DE102019100384A1 - Exhaust gas aftertreatment system and method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine - Google Patents

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

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (10). Der Verbrennungsmotor (10) weist mindestens einen Brennraum (12) auf und ist mit seinem Auslass (16) mit einer Abgasanlage (20) verbindbar. In der Abgasanlage (20) ist mindestens ein SCR-Katalysator (26, 30) angeordnet, welchem ein Dosierelement (32) zur Eindosierung eines Reduktionsmittels zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden vorgeschaltet ist. Es ist vorgesehen, dass ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors zumindest anteilig durch einen Abgaskühler (46) geleitet wird, um den Abgasstrom vor dem Eintritt in den SCR-Katalysator (26, 30) abzukühlen und somit eine thermische Zersetzung von Ammoniak oder einen erhöhten Austrag von Ammoniak aus dem SCR-Katalysator (26, 30) zu vermeiden.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem, wobei das Abgas des Verbrennungsmotors (10) abgekühlt wird, wenn eine thermische Zersetzung oder ein erhöhter Austrag von Ammoniak aus dem SCR-Katalysator (26, 30) zu erwarten ist. Abgasnachbehandlungssystem zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine (10). The internal combustion engine (10) has at least one combustion chamber (12) and its outlet (16) can be connected to an exhaust system (20). At least one SCR catalytic converter (26, 30) is arranged in the exhaust system (20), which is preceded by a metering element (32) for metering in a reducing agent for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. It is provided that an exhaust gas flow from the internal combustion engine is passed at least in part through an exhaust gas cooler (46) in order to cool the exhaust gas flow before entering the SCR catalytic converter (26, 30) and thus thermal decomposition of ammonia or increased discharge of ammonia from the SCR catalytic converter (26, 30). The invention further relates to a method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (10) with such an exhaust gas aftertreatment system, wherein the exhaust gas of the internal combustion engine (10) is cooled if thermal decomposition or increased discharge of ammonia from the SCR catalytic converter (26, 30) is to be expected. Exhaust aftertreatment system for performing such a method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors sowie ein Abgasnachbehandlungssystem zur Durchführung eines solchen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.The invention relates to a method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine and an exhaust gas aftertreatment system for carrying out such a method according to the preamble of the independent patent claim.

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. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt Ammoniak verwendet. Weil der Umgang mit reinem Ammoniak aufwendig ist, wird bei Fahrzeugen üblicherweise eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom 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, exhaust gas cleaning takes place in a known manner using a three-way catalytic converter and the three-way Catalyst upstream 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 in a mixing device upstream of the SCR catalytic converter. This mixing heats the aqueous urea solution, the aqueous urea solution releasing ammonia in the exhaust duct. A commercially available, aqueous urea solution generally consists of 32.5% urea and 67.5% water.

Aus der DE 195 29 835 A1 ist ein Ottomotor mit einem Abgasnachbehandlungssystem bekannt. Dabei ist in der Abgasanlage stromaufwärts eines Drei-Wege-Katalysators ein SCR-Katalysator angeordnet, wobei für den SCR-Katalysator ein Bypass vorgesehen ist, in welchem ein Startkatalysator angeordnet ist. Durch den Startkatalysator im Bypass kann unmittelbar nach einem Kaltstart ein Katalysator auf seine Betriebstemperatur aufgeheizt werden, um kurz nach dem Kaltstart eine effiziente Abgasnachbehandlung des Ottomotors zu ermöglichen. Im weiteren Betrieb erfolgt durch den SCR-Katalysator eine besonders effiziente Konvertierung der Stickoxide, wenn der Ottomotor in einem Magerbetrieb gefahren wird und somit kein Reduktionsmittel für eine Reduzierung der Stickoxide durch den Drei-Wege-Katalysator vorliegt.From the DE 195 29 835 A1 a gasoline engine with an exhaust gas aftertreatment system is known. An SCR catalytic converter is arranged upstream of a three-way catalytic converter in the exhaust system, a bypass being provided for the SCR catalytic converter in which a starting catalytic converter is arranged. The catalytic converter in the bypass allows a catalytic converter to be heated to its operating temperature immediately after a cold start, in order to enable efficient exhaust gas aftertreatment of the gasoline engine shortly after the cold start. During further operation, the SCR catalytic converter converts the nitrogen oxides particularly efficiently if the gasoline engine is operated in a lean mode and there is therefore no reducing agent for reducing the nitrogen oxides through the three-way catalytic converter.

Aus der DE 10 2005 015 479 A1 ist ein Verbrennungsmotor bekannt, welcher als selbstzündender Dieselmotor ausgeführt ist. Dabei sind in der Abgasanlage in Strömungsrichtung eines Abgases durch die Abgasanlage ein Oxidationskatalysator, stromabwärts des Oxidationskatalysators ein Partikelfilter und weiter stromabwärts ein SCR-Katalysator angeordnet. Um ein Überhitzen des SCR-Katalysators zu vermeiden und zu verhindern, dass die im SCR-Katalysator zurückgehaltenen Stickoxide thermisch dissipieren, ist ein Bypass für den SCR-Katalysator vorgesehen, um besonders heißes Abgas, insbesondere während einer Regeneration des Partikelfilters, an dem SCR-Katalysator vorbeizuleiten. Alternativ ist ein Kühlluftsystem vorgesehen, mit welchem der SCR-Katalysator extern gekühlt wird, um eine thermische Dissipation der Stickoxide zu verhindern.From the DE 10 2005 015 479 A1 an internal combustion engine is known, which is designed as a self-igniting diesel engine. An oxidation catalytic converter is arranged in the exhaust gas system in the direction of flow of an exhaust gas through the exhaust gas system, a particle filter downstream of the oxidation catalytic converter and an SCR catalytic converter further downstream. In order to prevent the SCR catalytic converter from overheating and to prevent the nitrogen oxides retained in the SCR catalytic converter from thermally dissipating, a bypass is provided for the SCR catalytic converter in order to prevent particularly hot exhaust gas, in particular during regeneration of the particle filter, Guide catalyst over. Alternatively, a cooling air system is provided with which the SCR catalytic converter is cooled externally in order to prevent thermal dissipation of the nitrogen oxides.

Die EP 2 055 909 A1 offenbart einen Verbrennungsmotor mit einem Abgassystem. Dabei ist der Verbrennungsmotor als Ottomotor ausgeführt, welcher in einem Schichtladebetrieb mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben werden kann. In der Abgasanlage ist ein SCR-Katalysator stromaufwärts eines Drei-Wege-Katalysators angeordnet. Dabei ist ein Bypass für den SCR-Katalysator vorgesehen. In einem Schichtladebetrieb wird das Abgas durch den SCR-Katalysator geleitet. In einem stöchiometrischen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors wird das Abgas durch den Bypass geleitet, wobei eine Reduktion der Stickoxide durch den Drei-Wege-Katalysator erfolgt.The EP 2 055 909 A1 discloses an internal combustion engine with an exhaust system. The internal combustion engine is designed as a gasoline engine, which can be operated in a stratified charge mode with an over-stoichiometric combustion air ratio. An SCR catalytic converter is arranged upstream of a three-way catalytic converter in the exhaust system. A bypass is provided for the SCR catalytic converter. In stratified charge mode, the exhaust gas is passed through the SCR catalytic converter. At a stoichiometric operating point of the internal combustion engine, the exhaust gas is passed through the bypass, the nitrogen oxides being reduced by the three-way catalytic converter.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem Abgasnachbehandlungssystem mit einem SCR-Katalysator einen Austrag von Ammoniak aus dem SCR-Katalysator zu vermeiden und somit das vollständige Katalysatorvolumen zur Konvertierung von Stickoxiden nutzen zu können.The invention is based on the object of preventing the discharge of ammonia from the SCR catalytic converter in an exhaust gas aftertreatment system with an SCR catalytic converter and thus being able to use the complete catalytic converter volume for converting nitrogen oxides.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, welcher mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage verbindbar ist, gelöst, wobei in der Abgasanlage stromabwärts einer Turbine eines Abgasturboladers zumindest ein SCR-Katalysator angeordnet ist. Dabei umfasst die Abgasanlage ein Dosierelement, mit welchem ein Reduktionsmittel stromaufwärts des SCR-Katalysators in einen Abgaskanal der Abgasanlage eindosierbar ist. Es ist vorgesehen, dass in der Abgasanlage ein Abgaskühler angeordnet ist, mit welchem ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors vor Eintritt in den SCR-Katalysator kühlbar ist. Ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem ermöglicht es, den SCR-Katalysator vollständig mit Ammoniak zu beladen und dabei einen Anstieg der Endrohr-Emissionen zu vermeiden. Dabei wird ein Austrag von Ammoniak aus dem SCR-Katalysator durch die Abkühlung der Abgasstromführung des Verbrennungsmotors vollständig vermieden.According to the invention, this object is achieved by an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine, the outlet of which can be connected to an exhaust gas system, wherein at least one SCR catalytic converter is arranged in the exhaust gas system downstream of a turbine of an exhaust gas turbocharger. The exhaust system includes a metering element with which a reducing agent can be metered upstream of the SCR catalytic converter into an exhaust duct of the exhaust system. It is provided that an exhaust gas cooler is arranged in the exhaust system, with which an exhaust gas flow of the internal combustion engine can be cooled before it enters the SCR catalytic converter. An exhaust gas aftertreatment system according to the invention makes it possible to fully load the SCR catalytic converter with ammonia and to avoid an increase in tailpipe emissions. A discharge of ammonia from the SCR catalytic converter is completely avoided by cooling the exhaust gas flow guide of the internal combustion engine.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und nicht triviale Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch aufgeführten Abgasnachbehandlungssystems möglich. The features listed in the dependent claims enable advantageous improvements and non-trivial further developments of the exhaust gas aftertreatment system listed in the independent claim.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich der Abgaskanal stromabwärts der Turbine und stromaufwärts des SCR-Katalysators in einen Hauptkanal und einen Bypass verzweigt, wobei der Abgaskühler in dem Bypass angeordnet ist. Dadurch kann der Abgasstrom in Abhängigkeit von der Betriebssituation des Verbrennungsmotors, der Abgastemperatur und der Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponenten wahlweise durch den Hauptkanal oder den Bypass geleitet werden. Somit besteht die Möglichkeit, die Kühlung des Abgasstroms wahlweise zu- oder abzuschalten, oder einen Teilstrom des Abgases durch den Abgaskühler zu leiten, um den SCR-Katalysator mit einer Temperatur zu betreiben, bei welcher eine maximal-effiziente Konvertierung von Stickoxiden zu erwarten ist.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the exhaust duct branches downstream of the turbine and upstream of the SCR catalytic converter into a main duct and a bypass, the exhaust gas cooler being arranged in the bypass. As a result, depending on the operating situation of the internal combustion engine, the exhaust gas temperature and the temperature of the exhaust gas aftertreatment components, the exhaust gas flow can optionally be passed through the main duct or the bypass. There is thus the option of optionally switching the cooling of the exhaust gas flow on or off, or passing a partial flow of the exhaust gas through the exhaust gas cooler in order to operate the SCR catalytic converter at a temperature at which the most efficient conversion of nitrogen oxides can be expected.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der Bypass stromaufwärts des SCR-Katalysator wieder in den Hauptkanal der Abgasanlage einmündet. Dabei kann mithilfe einer berechneten oder gemessenen Abgastemperatur ein Modell erstellt werden, um einen optimalen Betrieb des SCR-Systems mit hohen Wirkungsgraden bezüglich der selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden sicherzustellen. Zusätzlich bietet ein Abgaskühler stromaufwärts des Dosierelements die Möglichkeit, das Dosierelement und die Mischstrecke zu kühlen. So kann eine vorzeitige thermische Zersetzung des eindosierten Reduktionsmittels, insbesondere des daraus gewonnenen Ammoniaks, vermieden werden.In a preferred embodiment of the exhaust gas aftertreatment system, it is provided that the bypass upstream of the SCR catalytic converter re-opens into the main duct of the exhaust system. With the help of a calculated or measured exhaust gas temperature, a model can be created to ensure optimal operation of the SCR system with high efficiencies with regard to the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. In addition, an exhaust gas cooler upstream of the metering element offers the possibility of cooling the metering element and the mixing section. In this way, premature thermal decomposition of the metered reducing agent, in particular the ammonia obtained therefrom, can be avoided.

In einer alternativen Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der Bypass stromabwärts des SCR-Katalysators und stromaufwärts eines Sperrkatalysators, insbesondere eines weiteren SCR-Katalysators, in den Hauptkanal der Abgasanlage einmündet. Hohe Abgastemperaturen können zu einem Austrag von Ammoniak aus dem SCR-Katalysator führen. Durch den Abgaskühler in dem Bypass kann mithilfe eines Temperatursensors oder eines Modells zur Ermittlung der Abgastemperatur eine optimale Temperatur für hohe Wirkungsgrade des Sperrkatalysators eingestellt werden. Durch einen zusätzlichen Sperrkatalysator ist eine Ammoniakbeladung des SCR-Katalysators bis an seine Speichergrenze besonders einfach zu realisieren. Dabei wird überschüssiges Ammoniak in den zweiten SCR-Katalysator eingelagert und kann dort zu selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden genutzt werden. Gleichzeitig wird die Menge an eindosiertem Reduktionsmittel verringert, um die eingebrachte Menge an Reduktionsmittel an den zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden notwendigen Ammoniakbedarf anpassen zu können. Alternativ kann der Sperrkatalysator auch als Oxidationskatalysator ausgeführt sein. Dies ermöglicht eine zusätzliche Oxidation von unverbrannten Kohlenwasserstoffen oder Kohlenstoffmonoxid. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der Sperrkatalysator als ein weiterer SCR-Katalysator ausgeführt ist.In an alternative embodiment of the exhaust gas aftertreatment system, it is provided that the bypass opens into the main duct of the exhaust system downstream of the SCR catalytic converter and upstream of a blocking catalytic converter, in particular another SCR catalytic converter. High exhaust gas temperatures can lead to ammonia being discharged from the SCR catalytic converter. The exhaust gas cooler in the bypass can be used to set an optimum temperature for high efficiencies of the blocking catalytic converter using a temperature sensor or a model for determining the exhaust gas temperature. An additional blocking catalytic converter makes it particularly easy to load the SCR catalytic converter up to its storage limit. Excess ammonia is stored in the second SCR catalytic converter and can be used there for selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. At the same time, the amount of reducing agent metered in is reduced in order to be able to adapt the amount of reducing agent introduced to the ammonia requirement required for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. Alternatively, the blocking catalytic converter can also be designed as an oxidation catalytic converter. This enables additional oxidation of unburned hydrocarbons or carbon monoxide. It is particularly preferred if the blocking catalytic converter is designed as a further SCR catalytic converter.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass an der Verzweigung von dem Hauptkanal und dem Bypass, an der Einmündung des Bypasses in den Hauptkanal oder im Bypass ein Steuerelement, insbesondere eine elektrisch schaltbare Abgasklappe angeordnet ist. Durch eine elektrische Abgasklappe kann auf einfache und betriebssichere Art und Weise eine Aufteilung des Abgasstroms des Verbrennungsmotors auf den Abgaskanal und den Bypass erfolgen. Ferner kann mittels der Abgasklappe die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch den SCR-Katalysator verringert werden, um die Konvertierungsleitung des SCR-Katalysators zu erhöhen und/oder einen Austrag von Ammoniak zu vermeiden.In a preferred embodiment of the exhaust gas aftertreatment system it is provided that a control element, in particular an electrically switchable exhaust gas flap, is arranged at the junction of the main duct and the bypass, at the junction of the bypass into the main duct or in the bypass. An electrical exhaust flap allows the exhaust gas flow of the internal combustion engine to be divided into the exhaust duct and the bypass in a simple and reliable manner. Furthermore, the flow velocity of the exhaust gas through the SCR catalytic converter can be reduced by means of the exhaust gas flap in order to increase the conversion line of the SCR catalytic converter and / or to avoid the discharge of ammonia.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Strömungsgeschwindigkeit durch den SCR-Katalysator reduziert wird, um einen Ammoniak-Austrag aus dem SCR-Katalysator zu verhindern und die Verweildauer des Abgases beim Durchströmen des SCR-Katalysators zu erhöhen. Durch eine verringerte Strömungsgeschwindigkeit erhöht sich die Verweildauer des Abgases im SCR-Katalysator, wodurch die Konvertierungsrate der Stickoxid-Emissionen erhöht wird.In a preferred embodiment of the method it is provided that the flow rate through the SCR catalytic converter is reduced in order to prevent ammonia discharge from the SCR catalytic converter and to increase the residence time of the exhaust gas when it flows through the SCR catalytic converter. A reduced flow rate increases the duration of the exhaust gas in the SCR catalytic converter, which increases the conversion rate of the nitrogen oxide emissions.

In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass stromabwärts des Dosierelements und stromaufwärts des SCR-Katalysators ein Abgasmischer in dem Abgaskanal angeordnet ist. Durch einen Abgasmischer kann eine homogene Verteilung des Reduktionsmittels im Abgasstrom vor Eintritt in den SCR-Katalysator erreicht werden. Dabei kann durch den Abgasmischer die Länge der Mischstrecke verkürzt werden, um eine solche homogene Verteilung zu erreichen. Dadurch kann der SCR-Katalysator näher am Auslass des Verbrennungsmotors angeordnet werden, wodurch ein Aufheizen des SCR-Katalysators nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors begünstigt wird.In a further improvement of the invention it is provided that an exhaust gas mixer is arranged in the exhaust gas duct downstream of the metering element and upstream of the SCR catalytic converter. An exhaust gas mixer can achieve a homogeneous distribution of the reducing agent in the exhaust gas stream before it enters the SCR catalytic converter. The length of the mixing section can be shortened by the exhaust gas mixer in order to achieve such a homogeneous distribution. As a result, the SCR catalytic converter can be arranged closer to the outlet of the internal combustion engine, which promotes heating of the SCR catalytic converter after a cold start of the internal combustion engine.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der Abgaskühler einen Wärmetauscher umfasst, wobei der Wärmetauscher mit einem Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors verbunden ist. Durch einen wassergekühlten Abgaskühler kann eine besonders effiziente Abkühlung des Abgasstroms erreicht werden. Dabei kann auch bei hohen Lasten und geringer Geschwindigkeit, beispielsweise bei einer Gebirgsfahrt, eine entsprechend hohe Kühlleistung für den Abgasstrom erreicht werden.In an advantageous embodiment of the exhaust gas aftertreatment system, it is provided that the exhaust gas cooler comprises a heat exchanger, the heat exchanger being connected to a coolant circuit of the internal combustion engine. A water-cooled exhaust gas cooler enables particularly efficient cooling of the exhaust gas flow can be achieved. A correspondingly high cooling capacity for the exhaust gas flow can be achieved even at high loads and low speed, for example when driving uphill.

Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Abgaskühler einen Wärmetauscher umfasst, wobei die Kühlung des Abgases im Wärmetauscher mittels eines gasförmigen Kühlmediums, insbesondere mittels des Fahrtwindes eines Kraftfahrzeuges, in welchem das Abgasnachbehandlungssystem eingebaut ist, erfolgt. Durch einen Abgaskühler, welcher das Abgas mithilfe des Fahrtwindes des Kraftfahrzeuges abkühlt, ist eine besonders einfache und kostengünstige Lösung für einen Abgaskühler möglich. Dabei steigt die Kühlleistung mit der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, was den gewünschten Effekt hat, bei hoher Motorleistung und daraus resultierender hoher Geschwindigkeit eine besonders effiziente Kühlung des Abgasstroms umzusetzen.Alternatively, it is advantageously provided that the exhaust gas cooler comprises a heat exchanger, wherein the exhaust gas is cooled in the heat exchanger by means of a gaseous cooling medium, in particular by means of the headwind of a motor vehicle in which the exhaust gas aftertreatment system is installed. An exhaust gas cooler, which cools the exhaust gas with the wind of the motor vehicle, enables a particularly simple and inexpensive solution for an exhaust gas cooler. The cooling power increases with the speed of the motor vehicle, which has the desired effect of implementing particularly efficient cooling of the exhaust gas flow with high engine power and the resulting high speed.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Abgasanlage ein Temperatursensor oder ein Abgassensor angeordnet ist. Dabei ist der Temperatursensor vorzugsweise unmittelbar stromaufwärts des Dosierelements angeordnet, um die Abgastemperatur zu messen und die gemessene Abgastemperatur mit einem Schwellenwert zu vergleichen, ab welchem eine thermische Zersetzung des aus dem Reduktionsmittel gewonnenen Ammoniaks zu vermeiden. Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Temperatursensor unmittelbar vor dem Eintritt in den SCR-Katalysator angeordnet ist, um die Konvertierungsleistung des SCR-Katalysators abzuschätzen und die Gefahr eines Ammoniak-Durchbruchs durch den SCR-Katalysator zu vermeiden. Durch einen Abgassensor, insbesondere einen NOx-Sensor oder einen Ammoniaksensor kann die Konzentration des jeweiligen Gases im Abgaskanal bestimmt werden. Dabei ist der Abgassensor vorzugsweise unmittelbar stromabwärts des SCR-Katalysators angeordnet, um einen NOx- oder Ammoniak-Durchbruch durch den SCR-Katalysator detektieren zu können.In a preferred embodiment of the invention it is provided that a temperature sensor or an exhaust gas sensor is arranged in the exhaust system. The temperature sensor is preferably arranged immediately upstream of the metering element in order to measure the exhaust gas temperature and to compare the measured exhaust gas temperature with a threshold value above which thermal decomposition of the ammonia obtained from the reducing agent is to be avoided. Alternatively, it is advantageously provided that the temperature sensor is arranged immediately before entering the SCR catalytic converter in order to estimate the conversion performance of the SCR catalytic converter and to avoid the risk of ammonia breakthrough by the SCR catalytic converter. The concentration of the respective gas in the exhaust gas duct can be determined by an exhaust gas sensor, in particular a NOx sensor or an ammonia sensor. The exhaust gas sensor is preferably arranged immediately downstream of the SCR catalytic converter in order to be able to detect a NOx or ammonia breakthrough through the SCR catalytic converter.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem vorgeschlagen, welcher folgende Schritte umfasst:

  • - Ermitteln einer Abgastemperatur in der Abgasanlage des Verbrennungsmotors,
  • - Leiten zumindest einer Teilmenge des Abgasstroms des Verbrennungsmotors durch den Abgaskühler, wenn die Abgastemperatur eine Schwellentemperatur, insbesondere eine Temperatur von 530°C, bevorzugt von 500°C, besonders bevorzugt von 450°C, überschritten hat, ab welcher eine thermische Zersetzung von Ammoniak oder ein erhöhter Austrag von Ammoniak aus dem SCR-Katalysator zu erwarten ist.
Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren können die Stickoxid-Emissionen eines Kraftfahrzeuges reduziert werden, da die Konvertierungsleistung des SCR-Katalysators bei hohen Abgastemperaturen verbessert wird. Ferner kann der Füllstand des SCR-Katalysators bedarfsweise reduziert werden, sobald die Gefahr von zu hohen Abgastemperaturen droht, um einen Anstieg von Ammoniakemissionen zu verhindern.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, which comprises the following steps:
  • Determining an exhaust gas temperature in the exhaust system of the internal combustion engine,
  • - Passing at least a portion of the exhaust gas flow of the internal combustion engine through the exhaust gas cooler when the exhaust gas temperature has exceeded a threshold temperature, in particular a temperature of 530 ° C, preferably 500 ° C, particularly preferably 450 ° C, above which a thermal decomposition of ammonia or an increased discharge of ammonia from the SCR catalytic converter is to be expected.
The method according to the invention can reduce the nitrogen oxide emissions of a motor vehicle, since the conversion performance of the SCR catalytic converter is improved at high exhaust gas temperatures. Furthermore, the fill level of the SCR catalytic converter can be reduced if necessary as soon as there is a risk of excessive exhaust gas temperatures in order to prevent an increase in ammonia emissions.

In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in der Abgasanlage stromabwärts des ersten SCR-Katalysators eine Ammoniak-Konzentration und/oder eine Stickoxid-Konzentration ermittelt wird, wobei bei einem Anstieg der ermittelten Ammoniak- oder Stickoxidkonzentration die Teilmenge des Abgasstroms, welcher durch den Abgaskühler geleitet wird, erhöht wird. Dadurch kann auf einfache Art und Weise die Menge des Abgasstroms, welcher durch den Abgaskühler geführt wird, geregelt werden, um eine möglichst effiziente Konvertierung der Stickoxide im Abgas sicherzustellen. Die Temperaturträgheit der langen Abgasstrecke kommt dabei dieser Regelung entgegen.In a further improvement of the method, it is provided that an ammonia concentration and / or a nitrogen oxide concentration is determined in the exhaust system downstream of the first SCR catalytic converter, the partial amount of the exhaust gas flow which is caused by an increase in the ammonia or nitrogen oxide concentration determined the exhaust gas cooler is directed, is increased. As a result, the amount of exhaust gas flow which is passed through the exhaust gas cooler can be regulated in a simple manner in order to ensure the most efficient conversion of the nitrogen oxides in the exhaust gas. The temperature inertia of the long exhaust gas section complies with this regulation.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.Unless otherwise stated in the individual case, the various embodiments of the invention mentioned in this application can advantageously be combined with one another.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:

  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem, wobei im Abgaskanal stromaufwärts eines SCR-Katalysators ein Abgaskühler vorgesehen ist;
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem, wobei ein Bypass für den SCR-Katalysator vorgesehen ist, wobei in dem Bypass ein Abgaskühler angeordnet ist; und
  • 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem, welches die Komponenten der beiden vorhergehenden Ausführungsbeispiele kombiniert.
The invention is explained below in exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. The same components or components with the same function are identified in the different figures with the same reference numbers. Show it:
  • 1 a first embodiment of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system according to the invention, wherein an exhaust gas cooler is provided in the exhaust duct upstream of an SCR catalytic converter;
  • 2nd a second embodiment of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system according to the invention, wherein a bypass is provided for the SCR catalytic converter, an exhaust gas cooler being arranged in the bypass; and
  • 3rd a further embodiment for an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system according to the invention, which combines the components of the two previous embodiments.

1 zeigt die schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 10, welcher mit seinem Auslass 16 mit einer Abgasanlage 20 verbunden ist. 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 kann ferner eine Hochdruck-Abgasrückführung umfassen, über welche ein Abgas des Verbrennungsmotors 10 von dem Auslass 16 zu einem Einlass des Verbrennungsmotors 10 zurückgeführt werden kann. An den Brennräumen 12 sind Einlassventile und Auslassventile angeordnet, mit welchen eine fluidische Verbindung vom Ansaugtrakt zu den Brennräumen 12 oder von den Brennräumen 12 zur Abgasanlage 20 geöffnet oder verschlossen werden kann. 1 shows the schematic representation of an internal combustion engine 10th which with its outlet 16 with an exhaust system 20 connected is. The internal combustion engine 10th is a direct injection diesel engine in this embodiment and has several combustion chambers 12th on. At the combustion chambers 12th is a fuel injector 14 for injecting a fuel into the respective combustion chamber 12th arranged. The internal combustion engine 10th may further comprise a high-pressure exhaust gas recirculation, via which an exhaust gas of the internal combustion engine 10th from the outlet 16 to an inlet of the internal combustion engine 10th can be traced back. At the combustion chambers 12th Inlet valves and outlet valves are arranged, with which a fluid connection from the intake tract to the combustion chambers 12th or from the combustion chambers 12th to the exhaust system 20 can be opened or closed.

Die Abgasanlage 20 umfasst einen Abgaskanal 22, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch den Abgaskanal 22 eine Turbine 24 eines Abgasturboladers 18 und stromabwärts der Turbine 24 ein SCR-Katalysator 26 angeordnet sind. Der Abgasturbolader 18 ist vorzugsweise als Abgasturbolader 18 mit variabler Turbinengeometrie ausgeführt. Dazu sind einem Turbinenrad der Turbine 24 verstellbare Leitschaufeln vorgeschaltet, über welche die Anströmung des Abgases auf die Schaufeln der Turbine 24 variiert werden kann. Stromabwärts der Turbine 24 des Abgasturboladers 18 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 26 verzweigt sich der Abgaskanal 22 an einer Verzweigung 36 in einen Hauptkanal 60 und einen Bypass 40. Dabei ist an der Verzweigung 36 ein Steuerelement 42 in Form einer elektrisch schaltbaren Abgasklappe 44 vorgesehen, mit welchem der Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 wahlweise durch den Hauptkanal 60, durch den Bypass 40 oder anteilig durch beide Abgaskanalsegmente 40, 60 geleitet werden kann. In dem Bypass 40 ist ein Abgaskühler 46 angeordnet, welcher vorzugsweise einen Wärmetauscher 48 umfasst, welcher von einem gasförmigen oder flüssigen Kühlmedium und vom Abgas durchströmt wird, wobei die Wärme vom Abgas auf das Kühlmedium übertragen wird. Stromabwärts des Abgaskühlers 46 ist eine Einmündung 38 vorgesehen, an welcher der Bypass 40 wieder in den Hauptkanal 60 des Abgaskanals 22 einmündet. Stromabwärts der Einmündung 38 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 26 ist ein Dosierelement 32 angeordnet, mit welchem ein Reduktionsmittel, insbesondere wässrige Harnstofflösung, in den Abgaskanal 22 eindosiert werden kann. Dem Dosierelement 32 ist ein Abgasmischer 34 nachgeschaltet, um eine bessere Durchmischung des Reduktionsmittels und des Abgases vor dem Eintritt in den SCR-Katalysator 26 zu erreichen. Aus der wässrigen Harnstofflösung wird Ammoniak gewonnen, mit welchem die Stickoxide in molekularen Stickstoff reduziert werden. Ferner ist in dem Abgaskanal 22, vorzugsweise stromabwärts der Einmündung 38 und stromaufwärts des Dosierelements 32 ein Temperatursensor 56 vorgesehen, mit welchem eine Abgastemperatur TEG des Verbrennungsmotors 10 erfasst werden kann. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Motorsteuergerät 70 verbunden, über welches die Einspritzung des Kraftstoffes in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10, die Eindosierung des Reduktionsmittels in den Abgaskanal 22 sowie die Stellung des Steuerelementes 42 gesteuert werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Abgasstrom durch den Abgaskühler 46 im Bypass 40 mithilfe des Steuerelements 42 so eingestellt, dass ein Austragen von Ammoniak aus dem SCR-Katalysator 26 vermieden wird. Zusätzlich bietet die in 1 gezeigte Anordnung die Möglichkeit, das Dosierelement 32 und die Mischstrecke zwischen dem Dosierelement 32 und dem Eintritt in den SCR-Katalysator 26 zu kühlen. Somit kann eine vorzeitige thermische Zersetzung des aus dem eindosierten Reduktionsmittel gewonnenen Ammoniaks verhindert werden.The exhaust system 20 includes an exhaust duct 22 , in which in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine 10th through the exhaust duct 22 a turbine 24th of an exhaust gas turbocharger 18th and downstream of the turbine 24th an SCR catalyst 26 are arranged. The exhaust gas turbocharger 18th is preferably used as an exhaust gas turbocharger 18th designed with variable turbine geometry. For this are a turbine wheel of the turbine 24th adjustable guide blades connected upstream, through which the flow of the exhaust gas onto the blades of the turbine 24th can be varied. Downstream of the turbine 24th of the exhaust gas turbocharger 18th and upstream of the SCR catalyst 26 the exhaust duct branches 22 on a branch 36 into a main channel 60 and a bypass 40 . It is at the junction 36 a control 42 in the form of an electrically switchable exhaust flap 44 provided with which the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10th optionally through the main channel 60 through the bypass 40 or proportionately through both exhaust duct segments 40 , 60 can be directed. In the bypass 40 is an exhaust gas cooler 46 arranged, which is preferably a heat exchanger 48 comprises, which is flowed through by a gaseous or liquid cooling medium and by the exhaust gas, the heat being transferred from the exhaust gas to the cooling medium. Downstream of the exhaust gas cooler 46 is a confluence 38 provided on which the bypass 40 back into the main channel 60 of the exhaust duct 22 flows into. Downstream of the confluence 38 and upstream of the SCR catalyst 26 is a dosing element 32 arranged with which a reducing agent, in particular aqueous urea solution, in the exhaust duct 22 can be dosed. The dosing element 32 is an exhaust gas mixer 34 downstream, for better mixing of the reducing agent and the exhaust gas before entering the SCR catalytic converter 26 to reach. Ammonia is obtained from the aqueous urea solution, with which the nitrogen oxides are reduced to molecular nitrogen. Furthermore, is in the exhaust duct 22 , preferably downstream of the confluence 38 and upstream of the metering element 32 a temperature sensor 56 provided with which an exhaust gas temperature T EG of the internal combustion engine 10th can be recorded. The internal combustion engine 10th is with an engine control unit 70 connected, via which the fuel is injected into the combustion chambers 12th of the internal combustion engine 10th , the metering of the reducing agent into the exhaust duct 22 as well as the position of the control element 42 being controlled. In this embodiment, the exhaust gas flow through the exhaust gas cooler 46 in the bypass 40 using the control 42 set to discharge ammonia from the SCR catalyst 26 is avoided. In addition, the in 1 arrangement shown the possibility of the metering element 32 and the mixing section between the metering element 32 and entry into the SCR catalyst 26 to cool. In this way, premature thermal decomposition of the ammonia obtained from the metered-in reducing agent can be prevented.

In 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor 10 mit einer Abgasanlage 20 dargestellt. Dabei unterscheidet sich die Abgasanlage 20 stromabwärts der Turbine 24 des Abgasturboladers 18 von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Stromabwärts der Turbine 24 des Abgasturboladers 18 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 26 verzweigt sich der Abgaskanal 22 an einer Verzweigung 36 in einen Hauptkanal 60 und einen Bypass 40. Dabei ist der SCR-Katalysator 26 in dem Hauptkanal 60 des Abgaskanals 22 angeordnet. Stromabwärts der Turbine 24 und stromaufwärts einer Verzweigung 36 von dem Hauptkanal 60 und dem Bypass 40 ist ein Dosierelement 32 vorgesehen, welchem ein Abgasmischer 34 nachgeschaltet ist, um eine bessere Durchmischung des Reduktionsmittels und des Abgases vor dem Eintritt in den SCR-Katalysator 26 zu erreichen. In dem Bypass 40 sind eine Abgasklappe 44 als Steuerelement 42 und stromabwärts der Abgasklappe 44 ein Abgaskühler 46 angeordnet. Der Bypass 40 mündet an einer Einmündung 38 stromabwärts des SCR-Katalysator 26 und stromaufwärts eines zweiten SCR-Katalysators 30, welcher auch als Sperrkatalysator 28 bezüglich des aus dem ersten SCR-Katalysator 26 freigesetzten Ammoniaks dient, wieder in den Hauptkanal 60 des Abgaskanals 22 ein. Stromabwärts der Einmündung 38 und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators 30 ist ein Temperatursensor 56 angeordnet, um eine Abgastemperatur in der Abgasanlage zu ermitteln. Stromabwärts des ersten SCR-Katalysators 26 und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators 30 ist ein Abgassensor 58 vorgesehen, mit welchem die Stickoxid-Konzentration und/oder die Ammoniakkonzentration stromabwärts des ersten SCR-Katalysators ermittelt werden kann. Da hohe Abgastemperaturen zu einem Austrag von Ammoniak aus dem ersten SCR-Katalysator 26 führen, kann in dieser Ausführungsvariante ein heißes Abgas an dem ersten SCR-Katalysator 26 vorbeigeführt werden und wird durch den Abgaskühler 46 im Bypass 40 abgekühlt. Mithilfe des Abgaskühlers und der Eindosierung des Reduktionsmittels durch das Dosierelement 32 kann eine Abgastemperatur eingeregelt werden, bei welcher eine optimale Konvertierung von Stickoxiden durch den zweiten SCR-Katalysator 30 erfolgen kann.In 2nd is an alternative embodiment for an internal combustion engine 10th with an exhaust system 20 shown. The exhaust system differs 20 downstream of the turbine 24th of the exhaust gas turbocharger 18th from that in 1 illustrated embodiment. Downstream of the turbine 24th of the exhaust gas turbocharger 18th and upstream of the SCR catalyst 26 the exhaust duct branches 22 on a branch 36 into a main channel 60 and a bypass 40 . Here is the SCR catalytic converter 26 in the main channel 60 of the exhaust duct 22 arranged. Downstream of the turbine 24th and upstream of a branch 36 from the main channel 60 and the bypass 40 is a dosing element 32 provided which an exhaust gas mixer 34 is connected downstream for better mixing of the reducing agent and the exhaust gas before entering the SCR catalytic converter 26 to reach. In the bypass 40 are an exhaust flap 44 as a control 42 and downstream of the exhaust flap 44 an exhaust gas cooler 46 arranged. The bypass 40 ends at a junction 38 downstream of the SCR catalyst 26 and upstream of a second SCR catalyst 30th , which is also used as a blocking catalyst 28 regarding that from the first SCR catalyst 26 released ammonia serves again in the main channel 60 of the exhaust duct 22 a. Downstream of the confluence 38 and upstream of the second SCR catalyst 30th is a temperature sensor 56 arranged to determine an exhaust gas temperature in the exhaust system. Downstream of the first SCR catalytic converter 26 and upstream of the second SCR catalyst 30th is an exhaust gas sensor 58 provided with which the nitrogen oxide concentration and / or the ammonia concentration downstream of the first SCR catalyst can be determined. Because high Exhaust gas temperatures to discharge ammonia from the first SCR catalytic converter 26 In this embodiment variant, hot exhaust gas can lead to the first SCR catalytic converter 26 be passed and is through the exhaust gas cooler 46 in the bypass 40 cooled down. With the help of the exhaust gas cooler and the metering of the reducing agent through the metering element 32 an exhaust gas temperature can be adjusted at which an optimal conversion of nitrogen oxides by the second SCR catalytic converter 30th can be done.

In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem dargestellt. Dabei kombiniert das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel die Vorteile der in 1 und 2 vorgestellten Abgasnachbehandlungssysteme. Bei im Wesentlichen wie zu 1 ausgeführtem Aufbau ist in diesem Ausführungsbeispiel stromabwärts des Dosierelements 32 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 60 eine weitere Verzweigung 50 vorgesehen, an welcher ein zweiter Bypass 52 aus dem Hauptkanal 60 des Abgaskanals 22 abzweigt. Dabei ist der SCR-Katalysator 26 in dem Hauptkanal 60 angeordnet. In dem zweiten Bypass 52 sind ein zweites Steuerelement 62 in Form einer zweiten Abgasklappe 64 und ein zweiter Abgaskühler 66, welcher vorzugsweise ebenfalls als Wärmetauscher 68 ausgeführt ist, angeordnet. Stromabwärts des ersten SCR-Katalysator 26 ist ein zweiter SCR-Katalysator 30 als Sperrkatalysator 28 vorgesehen. Der zweite Bypass 52 mündet an einer zweiten Einmündung 54 stromabwärts des ersten SCR-Katalysators 26 und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators 30 wieder in den Hauptkanal 60 des Abgaskanals 22. Durch den zweiten Bypass 52 ist es möglich, den Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 an dem ersten SCR-Katalysator 26 vorbeizuführen und nochmals abzukühlen, wenn die Kühlleistung des ersten Abgaskühlers 46 nicht ausreicht, um das angeforderte Temperaturniveau für den ersten SCR-Katalysator 26 zu erreichen. In diesem Fall kann eine Konvertierung der Stickoxide durch den zweiten SCR-Katalysator 30 erfolgen. Ferner ist es möglich, den Abgasstrom aufzuteilen, um bei großen Abgasvolumina das Katalysatorvolumen beider SCR-Katalysatoren 26, 30 zu nutzen und somit die Leistungsfähigkeit des SCR-System bezüglich der Konvertierung von Stickoxiden in molekularen Stickstoff zu verbessern. Ferner können auch bei dieser Ausführungsvariante Ammoniak-Durchbrüche durch den ersten SCR-Katalysator 26 aufgefangen werden, wobei das Ammoniak in dem zweiten SCR-Katalysator 30 aufgenommen wird und dort zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden zur Verfügung steht.In 3rd Another embodiment of an exhaust gas aftertreatment system according to the invention is shown. The combined in 3rd illustrated embodiment the advantages of in 1 and 2nd presented exhaust aftertreatment systems. At essentially how to 1 in this exemplary embodiment, the construction is downstream of the metering element 32 and upstream of the SCR catalyst 60 another branch 50 provided on which a second bypass 52 from the main channel 60 of the exhaust duct 22 branches. Here is the SCR catalytic converter 26 in the main channel 60 arranged. In the second bypass 52 are a second control 62 in the form of a second exhaust flap 64 and a second exhaust gas cooler 66 , which is preferably also used as a heat exchanger 68 is arranged. Downstream of the first SCR catalytic converter 26 is a second SCR catalytic converter 30th as a blocking catalyst 28 intended. The second bypass 52 flows into a second junction 54 downstream of the first SCR catalytic converter 26 and upstream of the second SCR catalyst 30th back into the main channel 60 of the exhaust duct 22 . Through the second bypass 52 it is possible to reduce the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10th on the first SCR catalytic converter 26 pass and cool again when the cooling capacity of the first exhaust gas cooler 46 is not sufficient to meet the requested temperature level for the first SCR catalytic converter 26 to reach. In this case, the nitrogen oxide can be converted by the second SCR catalytic converter 30th respectively. Furthermore, it is possible to divide the exhaust gas flow in order to achieve the catalyst volume of both SCR catalysts in the case of large exhaust gas volumes 26 , 30th to use and thus improve the performance of the SCR system with regard to the conversion of nitrogen oxides into molecular nitrogen. Furthermore, ammonia breakthroughs through the first SCR catalytic converter can also occur in this embodiment variant 26 are collected, with the ammonia in the second SCR catalyst 30th is recorded and is available there for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides.

BezugszeichenlisteReference list

1010th
VerbrennungsmotorInternal combustion engine
1212th
BrennraumCombustion chamber
1414
KraftstoffinjektorFuel injector
1616
AuslassOutlet
1818th
Abgasturbolader Exhaust gas turbocharger
2020
AbgasanlageExhaust system
2222
AbgaskanalExhaust duct
2424th
Turbineturbine
2626
erster SCR-Katalysatorfirst SCR catalytic converter
2828
Sperrkatalysator Blocking catalyst
3030th
zweiter SCR-Katalysatorsecond SCR catalytic converter
3232
DosierelementDosing element
3434
AbgasmischerExhaust mixer
3636
erste Verzweigungfirst branch
3838
erste Einmündung first junction
4040
erster Bypassfirst bypass
4242
SteuerelementControl
4444
AbgasklappeExhaust flap
4646
AbgaskühlerExhaust gas cooler
4848
Wärmetauscher Heat exchanger
5050
zweite Verzweigungsecond branch
5252
zweiter Bypasssecond bypass
5454
zweite Einmündungsecond junction
5656
TemperatursensorTemperature sensor
5858
Abgassensor Exhaust gas sensor
6060
HauptkanalMain channel
6262
zweites Steuerelementsecond control
6464
zweite Abgasklappesecond exhaust flap
6666
zweiter Abgaskühlersecond exhaust gas cooler
6868
zweiter Wärmetauscher second heat exchanger
7070
MotorsteuergerätEngine control unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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  • EP 2055909 A1 [0005]EP 2055909 A1 [0005]

Claims (10)

Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (10), welcher mit seinem Auslass (16) mit einer Abgasanlage (20) verbindbar ist, wobei in der Abgasanlage (20) stromabwärts einer Turbine (24) eines Abgasturboladers (18) zumindest ein SCR-Katalysator (26, 30) angeordnet ist, wobei die Abgasanlage (20) ein Dosierelement (32) umfasst, mit welchem ein Reduktionsmittel stromaufwärts des SCR-Katalysators (26, 30) in den Abgaskanal (22) eindosierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (20) ein Abgaskühler (46) angeordnet ist, mit welchem ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) vor dem Eintritt in den SCR-Katalysator (26, 30) kühlbar ist.Exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine (10), the outlet (16) of which can be connected to an exhaust gas system (20), with at least one SCR catalytic converter (26, 30), the exhaust system (20) comprising a metering element (32) with which a reducing agent can be metered upstream of the SCR catalytic converter (26, 30) into the exhaust duct (22), characterized in that in the exhaust system (20 ) an exhaust gas cooler (46) is arranged, with which an exhaust gas flow of the internal combustion engine (10) can be cooled before entering the SCR catalytic converter (26, 30). Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abgaskanal (22) stromabwärts der Turbine (24) und stromaufwärts des SCR-Katalysators (26) in einen Hauptkanal (60) und einen Bypass (40) verzweigt, wobei der Abgaskühler (46) in dem Bypass (40) angeordnet ist.Exhaust aftertreatment system after Claim 1 , characterized in that the exhaust duct (22) branches downstream of the turbine (24) and upstream of the SCR catalytic converter (26) into a main duct (60) and a bypass (40), the exhaust gas cooler (46) in the bypass ( 40) is arranged. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (40) stromaufwärts des SCR-Katalysators (26, 30) wieder in den Hauptkanal (60) einmündet.Exhaust aftertreatment system after Claim 2 , characterized in that the bypass (40) upstream of the SCR catalytic converter (26, 30) re-opens into the main channel (60). Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der SCR-Katalysator (26) in dem Hauptkanal (60) angeordnet ist, wobei der Bypass (40) stromabwärts des SCR-Katalysators (26) und stromaufwärts eines Sperrkatalysators (28, 30) wieder in den Hauptkanal (60) einmündet.Exhaust aftertreatment system after Claim 2 , characterized in that the SCR catalytic converter (26) is arranged in the main channel (60), the bypass (40) downstream of the SCR catalytic converter (26) and upstream of a blocking catalytic converter (28, 30) back into the main channel (60 ) flows into. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrkatalysator (28) ein weiterer SCR-Katalysator (30) ist.Exhaust aftertreatment system after Claim 4 , characterized in that the blocking catalytic converter (28) is a further SCR catalytic converter (30). Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskühler (46) ein Wärmetauscher (48) ist, wobei der Wärmetauscher (48) mit einem Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors (10) verbunden ist.Exhaust aftertreatment system according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the exhaust gas cooler (46) is a heat exchanger (48), the heat exchanger (48) being connected to a coolant circuit of the internal combustion engine (10). Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskühler (46) ein Wärmetauscher (48) ist, wobei die Kühlung des Abgases im Wärmetauscher (48) mittels eines gasförmigen Kühlmediums erfolgt.Exhaust aftertreatment system according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the exhaust gas cooler (46) is a heat exchanger (48), the cooling of the exhaust gas in the heat exchanger (48) being carried out by means of a gaseous cooling medium. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (20) ein Temperatursensor (56) oder ein Abgassensor (58) angeordnet ist.Exhaust aftertreatment system according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that a temperature sensor (56) or an exhaust gas sensor (58) is arranged in the exhaust system (20). Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einem Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend folgende Schritte: - Ermitteln einer Abgastemperatur (TEG) in der Abgasanlage (20) des Verbrennungsmotors (10), - Leiten zumindest einer Teilmenge des Abgasstroms des Verbrennungsmotors (10) durch den Abgaskühler (46), wenn die Abgastemperatur (TEG) eine Schwellentemperatur (TS) überschreitet, ab welcher eine thermische Zersetzung von Ammoniak oder ein erhöhter Austrag von Ammoniak aus dem SCR-Katalysator (26, 30) zu erwarten ist.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 8th , comprising the following steps: - determining an exhaust gas temperature (T EG ) in the exhaust system (20) of the internal combustion engine (10), - passing at least a portion of the exhaust gas flow of the internal combustion engine (10) through the exhaust gas cooler (46) when the exhaust gas temperature (T EG ) exceeds a threshold temperature (T S ), above which thermal decomposition of ammonia or increased discharge of ammonia from the SCR catalytic converter (26, 30) can be expected. Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (20) stromabwärts des ersten SCR-Katalysators (26) eine Ammoniak-Konzentration und/oder eine Stickoxidkonzentration ermittelt wird, wobei bei einem Anstieg der ermittelten Ammoniak- oder Stickoxidkonzentration die Teilmenge, welche durch den Abgaskühler (46) geleitet wird, erhöht wird.Exhaust gas aftertreatment process after Claim 9 , characterized in that an ammonia concentration and / or a nitrogen oxide concentration is determined in the exhaust system (20) downstream of the first SCR catalytic converter (26), the partial amount which is increased by the exhaust gas cooler () when the ammonia or nitrogen oxide concentration ( 46) is directed, is increased.
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