Kaltstart auf seine Betriebstemperatur zu bringen. Dabei sollte das Speichervolumen des NOX-Speicherkatalysators so gewählt werden, dass das Zeitfenster überbrückt werden kann, bis zumindest einer der SCR-Katalysatoren seine Betriebstemperatur erreicht hat.In an advantageous embodiment of the method, it is provided that the close-coupled, first catalyst is designed as an electrically heatable NO X storage catalytic converter, wherein the NO x storage catalytic converter is electrically heated until the NO x storage catalytic converter has reached a threshold temperature, starting from an efficient intermediate storage of nitrogen oxides in the NO x storage catalytic converter is possible. NO X storage catalysts can store nitrogen oxides from a temperature of about 100 ° C. For example, an SCR catalytic converter reaches a temperature window in a temperature range between 200 ° C and 450 ° C in which an efficient conversion of nitrogen oxide emissions is possible. In order to reduce emissions in the cold start phase, it is therefore necessary to bring the NO x storage catalytic converter to its operating temperature as soon as possible after the cold start. The storage volume of the NO x storage catalytic converter should be selected so that the time window can be bridged until at least one of the SCR catalysts has reached its operating temperature.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:
-
1 einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem; -
2 ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor; -
3 verschiedene Positionen für ein Heizelement an einem motornahen ersten Katalysator; -
4 mögliche Konfigurationen zur Beheizung eines Partikelfilters mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden in einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem; -
5 einen Partikelfilter mit einer SCR-Beschichtung, dem eine SCR-Katalysatorscheibe vorgeschaltet ist; und -
6 einen SCR-Katalysator eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems, dem ein Ammoniak-Sperrkatalysator nachgeschaltet ist.
-
1 an internal combustion engine with an exhaust aftertreatment system according to the invention; -
2 an exhaust aftertreatment system according to the invention for an internal combustion engine; -
3 various positions for a heating element on a first catalyst near the engine; -
4 possible configurations for heating a particulate filter with a coating for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides in an exhaust aftertreatment system according to the invention; -
5 a particulate filter with an SCR coating, preceded by an SCR catalyst disk; and -
6 an SCR catalyst of an exhaust aftertreatment system according to the invention, which is followed by an ammonia blocking catalyst.
Das Luftversorgungssystem
Die Abgasanlage
Die Niederdruckabgasrückführung
Durch das in
In
Alternativ kann die Heizscheibe
Optional ist wie in
In
In
Nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 1212
- Brennraumcombustion chamber
- 1414
- Einlassinlet
- 1616
- Auslassoutlet
- 1818
- Abgasturbolader turbocharger
- 2020
- Abgasnachbehandlungssystemaftertreatment system
- 2222
- Abgasanlageexhaust system
- 2424
- motornaher, erster Katalysatorclose to the engine, first catalyst
- 2626
- erster SCR-Katalysatorfirst SCR catalyst
- 2828
- Turbine turbine
- 3030
- zweiter SCR-Katalysatorsecond SCR catalyst
- 3232
- erstes Dosierventilfirst metering valve
- 3434
- zweites Dosierventilsecond metering valve
- 3636
- Heizelementheating element
- 3838
- Oxidationskatalysator oxidation catalyst
- 4040
- NOX-SpeicherkatalysatorNO X storage catalyst
- 4242
- Partikelfilterparticulate Filter
- 4444
- Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von StickoxidenCoating for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides
- 4646
- erster Abgasmischerfirst exhaust mixer
- 4848
- zweiter Abgasmischer second exhaust mixer
- 5050
- Abgaskanalexhaust duct
- 5252
- Ammoniak-SperrkatalysatorAmmonia slip catalyst
- 5454
- passiver NOX-Adsorberpassive NO x adsorber
- 5656
- Heizscheibeheated window
- 5858
- zweite Heizscheibe second heating disk
- 6060
- direkt beheizbares Substratdirectly heatable substrate
- 6262
- SCR-KatalysatorscheibeSCR catalyst disk
- 6464
- dritte Heizscheibethird heating disk
- 6666
- erstes Katalysatorelementfirst catalyst element
- 6868
- zweites Katalysatorelement second catalyst element
- 7070
- Ansaugtraktintake system
- 7272
- Verdichtercompressor
- 7474
- Ansaugkanalintake port
- 7676
- LadeluftkühlerIntercooler
- 7878
- Einmündung junction
- 8080
- Niederdruck-AbgasrückführungLow-pressure exhaust gas recirculation
- 8282
- AbgasrückführungskanalExhaust gas recirculation passage
- 8484
- Verzweigungbranch
- 8686
- AbgasrückführungskühlerExhaust gas recirculation cooler
- 8888
- Abgasrückführungsventil Exhaust gas recirculation valve
- 9090
- Steuergerätcontrol unit
- 9292
- Reduktionsmittelreducing agent
- 9494
- Abgasklappeexhaust flap
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102014105043 A1 [0006]DE 102014105043 A1 [0006]
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