DE102018119599A1 - Exhaust aftertreatment system and method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine - Google Patents

Exhaust aftertreatment system and method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (10) mit einer Abgasanlage (40). Die Abgasanlage (40) weist einen Abgaskanal (42) auf, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors (10) durch den Abgaskanal (42) ein erster Katalysator (38, 46), stromabwärts des ersten Katalysators (38, 46) ein Partikelfilter (48), weiter stromabwärts ein erster SCR-Katalysators (56), und noch weiter stromabwärts ein zweiter SCR-Katalysator (58) angeordnet sind. Stromabwärts des Partikelfilters (48) und stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators (56) ist ein Dosierventil (54) zur Eindosierung eines Reduktionsmittels in den Abgaskanal (42) vorgesehen. Stromabwärts des ersten SCR-Katalysators (56) und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators (58) ist ein Kombisensor (62) zur Erfassung der NO-Konzentration und zur Erfassung der Ammoniakkonzentration im Abgas stromabwärts des ersten SCR-Katalysators (56) angeordnet.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem.The invention relates to an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine (10) with an exhaust gas system (40). The exhaust system (40) has an exhaust duct (42), in which a first catalytic converter (38, 46) in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine (10) through the exhaust duct (42), and a particle filter downstream of the first catalytic converter (38, 46) (48), further downstream a first SCR catalytic converter (56), and still further downstream a second SCR catalytic converter (58) are arranged. A metering valve (54) for metering a reducing agent into the exhaust gas duct (42) is provided downstream of the particle filter (48) and upstream of the first SCR catalytic converter (56). A combination sensor (62) is arranged downstream of the first SCR catalytic converter (56) and upstream of the second SCR catalytic converter (58) for detecting the NO concentration and for detecting the ammonia concentration in the exhaust gas downstream of the first SCR catalytic converter (56) The invention further relates to a method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (10) with such an exhaust gas aftertreatment system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Abgasnachbehandlungssystems.The invention relates to an exhaust gas aftertreatment system for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, and a method for operating such an exhaust gas aftertreatment system.

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 StickoxidEmissionen 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. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt Ammoniak verwendet. Weil der Umgang mit reinem Ammoniak aufwendig ist, wird bei Fahrzeugen üblicherweise eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, welche mit dem heißen Abgasstrom des Verbrennungsmotors vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wobei die wässrige Harnstofflösung Ammoniak im Abgaskanal freisetzt. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sich im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen.The current exhaust gas legislation, which will become increasingly stringent in the future, places high demands on raw engine emissions and exhaust gas aftertreatment of internal combustion engines. The demands for a further decrease in consumption and the further tightening of the exhaust gas standards with regard to the permissible nitrogen oxide emissions represent a challenge for the engine developers. In gasoline engines, the exhaust gas cleaning takes place in a known manner using a three-way catalytic converter and the three-way catalytic converter - And downstream further catalysts. Exhaust gas aftertreatment systems are currently used in diesel engines, which have an oxidation catalytic converter, a catalytic converter for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR catalytic converter) and a particle filter for the separation of soot particles and, if appropriate, further catalytic converters. Ammonia is preferably used as the reducing agent. Because the use of pure ammonia is complex, a synthetic, aqueous urea solution is usually used in vehicles, which is mixed with the hot exhaust gas stream of the internal combustion engine. This mixing heats the aqueous urea solution, the aqueous urea solution releasing ammonia in the exhaust gas duct. A commercially available, aqueous urea solution generally consists of 32.5% urea and 67.5% water.

Zur Einhaltung strengster Abgasnormen sind neben einer stetigen Minderung der Rohemissionen immer höhere Konvertierungsraten des Abgasnachbehandlungssystems erforderlich. Bezüglich der Stickoxidemissionen bei mager laufenden Verbrennungsmotoren, insbesondere bei mager laufenden Dieselmotoren oder Otto-Magermotoren, sind somit zusätzliche Katalysatoren notwendig, um die bei der Verbrennung auftretenden Stickoxide zu konvertieren. Aus dem Stand der Technik sind sogenannte Twin-Dosing-Systeme bekannt, mit welchen in Abhängigkeit der Temperatur und/oder der Leistung des Verbrennungsmotors an zwei unterschiedlichen Stellen Harnstofflösung in den Abgaskanal eindosiert werden kann. Dabei ist vorzugsweise der SCR-Katalysator als SCR-beschichteter Partikelfilter ausgeführt. Nachteilig an einer solchen Lösung ist jedoch, dass der Partikelfilter mit der SCR-Beschichtung zur Regeneration eine Temperatur benötigt, welche oberhalb der Temperatur zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden liegt. Somit ist die SCR-Funktion des Partikelfilters während der Regeneration eingeschränkt. Hohe Abgastemperaturen führen zudem zu einer Alterung von SCR-Katalysatoren, woraus eine Abnahme der Konvertierungsleistung über die Lebensdauer des SCR-Katalysators resultiert.In addition to a constant reduction in raw emissions, ever higher conversion rates of the exhaust gas aftertreatment system are required to comply with the strictest exhaust gas standards. With regard to the nitrogen oxide emissions in lean-running internal combustion engines, in particular in lean-running diesel engines or Otto lean-burn engines, additional catalysts are therefore necessary in order to convert the nitrogen oxides that occur during combustion. So-called twin-dosing systems are known from the prior art, with which, depending on the temperature and / or the power of the internal combustion engine, urea solution can be metered into the exhaust gas duct at two different points. The SCR catalytic converter is preferably designed as an SCR-coated particle filter. A disadvantage of such a solution, however, is that the particle filter with the SCR coating requires a temperature for regeneration which is above the temperature for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides. The SCR function of the particle filter is therefore restricted during regeneration. High exhaust gas temperatures also lead to aging of the SCR catalytic converters, which results in a decrease in the conversion performance over the life of the SCR catalytic converter.

Aus der DE 10 2012 015 046 A1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden vorgesehen, bei welchem ein Reduktionsmittel mit Druckluft in einer Mischkammer vermischt und anschließend in die Abgasanlage eines Verbrennungsmotors eindosiert wird. Dabei ist die Mischkammer durch ein verstellbares Element in zwei Bereiche unterteilt, wobei die Aufbereitung und Eindosierung des Reduktionsmittels jeweils in einem dieser Bereiche erfolgt.From the DE 10 2012 015 046 A1 An exhaust gas aftertreatment system for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides is provided, in which a reducing agent is mixed with compressed air in a mixing chamber and then metered into the exhaust system of an internal combustion engine. The mixing chamber is divided into two areas by an adjustable element, the processing and metering of the reducing agent each taking place in one of these areas.

Die DE 11 2009 000 968 T5 offenbart ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, bei welchem stromabwärts eines Partikelfilters ein SCR-Katalysator und weiter stromabwärts ein Ammoniak-Sperrkatalysator vorgesehen sind. Dabei erfolgt eine Eindosierung eines Reduktionsmittels stromabwärts des Partikelfilters und stromaufwärts des SCR-Katalysators. Bei einer Überdosierung von Reduktionsmittel wird das aus dem Reduktionsmittel gewonnene Ammoniak durch den Ammoniak-Sperrkatalysator zurückgehalten beziehungsweise in molekularen Stickstoff und Wasserdampf konvertiert, um Ammoniakemissionen zu vermeiden.The DE 11 2009 000 968 T5 discloses an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine, in which an SCR catalytic converter is provided downstream of a particle filter and an ammonia blocking catalytic converter is provided further downstream. A reducing agent is metered in downstream of the particle filter and upstream of the SCR catalytic converter. If the reducing agent is overdosed, the ammonia obtained from the reducing agent is retained by the ammonia blocking catalyst or converted into molecular nitrogen and water vapor in order to avoid ammonia emissions.

Aus der DE 11 2011 102 569 T5 ist ferner ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor bekannt, bei welchem ein Katalysator zwei Katalysatorsubstrate aufweist, welche in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, jedoch durch einen Spalt voneinander beabstandet sind. Dabei kann das erste Katalysatorsubstrat beispielsweise als Oxidationskatalysator und das zweite Katalysatorsubstrat beispielsweise als SCR-Katalysator ausgeführt sein. Die Katalysatorsubstrate sind jeweils durch eine Dämmmatte ummantelt, um eine Wärmeabstrahlung von dem jeweiligen Katalysatorsubstrat zu verringern und somit das Aufheizen der Katalysatorsubstrate nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors zu beschleunigen.From the DE 11 2011 102 569 T5 Furthermore, an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine is known, in which a catalytic converter has two catalytic converter substrates, which are arranged in a common housing but are spaced apart from one another by a gap. The first catalyst substrate can be designed, for example, as an oxidation catalyst and the second catalyst substrate can be designed, for example, as an SCR catalyst. The catalyst substrates are each covered by an insulating mat in order to reduce heat radiation from the respective catalyst substrate and thus to accelerate the heating of the catalyst substrates after a cold start of the internal combustion engine.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors zu verbessern und insbesondere die Konvertierungsleistung bezüglich Stickoxidemissionen weiter zu verbessern.The invention is based on the object of improving the exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine and, in particular, of further improving the conversion performance with regard to nitrogen oxide emissions.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Abgasanlage mit einem ersten Abgaskanal, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors durch den Abgaskanal ein erster Katalysator, stromabwärts des ersten Katalysators ein Partikelfilter, stromabwärts des Partikelfilters ein erster SCR-Katalysator und weiter stromabwärts ein zweiter SCR-Katalysator angeordnet sind. Dabei ist vorgesehen, dass stromabwärts des Partikelfilters und stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators ein Dosierventil zur Eindosierung eines Reduktionsmittels in den Abgaskanal, insbesondere zur Eindosierung wässriger Harnstofflösung, vorgesehen ist. Dabei ist stromabwärts des ersten SCR-Katalysators und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators ein Kombisensor zur Erfassung der Ammoniakkonzentration und zur Erfassung der Stickoxidkonzentration im Abgas stromabwärts des ersten SCR-Katalysators angeordnet. Durch ein solches Abgasnachbehandlungssystem ist es möglich, bei beiden SCR-Katalysatoren mit einem einzigen Dosierventil zu versorgen. Dabei wird eine Menge von Reduktionsmittel eindosiert, welche höher ist, als die vom ersten SCR-Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion benötigte Reduktionsmittel. Als Reduktionsmittel ist insbesondere eine wässrige Harnstofflösung vorgesehen, aus welcher Ammoniak gewonnen wird. Der Überschuss an Ammoniak kann durch den Kombisensor stromabwärts des erstes SCR-Katalysators detektiert werden, sodass das verbleibende Reduktionsmittel auf dem zweiten SCR-Katalysator umgesetzt werden kann. Durch den Kombisensor kann die dem zweiten SCR-Katalysator zugeführte Ammoniakmenge geregelt werden, um eine möglichst effiziente Umsetzung von Stickoxiden zu ermöglichen. Somit steht ein größeres Katalysatorvolumen zur Konvertierung des Stickoxidemissionen zur Verfügung, wodurch insbesondere bei großen Abgasvolumina und hohen Abgasgeschwindigkeiten infolge von hohen Drehzahlen, hoher Leistung und hohen Abgastemperaturen des Verbrennungsmotors, eine bessere Konvertierung dieser Stickoxidemissionen erfolgen kann.According to the invention, this object is achieved by an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine, comprising an exhaust system with a first exhaust gas duct, in which a first catalytic converter in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine through the exhaust gas duct A particle filter is arranged downstream of the first catalytic converter, a first SCR catalytic converter is arranged downstream of the particle filter, and a second SCR catalytic converter is arranged further downstream. It is provided that a metering valve for metering a reducing agent into the exhaust gas channel, in particular for metering aqueous urea solution, is provided downstream of the particle filter and upstream of the first SCR catalytic converter. A combination sensor for detecting the ammonia concentration and for detecting the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas is arranged downstream of the first SCR catalytic converter downstream of the first SCR catalytic converter and upstream of the second SCR catalytic converter. Such an exhaust gas aftertreatment system makes it possible to supply both SCR catalytic converters with a single metering valve. An amount of reducing agent is metered in, which is higher than the reducing agent required by the first SCR catalytic converter for selective catalytic reduction. An aqueous urea solution from which ammonia is obtained is in particular provided as the reducing agent. The excess ammonia can be detected by the combination sensor downstream of the first SCR catalytic converter, so that the remaining reducing agent can be converted on the second SCR catalytic converter. The amount of ammonia supplied to the second SCR catalytic converter can be regulated by the combination sensor in order to enable the most efficient conversion of nitrogen oxides. This means that a larger catalyst volume is available for converting the nitrogen oxide emissions, which means that, especially with large exhaust gas volumes and high exhaust gas speeds due to high speeds, high output and high exhaust gas temperatures of the internal combustion engine, a better conversion of these nitrogen oxide emissions can take place.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Merkmale sind vorteilhafte Weiterentwicklungen und nicht triviale Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Abgasnachbehandlungssystems möglich.Advantageous further developments and non-trivial improvements of the exhaust gas aftertreatment system specified in the independent claim are possible due to the features mentioned in the dependent claims.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass dem zweiten SCR-Katalysator ein Ammoniak-Sperrkatalysator nachgeschaltet ist. Durch einen Ammoniak-Sperrkatalysator kann Reduktionsmittel, welches durch den zweiten SCR-Katalysator gelangt ist, zurückgehalten werden, so dass ein Durchbruch von Ammoniak durch diesen zweiten SCR-Katalysator nicht zwangsläufig zu einer Erhöhung der Endrohremissionen des Verbrennungsmotors führt.In a preferred embodiment of the exhaust gas aftertreatment system it is provided that the second SCR catalytic converter is followed by an ammonia blocking catalytic converter. An ammonia blocking catalyst can be used to retain reducing agent which has passed through the second SCR catalyst, so that a breakthrough of ammonia through this second SCR catalyst does not necessarily lead to an increase in the tailpipe emissions of the internal combustion engine.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Partikelfilter eine Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Beschichtung) aufweist und somit einen dritten SCR-Katalysator ausbildet, wobei in dem Abgaskanal stromabwärts des ersten Katalysators und stromaufwärts des Partikelfilters ein weiteres Dosierventil zur Eindosierung eines Reduktionsmittels angeordnet ist. Durch eine SCR-Beschichtung des Partikelfilters kein ein weiterer SCR-Katalysator ausgebildet werden, wodurch die Konvertierungsleistung weiter gesteigert werden kann. Dabei können drei SCR-Katalysatoren mit nur zwei Dosierventilen mit Reduktionsmittel versorgt werden, wodurch ein weiteres Dosierventil entfallen kann. Dadurch können die Kosten und der Montageaufwand für das Abgasnachbehandlungssystem reduziert werden. Ferner stehen bei einem Ausfall eines SCR-Katalysators immer noch zwei funktionierende SCR-Katalysatoren zur Verfügung, wodurch selbst bei einem Totalausfall eines der SCR-Katalysatoren eine weiterhin hohe Konvertierungsleistung durch das Abgasnachbehandlungssystem erreicht wird.In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the particle filter has a coating for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR coating) and thus forms a third SCR catalyst, with a further metering valve in the exhaust gas duct downstream of the first catalyst and upstream of the particle filter is arranged for metering a reducing agent. No further SCR catalytic converter can be formed by an SCR coating of the particle filter, as a result of which the conversion performance can be further increased. Three SCR catalytic converters can be supplied with reducing agent using only two metering valves, which means that an additional metering valve can be dispensed with. As a result, the costs and the assembly effort for the exhaust gas aftertreatment system can be reduced. Furthermore, in the event of a failure of an SCR catalytic converter, two functioning SCR catalytic converters are still available, as a result of which a high conversion performance is still achieved by the exhaust gas aftertreatment system even in the event of a total failure of one of the SCR catalysts.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass am Abgaskanal stromabwärts des Partikelfilters und stromaufwärts des Dosierventils eine Verzweigung vorgesehen ist, an welcher eine Niederdruck-Abgasrückführungsleitung aus dem Abgaskanal abzweigt. Dadurch können der erste SCR-Katalysator und der zweite SCR-Katalysator mit Reduktionsmittel versorgt werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass bei einer Überdosierung unverbrauchtes Reduktionsmittel in die Niederdruck-Abgasrückführung gelangt. Somit können Ablagerungen und Kondensatbildung in der Niederdruck-Abgasrückführung vermieden werden, wodurch eine unerwünschte Rückführung von Ammoniak in das Luftversorgungssystem ausgeschlossen wird.In a preferred embodiment variant of the exhaust gas aftertreatment system, it is provided that a branch is provided on the exhaust gas duct downstream of the particle filter and upstream of the metering valve, at which a low-pressure exhaust gas recirculation line branches off from the exhaust gas duct. As a result, the first SCR catalytic converter and the second SCR catalytic converter can be supplied with reducing agent without the risk that unused reducing agent can get into the low-pressure exhaust gas recirculation system in the event of an overdose. Deposits and condensate formation in the low-pressure exhaust gas recirculation can thus be avoided, as a result of which undesirable recirculation of ammonia into the air supply system is excluded.

Bevorzugt ist dabei, wenn der erste SCR-Katalysator und der zweite SCR-Katalysator stromabwärts der Verzweigung angeordnet sind.It is preferred if the first SCR catalytic converter and the second SCR catalytic converter are arranged downstream of the branch.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der Partikelfilter in einer motornahen Position und die beiden SCR-Katalysatoren in einer motorfernen Position angeordnet sind. Unter einer motornahen Position ist in diesem Zusammenhang eine Position des Partikelfilters mit einer Abgaslauflänge von weniger als 80cm, vorzugsweise von weniger als 50cm, ab dem Auslass des Verbrennungsmotors zu verstehen. Unter einer motorfernen Position ist in diesem Zusammenhang eine Position in der Abgasanlage mit einer Abgaslauflänge von mehr als 100cm, vorzugsweise von mehr als 120cm, ab dem Auslass des Verbrennungsmotors zu verstehen. Durch die motornahe Position ist ein besonders schnelles Aufheizen des Partikelfilters nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors möglich. Ferner kann der Partikelfilter in dieser Position leichter und schneller auf seine zur Oxidation des zurückgehaltenen Rußes notwendige Regenerationstemperatur aufgeheizt werden. Durch die motorferne Position der beiden weiteren SCR-Katalysatoren kühlt sich das Abgas auf dem Weg vom Verbrennungsmotor durch die Abgasanlage ab. Somit können die beiden weiteren SCR-Katalysatoren insbesondere bei einem Hochlastbetrieb und/oder bei einer Regeneration des Partikelfilters in einem Temperaturfenster betrieben werden, in welchem eine effiziente Konvertierung von Stickoxiden möglich ist. Dabei überschreitet die Temperatur am Partikelfilter dieses Temperaturfenster, sodass der Partikelfilter mit der SCR-Beschichtung nur noch eingeschränkt zur Konvertierung des Stickoxidemissionen beitragen kann.In a further preferred embodiment of the exhaust gas aftertreatment system, it is provided that the particle filter is arranged in a position close to the engine and the two SCR catalysts are arranged in a position remote from the engine. In this context, a position near the engine means a position of the particle filter with an exhaust gas run length of less than 80 cm, preferably less than 50 cm, from the outlet of the internal combustion engine. In this context, a position remote from the engine means a position in the exhaust system with an exhaust gas run length of more than 100 cm, preferably of more than 120 cm, from the outlet of the internal combustion engine. The position close to the engine enables the particulate filter to heat up particularly quickly after a cold start of the internal combustion engine. Furthermore, the particle filter can be in this position easier and faster on its to oxidize retained soot, the necessary regeneration temperature can be heated. The position of the two further SCR catalytic converters away from the engine cools the exhaust gas on the way from the internal combustion engine through the exhaust system. The two further SCR catalytic converters can thus be operated in a temperature window in which an efficient conversion of nitrogen oxides is possible, in particular during high-load operation and / or during regeneration of the particle filter. The temperature at the particle filter exceeds this temperature window, so that the particle filter with the SCR coating can only make a limited contribution to converting the nitrogen oxide emissions.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die beiden SCR-Katalysatoren in einer Unterbodenposition eines Kraftfahrzeuges angeordnet sind. In einer Unterbodenposition werden die SCR-Katalysatoren von einem unter dem Fahrzeug durchgeführten Luftstrom abgekühlt, sodass zusätzlich eine konvektive Wärmeabfuhr erfolgt. Somit können die SCR-Katalysatoren auch bei Höchstlast in dem zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden notwendigen Temperaturbereich betrieben werden.It is particularly preferred if the two SCR catalysts are arranged in an underbody position of a motor vehicle. In an underbody position, the SCR catalytic converters are cooled by an air flow carried under the vehicle, so that additional convective heat dissipation takes place. This means that the SCR catalysts can also be operated at maximum load in the temperature range required for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem vorgeschlagen, wobei ein Reduktionsmittel durch das Dosierventil eindosiert wird, und wobei die Stickoxidkonzentration und die Ammoniakkonzentration stromabwärts des ersten SCR-Katalysators und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators ermittelt wird. Dadurch können zwei SCR-Katalysatoren mit nur einem Dosierventil mit einem Reduktionsmittel versorgt werden. Auf diese Weise kann ein Dosierventil eingespart werden, wodurch die Herstellkosten und der Montageaufwand für das Abgasnachbehandlungssystem reduziert werden können.According to the invention, a method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system according to the invention is proposed, wherein a reducing agent is metered in through the metering valve, and wherein the nitrogen oxide concentration and the ammonia concentration are determined downstream of the first SCR catalytic converter and upstream of the second SCR catalytic converter. This means that two SCR catalytic converters can be supplied with a reducing agent using just one metering valve. In this way, a metering valve can be saved, as a result of which the manufacturing costs and the assembly outlay for the exhaust gas aftertreatment system can be reduced.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Überdosierung von Reduktionsmittel erfolgt, wenn sowohl der erste SCR-Katalysator als auch der zweite SCR-Katalysator ihre Betriebstemperatur erreicht haben. Durch eine Überdosierung kann der zweite SCR-Katalysator mit Reduktionsmittel, insbesondere mit Ammoniak, versorgt werden, sodass der zweite SCR-Katalysator zusätzliche Katalysatorvolumen bereitstellt. Dadurch kann die Effizienz der Stickoxidkonvertierung insbesondere bei hohen Lastpunkten und/oder hohen Drehzahlen des Verbrennungsmotors verbessert werden.In an advantageous embodiment of the method it is provided that the reducing agent is overdosed when both the first SCR catalytic converter and the second SCR catalytic converter have reached their operating temperature. The second SCR catalytic converter can be supplied with a reducing agent, in particular ammonia, by overdosing, so that the second SCR catalytic converter provides additional catalyst volumes. As a result, the efficiency of the nitrogen oxide conversion can be improved, in particular at high load points and / or high speeds of the internal combustion engine.

Gemäß einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Partikelfilter eine Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden aufweist und stromaufwärts des Partikelfilters ein weiteres Dosierventil angeordnet ist, wobei die Eindosierung von Reduktionsmittel in Abhängigkeit von der Abgastemperatur und/oder der Temperatur der SCR-Katalysatoren durch das Dosierventil oder durch das weitere Dosierventil erfolgt. Dadurch kann die selektive katalytische Reduktion an die in der Abgasanlage vorherrschenden Temperaturen angepasst werden, sodass immer derjenige oder diejenigen SCR-Katalysatoren mit Reduktionsmittel versorgt werden, welche eine bestmögliche Konvertierung von Stickoxiden erwarten lassen. Somit kann der Reduktionsmittelverbrauch reduziert und die Effizienz der Abgasnachbehandlung gesteigert werden.According to a further improvement of the method, it is provided that the particle filter has a coating for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides and a further metering valve is arranged upstream of the particle filter, the metering of reducing agent depending on the exhaust gas temperature and / or the temperature of the SCR catalysts through the metering valve or through the further metering valve. As a result, the selective catalytic reduction can be adapted to the temperatures prevailing in the exhaust system, so that one or more SCR catalysts are always supplied with reducing agents which give the best possible conversion of nitrogen oxides. This reduces the consumption of reducing agents and increases the efficiency of exhaust gas aftertreatment.

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 can be combined with one another with advantage, unless otherwise stated in the individual case.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

  • 1 einen Verbrennungsmotor mit einem Luftversorgungssystem und einer Abgasanlage mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem; und
  • 2 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors.
The invention is explained below in exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 an internal combustion engine with an air supply system and an exhaust system with an exhaust gas aftertreatment system according to the invention; and
  • 2 a flowchart for performing an inventive method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine.

1 zeigt die schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 10 mit einem Luftversorgungssystem 20 und einer Abgasanlage 40. Der Verbrennungsmotor 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein direkteinspritzender Dieselmotor und weist mehrere Brennräume 12 auf. An den Brennräumen 12 ist jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 zur Einspritzung eines Kraftstoffes in den jeweiligen Brennraum 12 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Einlass 16 mit einem Luftversorgungssystem 20 und mit seinem Auslass 18 mit einer Abgasanlage 40 verbunden. Der Verbrennungsmotor 10 umfasst ferner eine Hochdruck-Abgasrückführung mit einem Hochdruck-Abgasrückführungsventil, über welches ein Abgas des Verbrennungsmotors 10 von dem Auslass 18 zum Einlass 16 zurückgeführt werden kann. An den Brennräumen 12 sind Einlassventile und Auslassventile angeordnet, mit welchen eine fluidische Verbindung vom Luftversorgungssystem 20 zu den Brennräumen 12 oder von den Brennräumen 12 zur Abgasanlage 40 geöffnet oder verschlossen werden kann. 1 shows the schematic representation of an internal combustion engine 10 with an air supply system 20 and an exhaust system 40 , The internal combustion engine 10 is a direct injection diesel engine in this embodiment and has several combustion chambers 12 on. At the combustion chambers 12 is a fuel injector 14 for injecting a fuel into the respective combustion chamber 12 arranged. The internal combustion engine 10 is with his entrance 16 with an air supply system 20 and with its outlet 18 with an exhaust system 40 connected. The internal combustion engine 10 further comprises a high-pressure exhaust gas recirculation with a high-pressure exhaust gas recirculation valve, via which an exhaust gas of the internal combustion engine 10 from the outlet 18 to the entrance 16 can be traced back. At the combustion chambers 12 Inlet valves and outlet valves are arranged, with which a fluid connection from the air supply system 20 to the combustion chambers 12 or from the combustion chambers 12 to the exhaust system 40 can be opened or closed.

Das Luftversorgungssystem 20 umfasst einen Ansaugkanal 28, in welcher in Strömungsrichtung von Frischluft durch den Ansaugkanal 28 ein Luftfilter 22, stromabwärts des Luftfilters 22 ein Luftmassenmesser 24, insbesondere ein Heißfilmluftmassenmesser, stromabwärts des Luftmassenmessers 24 ein Verdichter 26 eines Abgasturboladers 36, stromabwärts des Verdichters 26 eine Drosselklappe 30 und weiter stromabwärts ein Ladeluftkühler 32 angeordnet sind. Dabei kann der Luftmassenmesser 24 auch in einem Filtergehäuse des Luftfilters 22 angeordnet sein, sodass der Luftfilter 22 und der Luftmassenmesser 24 eine Baugruppe ausbildet. Stromabwärts des Luftfilters 22 und stromaufwärts des Verdichters 26 ist eine Einmündung 34 vorgesehen, an welcher eine Abgasrückführungsleitung 76 einer Niederdruck-Abgasrückführung 70 in den Ansaugkanal 28 mündet.The air supply system 20 includes an intake duct 28 , in which in the direction of flow of fresh air through the intake duct 28 an air filter 22 , downstream of the air filter 22 an air mass meter 24 , in particular a hot film air mass meter, downstream of the air mass meter 24 a compressor 26 of an exhaust gas turbocharger 36 . downstream of the compressor 26 a throttle valve 30 and further downstream an intercooler 32 are arranged. The air mass meter 24 also in a filter housing of the air filter 22 be arranged so that the air filter 22 and the air mass meter 24 forms an assembly. Downstream of the air filter 22 and upstream of the compressor 26 is a confluence 34 provided on which an exhaust gas recirculation line 76 a low pressure exhaust gas recirculation 70 into the intake duct 28 empties.

Die Abgasanlage 40 umfasst einen Abgaskanal 42, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch den ersten Abgaskanal 42 eine Turbine 44 des Abgasturboladers 36 angeordnet ist, welche den Verdichter 26 im Luftversorgungssystem 20 über eine Welle antreibt. Der Abgasturbolader 36 ist vorzugsweise als Abgasturbolader 36 mit variabler Turbinengeometrie ausgeführt. Dazu sind einem Turbinenrad der Turbine 44 verstellbare Leitschaufeln vorgeschaltet, über welche die Anströmung des Abgases auf die Schaufeln der Turbine 44 variiert werden kann. Stromabwärts der Turbine 44 sind mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten 38, 46, 48, 52, 56, 58, 60 vorgesehen. Dabei ist unmittelbar stromabwärts der Turbine 44 als erste Komponente der Abgasnachbehandlung ein Oxidationskatalysator 46 oder ein NOx-Speicherkatalysator 38 angeordnet. Dem Oxidationskatalysator 46 oder dem NOx-Speicherkatalysator 38 folgt in Strömungsrichtung des Abgases des Verbrennungsmotors 10 ein Partikelfilter 48, welcher vorzugsweise mit einer Beschichtung 52 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Beschichtung) versehen ist. Stromabwärts des Partikelfilters 48 sind ein erster SCR-Katalysator 56 und weiter stromabwärts ein zweiter SCR-Katalysator 58 angeordnet. Stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators 58 ist ein Ammoniak-Sperrkatalysator 60 vorgesehen, welcher einen Austritt von unverbrauchtem Ammoniak verhindert und dieses in Stickstoff, Wasserdampf konvertiert. Stromabwärts des Partikelfilters 48 und stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators 56 ist in dem Abgaskanal 42 eine Abgasklappe 78 vorgesehen, mit welcher der Querschnitt des Abgaskanals 42 zumindest teilweise versperrt werden kann, um den Abgasgegendruck im Abgaskanal 42 zu erhöhen. Stromabwärts des Partikelfilters 48 und stromaufwärts der Abgasklappe 78 ist am Abgaskanal 42 eine Verzweigung 68 vorgesehen, an welcher eine Abgasrückführungsleitung 76 einer Abgasrückführung 70 aus dem Abgaskanal 42 abzweigt.The exhaust system 40 includes an exhaust duct 42 , in which in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine 10 through the first exhaust duct 42 a turbine 44 of the exhaust gas turbocharger 36 arranged which is the compressor 26 in the air supply system 20 drives over a shaft. The exhaust gas turbocharger 36 is preferably used as an exhaust gas turbocharger 36 designed with variable turbine geometry. For this are a turbine wheel of the turbine 44 adjustable guide vanes upstream, through which the flow of the exhaust gas onto the blades of the turbine 44 can be varied. Downstream of the turbine 44 are several exhaust aftertreatment components 38 . 46 . 48 . 52 . 56 . 58 . 60 intended. It is immediately downstream of the turbine 44 an oxidation catalytic converter as the first component of exhaust gas aftertreatment 46 or a NO x storage catalytic converter 38 is arranged. The oxidation catalyst 46 or the NO x storage catalytic converter 38 follows in the flow direction of the exhaust gas of the internal combustion engine 10 a particle filter 48 , which preferably with a coating 52 is provided for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR coating). Downstream of the particle filter 48 are a first SCR catalyst 56 and further downstream a second SCR catalytic converter 58 arranged. Downstream of the second SCR catalytic converter 58 is an ammonia barrier catalyst 60 provided, which prevents leakage of unused ammonia and converts it into nitrogen, water vapor. Downstream of the particle filter 48 and upstream of the first SCR catalyst 56 is in the exhaust duct 42 an exhaust flap 78 provided with which the cross section of the exhaust duct 42 can be at least partially blocked to the exhaust back pressure in the exhaust duct 42 to increase. Downstream of the particle filter 48 and upstream of the exhaust flap 78 is on the exhaust duct 42 a branch 68 provided on which an exhaust gas recirculation line 76 exhaust gas recirculation 70 from the exhaust duct 42 branches.

Die Abgasrückführung 70 umfasst neben der Abgasrückführungsleitung 76 einen Abgasrückführungskühler 72 und ein Abgasrückführungsventil 74, über welches die Abgasrückführung durch die Abgasrückführungsleitung 76 steuerbar ist. An der Abgasrückführungsleitung 76 der Abgasrückführung 70 kann ein weiterer Temperatursensor vorgesehen sein, über welchen eine Abgastemperatur in der Abgasrückführung 70 ermittelt werden kann, um die Abgasrückführung 70 zu aktivieren, sobald die Abgastemperatur in der Abgasrückführung 70 einen definierten Schwellenwert überschritten hat. Somit kann verhindert werden, dass Wasserdampf oder im Abgas enthaltenes Reduktionsmittel zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, insbesondere flüssige Harnstofflösung, auskondensiert und in der Abgasrückführung 70 oder im Luftversorgungssystem 20 zu Beschädigungen oder Ablagerungen führt.The exhaust gas recirculation 70 includes in addition to the exhaust gas recirculation line 76 an exhaust gas recirculation cooler 72 and an exhaust gas recirculation valve 74 , via which the exhaust gas recirculation through the exhaust gas recirculation line 76 is controllable. On the exhaust gas recirculation line 76 exhaust gas recirculation 70 can be provided a further temperature sensor, via which an exhaust gas temperature in the exhaust gas recirculation 70 can be determined to the exhaust gas recirculation 70 to activate as soon as the exhaust gas temperature in the exhaust gas recirculation 70 has exceeded a defined threshold. It can thus be prevented that water vapor or reducing agent contained in the exhaust gas for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides, in particular liquid urea solution, condenses out and in the exhaust gas recirculation 70 or in the air supply system 20 leads to damage or deposits.

In der Abgasanlage 40 ist stromabwärts des ersten SCR-Katalysators 56 und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators 58 ein Kombisensor 62 vorgesehen, mit welchem die Stickoxidkonzentration und die Ammoniakkonzentration stromabwärts des ersten SCR-Katalysators 56 ermittelt werden können. Ferner kann in der Abgasanlage ein Temperatursensor 70 vorgesehen sein, mit welchem eine Abgastemperatur in der Abgasanlage 40 überwacht werden kann, um eine effektive und effiziente Abgasnachbehandlung des Abgases des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen. Ferner sind Differenzdrucksensoren 66 vorgesehen, um eine Druckdifferenz über dem Partikelfilter 48 zu bestimmen. Auf diese Weise kann der Beladungszustand des Partikelfilters 48 ermittelt und bei Überschreiten eines definierten Beladungsniveaus eine Regeneration des Partikelfilters 48 eingeleitet werden. Ferner ist am Abgaskanal 42 mindestens ein Dosiermodul 50,54 vorgesehen, um ein Reduktionsmittel, insbesondere wässrige Harnstofflösung, stromaufwärts der beiden SCR-Katalysatoren 56, 58 in den Abgaskanal 42 einzudosieren. Dabei ist ein erstes Dosierventil 54 vorgesehen, mit welchem Reduktionsmittel stromabwärts der Verzweigung 68 in den Abgaskanal 42 eindosiert wird. Ferner ist ein weiteres Dosierventil 50 vorgesehen, mit welchem das Reduktionsmittel stromabwärts des Oxidationskatalysators 46 oder des NOx-Speicherkatalysators 38 und stromaufwärts des Partikelfilters 48 in den Abgaskanal 42 eingebracht wird. Im Abgaskanal 42 können jeweils stromabwärts des jeweiligen Dosierventils 50, 54 Mischelemente angeordnet sein, um eine Vermischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas des Verbrennungsmotors 10 zu begünstigen.In the exhaust system 40 is downstream of the first SCR catalytic converter 56 and upstream of the second SCR catalyst 58 a combination sensor 62 provided with which the nitrogen oxide concentration and the ammonia concentration downstream of the first SCR catalyst 56 can be determined. A temperature sensor can also be located in the exhaust system 70 be provided with which an exhaust gas temperature in the exhaust system 40 can be monitored to ensure an effective and efficient exhaust aftertreatment of the exhaust gas of the internal combustion engine 10 to enable. There are also differential pressure sensors 66 provided a pressure difference across the particulate filter 48 to determine. In this way, the loading status of the particle filter 48 determined and, if a defined loading level is exceeded, regeneration of the particle filter 48 be initiated. Also on the exhaust duct 42 at least one metering module 50, 54 is provided to contain a reducing agent, in particular aqueous urea solution, upstream of the two SCR catalysts 56 . 58 in the exhaust duct 42 to meter. There is a first metering valve 54 provided with which reducing agent downstream of the branch 68 in the exhaust duct 42 is dosed. There is also another metering valve 50 provided with which the reducing agent downstream of the oxidation catalyst 46 or the NO x storage catalyst 38 and upstream of the particulate filter 48 in the exhaust duct 42 is introduced. In the exhaust duct 42 can each downstream of the respective metering valve 50 . 54 Mixing elements can be arranged to mix the reducing agent with the exhaust gas of the internal combustion engine 10 to favor.

Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Motorsteuergerät 80 verbunden, welches über nicht dargestellte Signalleitungen mit dem Kombisensor 62, den Druck- und Temperatursensoren 64, 66, mit den Kraftstoffinjektoren 14 des Verbrennungsmotors 10 sowie mit den Steuereinrichtungen 24, 30 des Luftversorgungssystems 20 verbunden ist.The internal combustion engine 10 is with an engine control unit 80 connected, which via signal lines, not shown, to the combination sensor 62 , the pressure and temperature sensors 64 . 66 , with the fuel injectors 14 of the internal combustion engine 10 as well as with the control devices 24 . 30 of the air supply system 20 connected is.

Eine Abgasnachbehandlung mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem ist in 2 dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt <100> wird der Verbrennungsmotor 10 durch die Kraftstoffinjektoren 14 mit Kraftstoff versorgt, welcher in den Brennräumen 12 des Verbrennungsmotors 10 verbrennt. Dabei werden die gasförmigen Abgaskomponenten durch den Oxidationskatalysator 46 oder NOx-Speicherkatalysator 38 oxidiert. Die Stickoxidemissionen werden in diesem Normalbetrieb durch die Eindosierung von Reduktionsmittel durch zumindest eines der Dosierventile 50, 54 und einem nachfolgenden SCR-Katalysator 56, 58, 82 konvertiert. Die bei der Verbrennung des Kraftstoffes in den Brennräumen 12 entstehenden Rußpartikel werden in dem Partikelfilter 48 zurückgehalten. Erreicht der Partikelfilter 48 im Betrieb des Verbrennungsmotors 10 eine definierte Beladungsgrenze, so ist in einem Verfahrensschritt <110> eine Regeneration des Partikelfilters 48 notwendig. Dazu wird die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors 10 in bekannter Weise, beispielsweise durch eine Verschiebung des Einspritzzeitpunktes in Richtung „spät“ erhöht. Da die zur Regeneration des Partikelfilters 48 notwendige Temperatur in einem Temperaturbereich liegt, in welchem es zu einer thermischen Zersetzung des Ammoniaks kommt, wird in einem Verfahrensschritt <120> die Eindosierung von Reduktionsmittel auf das in Strömungsrichtung hintere Dosierventil 54 verschoben. Dabei werden in einem Verfahrensschritt <130> durch den Kombisensor 62 die Konzentrationen des Ammoniaks und der Stickoxide stromabwärts des ersten SCR-Katalysators 56 gemessen. Reicht die Konvertierungsleistung des ersten SCR-Katalysators 56 nicht aus, um die Stickoxidemissionen vollständig in unschädliche Abgaskomponenten zu konvertieren, so wird die eindosierte Menge an Reduktionsmittel erhöht und es erfolgt in einem Verfahrensschritt <140> eine Überdosierung von Reduktionsmittel. Dabei wird mehr Reduktionsmittel eindosiert, als der erste SCR-Katalysator 56 zur Konvertierung von Stickoxidemissionen benötigt. Somit liegt stromabwärts des ersten SCR-Katalysator 56 und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators 58 unverbrauchtes Ammoniak vor, welches zur selektiven katalytischen Reduktion durch den zweiten SCR-Katalysator 58 genutzt werden kann. Ist die Regeneration des Partikelfilters 48 abgeschlossen, so wird in einem Verfahrensschritt <150> wieder in den Normalbetrieb umgeschaltet und es erfolgt eine Eindosierung von Reduktionsmittel durch das Dosierventil 50, 54, welches in Abhängigkeit der Abgastemperatur in der Abgasanlage 40 die effizienteste Konvertierung von Stickoxidemissionen erwartet lässt.An exhaust gas aftertreatment with an exhaust gas aftertreatment system according to the invention is shown in 2 shown. In a first step < 100 > becomes the internal combustion engine 10 through the fuel injectors 14 supplied with fuel, which in the combustion chambers 12 of the internal combustion engine 10 burns. The gaseous exhaust components through the oxidation catalyst 46 or NO x storage catalyst 38 oxidized. In this normal operation, the nitrogen oxide emissions are caused by metering in reducing agent through at least one of the metering valves 50 . 54 and a subsequent SCR catalytic converter 56 . 58 . 82 converted. When burning the fuel in the combustion chambers 12 soot particles are created in the particle filter 48 retained. Reaches the particle filter 48 in the operation of the internal combustion engine 10 a defined loading limit, then in one process step < 110 > regeneration of the particle filter 48 necessary. For this purpose, the exhaust gas temperature of the internal combustion engine 10 increased in a known manner, for example by shifting the injection timing in the “late” direction. Because of the regeneration of the particle filter 48 necessary temperature is in a temperature range in which there is a thermal decomposition of the ammonia, in a process step < 120 > the metering of reducing agent onto the metering valve at the rear in the direction of flow 54 postponed. In one process step < 130 > through the combination sensor 62 the concentrations of ammonia and nitrogen oxides downstream of the first SCR catalyst 56 measured. The conversion performance of the first SCR catalytic converter is sufficient 56 not enough to completely convert the nitrogen oxide emissions into harmless exhaust gas components, the metered amount of reducing agent is increased and it takes place in one process step < 140 > an overdose of reducing agent. More reducing agent is metered in than the first SCR catalytic converter 56 needed to convert nitrogen oxide emissions. Thus lies downstream of the first SCR catalytic converter 56 and upstream of the second SCR catalyst 58 unused ammonia, which is used for selective catalytic reduction by the second SCR catalyst 58 can be used. Is the regeneration of the particle filter 48 completed, in a process step < 150 > Switched back to normal operation and the reducing agent is metered in through the metering valve 50 . 54 , which depends on the exhaust gas temperature in the exhaust system 40 the most efficient conversion of nitrogen oxide emissions can be expected.

Durch den Kombisensor 62 kann zudem die Funktion des ersten SCR-Katalysators 56 überprüft werden, sodass eine einfache Möglichkeit zur On-Board-Diagnose des ersten SCR-Katalysators 56 gegeben ist. Bei einem Ausfall eines der SCR-Katalysatoren 56, 58, 82 stehen weiterhin zwei funktionsfähige SCR-Katalysatoren zur Verfügung, sodass selbst bei einem Totalausfall eines des SCR-Katalysatoren 56, 58, 82 eine hinreichende Konvertierungsleistung des Abgasnachbehandlungssystems erreicht wird.With the combination sensor 62 can also function as the first SCR catalyst 56 checked, so that an easy way to on-board diagnosis of the first SCR catalyst 56 given is. If one of the SCR catalysts fails 56 . 58 . 82 two functional SCR catalysts are still available, so that even in the event of a total failure of one of the SCR catalysts 56 . 58 . 82 sufficient conversion performance of the exhaust gas aftertreatment system is achieved.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
1212
Brennraumcombustion chamber
1414
Kraftstoffinjektorfuel injector
1616
Einlassinlet
1818
Auslass outlet
2020
LuftversorgungssystemAir supply system
2222
Luftfilterair filter
2424
LuftmassenmesserAir flow sensor
2626
Verdichtercompressor
2828
Ansaugkanal intake port
3030
Drosselklappethrottle
3232
LadeluftkühlerIntercooler
3434
Einmündungjunction
3636
Abgasturboladerturbocharger
3838
NOx-Speicherkatalysator NO x storage catalytic converter
4040
Abgasanlageexhaust system
4242
Abgaskanalexhaust duct
4444
Turbineturbine
4646
Oxidationskatalysatoroxidation catalyst
4848
Partikelfilter particulate Filter
5050
erstes Dosierventilfirst metering valve
5252
SCR-BeschichtungSCR coating
5454
zweites Dosierventilsecond metering valve
5656
erster SCR-Katalysatorfirst SCR catalytic converter
5858
zweiter SCR-Katalysator second SCR catalytic converter
6060
Ammoniak-SperrkatalysatorAmmonia slip catalyst
6262
KombisensorKombisensor
6464
Temperatursensortemperature sensor
6666
DifferenzdrucksensorDifferential Pressure Sensor
6868
Verzweigung branch
7070
AbgasrückführungExhaust gas recirculation
7272
AbgasrückführungskühlerExhaust gas recirculation cooler
7474
AbgasrückführungsventilExhaust gas recirculation valve
7676
AbgasrückführungsleitungExhaust gas recirculation line
7878
Abgasklappe exhaust flap
8080
Steuergerätcontrol unit
8282
SCR-KatalysatorSCR catalyst

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102012015046 A1 [0004]DE 102012015046 A1 [0004]
  • DE 112009000968 T5 [0005]DE 112009000968 T5 [0005]
  • DE 112011102569 T5 [0006]DE 112011102569 T5 [0006]

Claims (10)

Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (10), umfassend eine Abgasanlage (40) mit einem ersten Abgaskanal (42), in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors (10) durch den Abgaskanal (42) ein erster Katalysator (38, 46), stromabwärts des ersten Katalysators (38, 46) ein Partikelfilter (48) und stromabwärts des Partikelfilters (48) ein erster SCR-Katalysators (56) und weiter stromabwärts ein zweiter SCR-Katalysator (58) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Partikelfilters (48) und stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators (56) ein Dosierventil (54) zur Eindosierung eines Reduktionsmittels in den Abgaskanal (42) vorgesehen ist, wobei stromabwärts des ersten SCR-Katalysators (56) und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators (58) ein Kombisensor (62) zur Erfassung der NOx-Konzentration und zur Erfassung der Ammoniakkonzentration im Abgas stromabwärts des ersten SCR-Katalysators (56) angeordnet ist.Exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine (10), comprising an exhaust system (40) with a first exhaust gas duct (42), in which a first catalytic converter (38, 46) downstream of the exhaust gas of the internal combustion engine (10) through the exhaust gas duct (42) a first filter (38, 46) a particle filter (48) and downstream of the particle filter (48) a first SCR catalyst (56) and further downstream a second SCR catalyst (58), characterized in that downstream of the particle filter (48 ) and upstream of the first SCR catalytic converter (56) a metering valve (54) is provided for metering a reducing agent into the exhaust gas duct (42), with a downstream of the first SCR catalytic converter (56) and upstream of the second SCR catalytic converter (58) Combination sensor (62) for detecting the NO x concentration and for detecting the ammonia concentration in the exhaust gas is arranged downstream of the first SCR catalytic converter (56). Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten SCR-Katalysator (58) ein Ammoniak-Sperrkatalysator (60) nachgeschaltet ist.Exhaust aftertreatment system after Claim 1 , characterized in that the second SCR catalytic converter (58) is followed by an ammonia blocking catalytic converter (60). Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (48) eine Beschichtung (52) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden aufweist und somit einen dritten SCR-Katalysator (82) ausbildet, wobei in dem Abgaskanal (42) stromabwärts des ersten Katalysators (38, 46) und stromaufwärts des Partikelfilters (48) ein weiteres Dosierventil (50) zur Eindosierung eines Reduktionsmittels angeordnet ist.Exhaust aftertreatment system after Claim 1 or 2 , characterized in that the particle filter (48) has a coating (52) for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides and thus forms a third SCR catalytic converter (82), the exhaust gas duct (42) downstream of the first catalytic converter (38, 46) and a further metering valve (50) for metering in a reducing agent is arranged upstream of the particle filter (48). Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Abgaskanal (42) stromabwärts des Partikelfilters (48) und stromaufwärts des Dosierventils (54) eine Verzweigung (68) vorgesehen ist, an welcher eine Niederdruck-Abgasrückführungsleitung (46) aus dem Abgaskanal (42) abzweigt.Exhaust aftertreatment system according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that a branch (68) is provided on the exhaust duct (42) downstream of the particle filter (48) and upstream of the metering valve (54), at which a low-pressure exhaust gas recirculation line (46) branches off from the exhaust duct (42). Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste SCR-Katalysator (56) und der zweite SCR-Katalysator (58) stromabwärts der Verzweigung (68) angeordnet sind.Exhaust aftertreatment system after Claim 4 , characterized in that the first SCR catalytic converter (56) and the second SCR catalytic converter (58) are arranged downstream of the branch (68). Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (48) in einer motornahen Position und die beiden SCR-Katalysatoren (56, 58) in einer motorfernen Position angeordnet sind.Exhaust aftertreatment system according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the particle filter (48) in a position close to the engine and the two SCR catalysts (56, 58) are arranged in a position remote from the engine. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden SCR-Katalysatoren (56, 58) in einer Unterbodenposition eines Kraftfahrzeuges angeordnet sind.Exhaust aftertreatment system after Claim 6 , characterized in that the two SCR catalysts (56, 58) are arranged in an underbody position of a motor vehicle. Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einem Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reduktionsmittel durch das Dosierventil (54) eindosiert wird, wobei die Stickoxid-Konzentration und die Ammoniak-Konzentration stromabwärts des ersten SCR-Katalysators (56) und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators (58) ermittelt wird.Method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (10) with an exhaust gas aftertreatment system according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that a reducing agent is metered in through the metering valve (54), the nitrogen oxide concentration and the ammonia concentration being determined downstream of the first SCR catalytic converter (56) and upstream of the second SCR catalytic converter (58). Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überdosierung von Reduktionsmittel erfolgt, wenn sowohl der erste SCR-Katalysator (56) als auch der zweite SCR-Katalysator (58) ihre Betriebstemperatur erreicht haben, derart, dass das beim Durchströmen des ersten SCR-Katalysators (56) unverbrauchte Reduktionsmittel (58) zur selektiven katalytischen Reduktion auf dem zweiten SCR-Katalysator (58) genutzt wird.Method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (10) Claim 8 , characterized in that the reducing agent is overdosed when both the first SCR catalytic converter (56) and the second SCR catalytic converter (58) have reached their operating temperature, in such a way that this occurs when the first SCR catalytic converter (56) flows through Unused reducing agent (58) is used for selective catalytic reduction on the second SCR catalyst (58). Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (48) eine Beschichtung (52) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden aufweist und stromaufwärts des Partikelfilters (48) ein weiteres Dosierventil (50) angeordnet ist, wobei die Eindosierung von Reduktionsmittel in Abhängigkeit von der Abgastemperatur und/oder der Temperatur des SCR-Katalysatoren (56, 58, 82) durch das Dosierventil (54) oder durch das weitere Dosierventil (50) erfolgt.Method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (10) Claim 8 or 9 characterized in that the particle filter (48) has a coating (52) for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides and a further metering valve (50) is arranged upstream of the particle filter (48), the metering of reducing agent depending on the exhaust gas temperature and / or the temperature of the SCR catalytic converter (56, 58, 82) by the metering valve (54) or by the further metering valve (50).
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