DE102018106092A1 - EXHAUST GAS TREATMENT FOR A COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Abstract
Ein Nachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor beinhaltet ein Dieselkaltstartkatalysatorelement, ein Mager-NOx-Speicherkatalysator (LNT)-Element, das direkt neben und nach dem Dieselkaltstartkatalysator angeordnet ist, und ein nach dem LNT angeordnetes selektives katalytisches Reduktions (SCR)-Element. Der Dieselkaltstartkatalysator ist betreibbar, um NOx-Emissionen bei Betriebstemperaturen unter 200 °C zu reduzieren, und das LNT- und SCR-System ist betreibbar, um NOx-Emissionen bei Betriebstemperaturen über 200 °C zu reduzieren. An after-treatment system for an internal combustion engine includes a diesel cold start catalyst element, a lean NOx trap catalyst (LNT) element disposed immediately adjacent and downstream of the diesel cold start catalyst, and a selective catalytic reduction (SCR) element disposed downstream of the LNT. The diesel cold start catalyst is operable to reduce NOx emissions at operating temperatures below 200 ° C, and the LNT and SCR systems are operable to reduce NOx emissions at operating temperatures above 200 ° C.
Description
EINLEITUNGINTRODUCTION
Die vorliegende Offenbarung betrifft die Technik von Nachbehandlungssystemen und insbesondere ein Nachbehandlungssystem für ein Kraftfahrzeug.The present disclosure relates to the art of aftertreatment systems, and more particularly to an aftertreatment system for a motor vehicle.
Interne Verbrennungsmotoren erzeugen, wenn diese betrieben werden, oft unerwünschte Gase wie CO, CO2, NOx und dergleichen. Viele Länder haben Vorschriften erlassen, die die Emissionen von Verbrennungsmotoren begrenzen. Zur Reduzierung der Emissionen wurden verschiedene Nachbehandlungssysteme eingeführt. In vielen Fällen arbeiten bestehende Nachbehandlungssysteme unter normalen Betriebsbedingungen. Während normaler Betriebsbedingungen wurden die Abgaskomponenten auf Betriebstemperaturen, die über ungefähr 175 °C liegen können, erhitzt.Internal combustion engines, when operated, often generate undesirable gases such as CO, CO2, NOx, and the like. Many countries have issued regulations that limit emissions from internal combustion engines. Various after-treatment systems have been introduced to reduce emissions. In many cases, existing aftertreatment systems operate under normal operating conditions. During normal operating conditions, the exhaust components were heated to operating temperatures that may exceed about 175 ° C.
Neue Emissionsvorschriften werden eingeführt, um Emissionen zu behandeln, die unterhalb normaler Betriebstemperaturen auftreten können. Gegenwärtige Nachbehandlungssysteme können eine elektrische Heizung verwenden, die angeordnet ist, um einen Nachbehandlungskatalysator zu erwärmen, damit Emissionen während z. B. Kaltstarts weiter reduziert werden. Elektroheizungen fügen zusätzliche Komponenten hinzu, die eine periodische Wartung erfordern und die Gesamtkomplexität von Nachbehandlungsvorrichtungen erhöhen. Ferner erfordern elektrische Heizeinrichtungen eine Aufwärmzeit, in der Emissionen in Höhen auftreten können, die nicht den gegenwärtigen und anhängigen Vorschriften entsprechen. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein Nachbehandlungssystem bereitzustellen, das während Kaltstarts arbeitet, um Emissionen eines Verbrennungsmotors zu reduzieren, der unterhalb normaler Betriebstemperaturen arbeitet.New emission regulations are being introduced to handle emissions that may occur below normal operating temperatures. Current aftertreatment systems may use an electric heater arranged to heat an aftertreatment catalyst to reduce emissions during e.g. B. cold starts can be further reduced. Electric heaters add additional components that require periodic maintenance and increase the overall complexity of aftertreatment devices. Further, electric heaters require a warm-up time in which emissions may occur at altitudes that are not consistent with current and pending regulations. Accordingly, it is desirable to provide an aftertreatment system that operates during cold starts to reduce emissions of an internal combustion engine operating below normal operating temperatures.
KURZDARSTELLUNGSUMMARY
In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Nachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor ein Dieselkaltstartkatalysatorelement, ein Mager-NOx-Speicherkatalysator (LNT - Lean NOx Trap)-Element und ein selektives katalytisches Reduktions (SCR - Selective Catalyst Reduction)-Element, das dem LNT nachgeordnet ist. Der Dieselkaltstartkatalysator ist betreibbar, um NOx-Emissionen bei Betriebstemperaturen unter 200 °C zu reduzieren, und das LNT- und SCR-System ist betreibbar, um NOx-Emissionen bei Betriebstemperaturen über 200 °C zu reduzieren.In an exemplary embodiment, an after-treatment system for an internal combustion engine includes a diesel cold start catalyst element, a lean NOx trap (LNT) lean element catalyst, and a selective catalyst reduction (SCR) element downstream of the LNT. The diesel cold start catalyst is operable to reduce NOx emissions at operating temperatures below 200 ° C, and the LNT and SCR systems are operable to reduce NOx emissions at operating temperatures above 200 ° C.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der oben oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als eine Alternative könnten weitere Ausführungsformen ein Dieselabgasfluid (DEF - Diesel Exhaust Fluid)-Einspritzsystem beinhalten, das zum Einleiten eines Dieselabgasfluids in Abgase, die von dem Verbrennungsmotor erzeugt werden, dient.In addition to one or more of the features described above or below, or as an alternative, other embodiments could include a Diesel Exhaust Fluid (DEF) injection system used to introduce a diesel exhaust fluid into exhaust gases generated by the internal combustion engine.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachfolgend beschriebenen Merkmale oder als eine Alternative könnten weitere Ausführungsformen solche beinhalten, wobei das DEF-Einspritzsystem dem LNT nachgeordnet und der SCR vorgelagert ist.In addition to one or more of the features described above or below, or as an alternative, other embodiments could include those wherein the DEF injection system is downstream of the LNT and the SCR is upstream.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachfolgend beschriebenen Merkmale oder als eine Alternative könnten weitere Ausführungsformen ein Übertragungsrohr beinhalten, das den Dieselkaltstartkatalysator und den LNT fluidtechnisch mit der SCR verbindet.In addition to one or more of the features described above or below, or as an alternative, other embodiments could include a transfer tube that fluidly connects the diesel cold start catalyst and the LNT to the SCR.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorhergehend oder nachfolgend beschriebenen Merkmale oder als eine Alternative könnte in weiteren Ausführungsformen das DEF-Einspritzsystem fluidtechnisch mit dem Übertragungsrohr verbunden sein.In addition to one or more of the features described above or below, or as an alternative, in other embodiments, the DEF injection system could be fluidly connected to the transfer tube.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachfolgend beschriebenen Merkmale oder als eine Alternative könnten weitere Ausführungsformen solche beinhalten, bei denen das DEF (Diesel Exhaust Fluid)-Einspritzsystem eine Harnstoffeinspritzung umfasst.In addition to one or more of the features described above or below, or as an alternative, other embodiments could include those in which the DEF (Diesel Exhaust Fluid) injection system includes urea injection.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachfolgend beschriebenen Merkmale oder als Alternative könnten weitere Ausführungsformen mindestens einen O2/NOx-Sensor und einen Abgastemperatur (EGT - Exhaust Gas Temperature)-Sensor, der vor dem Dieselkaltstartkatalysator angeordnet ist, beinhalten und mindestens einen von einem O2/NOx-Sensor und einem EGT-Sensor, der nach dem LNT angeordnet ist.In addition to one or more of the features described above or below, or as an alternative, further embodiments could include at least one O2 / NOx sensor and an exhaust gas temperature (EGT) sensor located in front of the diesel cold start catalyst, and at least one of O2 / NOx sensor and an EGT sensor located after the LNT.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachfolgend beschriebenen Merkmale oder als Alternative könnten weitere Ausführungsformen einen ersten Differenzdrucksensor (DPS - Differential Pressure Sensor), der vor der SCR angeordnet ist, und einen zweiten DPS, der nach der SCR angeordnet ist, beinhalten.In addition to one or more of the features described above or below, or as an alternative, other embodiments could include a first differential pressure sensor (DPS) disposed in front of the SCR and a second DPS disposed after the SCR.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachfolgend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können Ausführungsformen ebenfalls Anordnungen beinhalten, bei denen der Dieselkaltstartkatalysator und die LNT in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.In addition to one or more of the features described above or below, or alternatively, embodiments may also include arrangements in which the diesel cold start catalyst and the LNT are disposed in a common housing.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachfolgend beschriebenen Merkmale oder als Alternative könnte in weiteren Ausführungsformen ferner ein hinterer Oxidationskatalysator (ROC - Rear Oxidation Catalyst) nach der SCR angeordnet sein.In addition to one or more of the features described above or below, or as an alternative, others may be incorporated herein by reference Embodiments may also be a rear oxidation catalyst (ROC - Rear Oxidation Catalyst) arranged after the SCR.
Gemäß einem weiteren Aspekt der exemplarischen Ausführungsform der Erfindung weist ein Kraftfahrzeug eine Brennkraftmaschine auf, die ein Abgassystem und ein Nachbehandlungssystem beinhaltet, das fluidtechnisch mit dem Abgassystem verbunden ist. Das Nachbehandlungssystem beinhaltet ein Dieselkaltstartkatalysator-Element (Dieselkaltstartkatalysator), ein NOx-Speicherkatalysatorelement (LNT), das direkt neben und nach dem Dieselkaltstartkatalysator angeordnet ist, und ein hinter dem LNT angeordnetes Element zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR). Der Dieselkaltstartkatalysator ist betreibbar, um NOx-Emissionen bei Betriebstemperaturen unter 200 °C zu reduzieren, und das LNT- und SCR-System ist betreibbar, um NOx-Emissionen bei Betriebstemperaturen über 200 °C zu reduzieren.In another aspect of the exemplary embodiment of the invention, a motor vehicle includes an internal combustion engine including an exhaust system and an aftertreatment system fluidly connected to the exhaust system. The aftertreatment system includes a diesel cold start catalyst (diesel cold start catalyst), a NOx trap catalyst element (LNT) disposed immediately adjacent and downstream of the diesel cold start catalyst, and a selective catalytic reduction (SCR) element located behind the LNT. The diesel cold start catalyst is operable to reduce NOx emissions at operating temperatures below 200 ° C, and the LNT and SCR systems are operable to reduce NOx emissions at operating temperatures above 200 ° C.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der oben oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als eine Alternative könnten weitere Ausführungsformen ein Dieselabgasfluid (DEF - Diesel Exhaust Fluid)-Einspritzsystem beinhalten, das zum Einleiten eines Dieselabgasfluids in Abgase, die von dem Verbrennungsmotor erzeugt werden, dient.In addition to one or more of the features described above or below, or as an alternative, other embodiments could include a Diesel Exhaust Fluid (DEF) injection system used to introduce a diesel exhaust fluid into exhaust gases generated by the internal combustion engine.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachfolgend beschriebenen Merkmale oder als eine Alternative könnten weitere Ausführungsformen solche beinhalten, wobei das DEF-Einspritzsystem dem LNT nachgeordnet und der SCR vorgelagert ist.In addition to one or more of the features described above or below, or as an alternative, other embodiments could include those wherein the DEF injection system is downstream of the LNT and the SCR is upstream.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachfolgend beschriebenen Merkmale oder als eine Alternative könnten weitere Ausführungsformen ein Übertragungsrohr beinhalten, das den Dieselkaltstartkatalysator und den LNT fluidtechnisch mit der SCR verbindet.In addition to one or more of the features described above or below, or as an alternative, other embodiments could include a transfer tube that fluidly connects the diesel cold start catalyst and the LNT to the SCR.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorhergehend oder nachfolgend beschriebenen Merkmale oder als eine Alternative könnte in weiteren Ausführungsformen das DEF-Einspritzsystem fluidtechnisch mit dem Übertragungsrohr verbunden sein.In addition to one or more of the features described above or below, or as an alternative, in other embodiments, the DEF injection system could be fluidly connected to the transfer tube.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachfolgend beschriebenen Merkmale oder als eine Alternative könnten weitere Ausführungsformen solche beinhalten, bei denen das DEF (Diesel Exhaust Fluid)-Einspritzsystem eine Harnstoffeinspritzung umfasst.In addition to one or more of the features described above or below, or as an alternative, other embodiments could include those in which the DEF (Diesel Exhaust Fluid) injection system includes urea injection.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachfolgend beschriebenen Merkmale oder als eine Alternative könnten weitere Ausführungsformen ein Dieselabgasfluid (DEF)-Einspritzsystem beinhalten, das nach dem LNT angeordnet ist.In addition to one or more of the features described above or below, or as an alternative, other embodiments could include a diesel exhaust fluid (DEF) injection system disposed after the LNT.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachfolgend beschriebenen Merkmale oder als Alternative könnten weitere Ausführungsformen mindestens einen O2/NOx-Sensor und einen Abgastemperatur (EGT - Exhaust Gas Temperature)-Sensor, der vor dem Dieselkaltstartkatalysator angeordnet ist, beinhalten und mindestens einen von einem O2/NOx-Sensor und einem EGT-Sensor, der nach dem LNT angeordnet ist.In addition to one or more of the features described above or below, or as an alternative, further embodiments could include at least one O2 / NOx sensor and an exhaust gas temperature (EGT) sensor located in front of the diesel cold start catalyst, and at least one of O2 / NOx sensor and an EGT sensor located after the LNT.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachfolgend beschriebenen Merkmale oder als Alternative könnten weitere Ausführungsformen einen ersten Differenzdrucksensor (DPS - Differential Pressure Sensor), der vor der SCR angeordnet ist, und einen zweiten DPS, der nach der SCR angeordnet ist, beinhalten.In addition to one or more of the features described above or below, or as an alternative, other embodiments could include a first differential pressure sensor (DPS) disposed in front of the SCR and a second DPS disposed after the SCR.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachfolgend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können Ausführungsformen ebenfalls Anordnungen beinhalten, bei denen der Dieselkaltstartkatalysator und die LNT in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.In addition to one or more of the features described above or below, or alternatively, embodiments may also include arrangements in which the diesel cold start catalyst and the LNT are disposed in a common housing.
Die oben genannten Eigenschaften und Vorteile sowie anderen Eigenschaften und Funktionen der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ohne Weiteres hervor.The above features and advantages as well as other features and functions of the present disclosure will become more readily apparent from the following detailed description when taken in conjunction with the accompanying drawings.
Figurenlistelist of figures
Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, wobei gilt:
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem Abgasnachbehandlungssystem gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform; und -
2 ist ein Blockschaltbild, das ein Abgasnachbehandlungssystem gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform zeigt.
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1 shows a motor vehicle with an exhaust aftertreatment system according to an aspect of an exemplary embodiment; and -
2 FIG. 10 is a block diagram showing an exhaust aftertreatment system according to an aspect of an exemplary embodiment. FIG.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es wird darauf hingewiesen, dass in allen Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen oder entsprechenden Teile und Merkmale verweisen.The following description is merely exemplary in nature and is not intended to limit the present disclosure in its applications or uses. It should be noted that in all drawings the same reference numbers refer to the same or corresponding parts and features.
Ein Kraftfahrzeug gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform ist allgemein als 10 in
Gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform, wie in
Gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das Nachbehandlungssystem 34 ein Dieselkaltstartkatalysatorelement
Genauer gesagt liegt die Temperatur der Abgase, die von dem Verbrennungsmotorsystem 24 abgegeben werden, beim anfänglichen Anlassen typischerweise unter 200 °C. Das Dieselkaltstartkatalysatorelement
In weiterer Übereinstimmung mit einem exemplarischen Aspekt enthält ein Übertragungsrohr 74 einen Einlassabschnitt
In noch weiterer Übereinstimmung mit einem Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform kann ein Dieselabgasfluid (DEF)-Einspritzsystem
In noch weiterer Übereinstimmung mit einem exemplarischen Aspekt kann das Nachbehandlungssystem 34 einen ersten O2/NOx-Sensor 124 beinhalten, der in dem Einlass
Es versteht sich, dass exemplarische Ausführungsformen ein System zum Reduzieren von NOx-Emissionen beschreiben, die von einem Verbrennungsmotor sowohl während einer Kaltstartperiode als auch unter normalen Betriebsbedingungen erzeugt werden. Das Dieselkaltstartkatalysatorelement (Dieselkaltstartkatalysator) der vorliegenden Erfindung ist so positioniert, dass sowohl Abgase während eines Kaltstarts oder Gase bei Temperaturen unter ungefähr 200 °C verarbeitet werden als auch eine Vorwärmfunktion für einen nachgeordnet positionierten Mager-NOx-Speicherkatalysatorelement bereitgestellt wird. Auf diese Weise beseitigt die exemplarische Ausführungsform die Notwendigkeit von elektrischen Vorheizeinrichtungen, die betrieben werden müssen, um das LNT-Element vorzuheizen. Ferner stellt die spezielle Anordnung von Komponenten einen breiteren Bereich der Emissionsreduzierung bereit, der den Kaltstart, beispielsweise unter ungefähr 200 °C, und den Normalbetrieb, beispielsweise Abgastemperaturen über ungefähr 200 °C, umfasst, um neue Emissionsvorschriften zu erfüllen.It is understood that exemplary embodiments describe a system for reducing NOx emissions generated by an internal combustion engine during both a cold start period and under normal operating conditions. The diesel cold-start catalyst element (Diesel cold-start catalyst) of the present invention is positioned such that both the exhaust gases during a cold start or gases at temperatures below about 200 ° C to be processed and a preheat for a downstream positioned lean NOx -Speicherkatalysatorelement is provided. In this way, the exemplary embodiment eliminates the need for electrical pre-heaters that must be operated to preheat the LNT element. Further, the particular arrangement of components provides a broader range of emission reduction, including cold start, for example below about 200 ° C, and normal operation, eg, exhaust temperatures above about 200 ° C, to meet new emissions regulations.
Der Begriff „ungefähr“ soll den Fehlergrad einschließen, der mit der Messung der bestimmten Menge verbunden ist, basierend auf der Ausrüstung, die zum Zeitpunkt der Einreichung der Anmeldung verfügbar ist. So kann beispielsweise „ungefähr“ einen Bereich von ± 8 % oder 5 % oder 2 % eines gegebenen Wertes beinhalten. Ferner sollte der Ausdruck „ungefähr“ so verstanden werden, dass dieser eine allgemeine Angabe von Temperaturwerten darstellt, da bestimmte Temperaturwerte von verschiedenen Systembeschränkungen, verwendeten Materialien und dergleichen abhängen können.The term "about" is intended to include the degree of error associated with the measurement of the particular amount based on the equipment available at the time of filing the application. For example, "about" may include a range of ± 8% or 5% or 2% of a given value. Further, the term "about" should be understood to represent a general indication of temperature values, as certain temperature values may depend on various system limitations, materials used, and the like.
Während die obige Offenbarung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen und die einzelnen Teile durch entsprechende andere Teile ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Materialsituation an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten spezifischen Ausführungsformen beschränkt sein soll, sondern dass sie auch alle Ausführungsformen enthält, die in den Umfang der Anmeldung fallen.While the above disclosure has been described with reference to exemplary embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes may be made and the individual parts may be substituted with corresponding other parts without departing from the scope of the disclosure. In addition, many modifications may be made to adapt a particular material situation to the teachings of the disclosure without departing from the essential scope thereof. Therefore, it is intended that the invention not be limited to the specific embodiments disclosed, but that it also include all embodiments falling within the scope of the application.
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