DE102019117755B4 - Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors Download PDF

Info

Publication number
DE102019117755B4
DE102019117755B4 DE102019117755.3A DE102019117755A DE102019117755B4 DE 102019117755 B4 DE102019117755 B4 DE 102019117755B4 DE 102019117755 A DE102019117755 A DE 102019117755A DE 102019117755 B4 DE102019117755 B4 DE 102019117755B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
exhaust gas
internal combustion
combustion engine
exhaust
way catalytic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102019117755.3A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102019117755A1 (de
Inventor
Michael Kaack
Stefan PAUKNER
Falk-Christian Baron von Ceumern-Lindenstjerna
Tolga Bozalp
Sebastian Hemminger
Lukas Engin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Ing HCF Porsche AG
Volkswagen AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Ing HCF Porsche AG, Volkswagen AG filed Critical Dr Ing HCF Porsche AG
Priority to DE102019117755.3A priority Critical patent/DE102019117755B4/de
Publication of DE102019117755A1 publication Critical patent/DE102019117755A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102019117755B4 publication Critical patent/DE102019117755B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/025—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/101—Three-way catalysts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2033—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using a fuel burner or introducing fuel into exhaust duct
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/14—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a fuel burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2340/00—Dimensional characteristics of the exhaust system, e.g. length, diameter or volume of the apparatus; Spatial arrangements of exhaust apparatuses
    • F01N2340/06—Dimensional characteristics of the exhaust system, e.g. length, diameter or volume of the apparatus; Spatial arrangements of exhaust apparatuses characterised by the arrangement of the exhaust apparatus relative to the turbine of a turbocharger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2430/00—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics
    • F01N2430/06—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics by varying fuel-air ratio, e.g. by enriching fuel-air mixture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2550/00—Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
    • F01N2550/02—Catalytic activity of catalytic converters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/025—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting O2, e.g. lambda sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/14—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics having more than one sensor of one kind
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/16—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust apparatus, e.g. particulate filter or catalyst
    • F01N2900/1602—Temperature of exhaust gas apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

Abgasnachbehandlungssystem (20) für einen Verbrennungsmotor (10) mit einer Abgasanlage (22), in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors (10) ein erster Drei-Wege-Katalysator (26) und stromabwärts des ersten Drei-Wege-Katalysators (26) ein zweiter Drei-Wege-Katalysator (28) angeordnet ist, sowie mit einem Partikelfilter (24) und mit einem externen Heizmittel, welches in der Abgasanlage (22) stromaufwärts des ersten Drei-Wege-Katalysators (26) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche katalytisch wirksame Abgasnachbehandlungskomponenten (26, 28) in einer motorfernen Position in der Abgasanlage (22) angeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem sowie ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
  • Die kontinuierliche Verschärfung der Abgasgesetzgebung stellt hohe Anforderungen an die Fahrzeughersteller, welche durch entsprechende Maßnahmen zur Reduktion der motorischen Rohemissionen und durch eine entsprechende Abgasnachbehandlung gelöst werden. Mit Einführung der Gesetzgebungsstufe EU6 wird für Ottomotoren ein Grenzwert für eine Partikelanzahl vorgeschrieben, der in vielen Fällen den Einsatz eines Ottopartikelfilters notwendig macht. Solche Rußpartikel entstehen besonders nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors aufgrund einer unvollständigen Verbrennung in Kombination mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis sowie kalter Zylinderwände während des Kaltstarts. Die Kaltstartphase ist somit maßgeblich für die Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Partikelgrenzwerte. Im Fahrbetrieb wird ein solcher Ottopartikelfilter weiter mit Ruß beladen. Damit der Abgasgegendruck nicht zu stark ansteigt, muss dieser Ottopartikelfilter kontinuierlich oder periodisch regeneriert werden. Der Anstieg des Abgasgegendrucks kann zu einem Mehrverbrauch des Verbrennungsmotors, Leistungsverlust und einer Beeinträchtigung der Laufruhe bis hin zu Zündaussetzern führen. Um eine thermische Oxidation des im Ottopartikelfilter zurückgehaltenen Rußes mit Sauerstoff durchzuführen, ist ein hinreichend hohes Temperaturniveau in Verbindung mit gleichzeitig vorhandenem Sauerstoff in der Abgasanlage des Ottomotors notwendig. Da moderne Ottomotoren normalerweise ohne Sauerstoffüberschuss mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ=1) betrieben werden, sind dazu zusätzliche Maßnahmen erforderlich. Dazu kommen als Maßnahmen beispielsweise eine Temperaturerhöhung durch eine Zündwinkelverstellung, eine zeitweise Magerverstellung des Ottomotors, das Einblasen von Sekundärluft in die Abgasanlage oder eine Kombination dieser Maßnahmen infrage. Bevorzugt wird bislang eine Zündwinkelverstellung in Richtung spät in Kombination mit einer Magerverstellung des Ottomotors angewandt, da dieses Verfahren ohne zusätzliche Bauteile auskommt und in den meisten Betriebspunkten des Ottomotors eine ausreichende Sauerstoffmenge liefern kann.
  • Aufgrund der guten Wirkungsgrade beim Ottomotor ist eine Regeneration eines Partikelfilters in Unterbodenposition in bestimmten Betriebssituationen unmöglich, sodass die Regeneration eines Partikelfilters in Unterbodenlage spezieller Fahrzyklen bedarf. Eine motornahe Positionierung des Partikelfilters ist günstig, da dadurch höhere Abgastemperaturen am Partikelfilter vorliegen und das Aufheizen auf eine Regenerationstemperatur erleichtert wird. Ein weiteres Problem bei Partikelfiltern mit einer drei-Wege-katalytisch wirksamen Beschichtung, sogenannten Vier-Wege-Katalysatoren, ist die Tatsache, dass die Beschichtung starke Alterungserscheinungen aufweisen kann, sodass für die Konvertierung der gasförmigen Schadstoffe ein zusätzlicher Drei-Wege-Katalysator in motornaher Lage erforderlich sein kann.
  • Im Rahmen einer weiteren Verschärfung der Abgasgesetzgebung müssen Kraftfahrzeuge zukünftig unter realen Betriebsbedingungen (Real-Drive-Emissions) Abgasgrenzwerte einhalten. In bekannten Abgasnachbehandlungssystemen werden die Katalysatoren möglichst motornah angeordnet, um ein schnelles Aufheizen nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors zu ermöglichen. Die motornahe Position führt jedoch im Hochlastbetrieb zu einer beschleunigten Alterung der katalytisch wirksamen Oberfläche der Katalysatoren. Um diese Alterung zu begrenzen werden in bekannten Abgasnachbehandlungssystem innermotorische Kühlmaßnahmen wie eine Volllastanreicherung oder eine Wassereinspritzung durchgeführt. Eine solche Anreicherung führt jedoch zu einem starken Anstieg der Emissionen, sodass die Emissionsgrenzwerte unter realen Betriebsbedingungen nicht mehr eingehalten werden können. Eine Wassereinspritzung ist Aufwendung und kritisch, da sie zum durch auskondensierenden Wasserdampf zu einer erhöhten Korrosionsneigung an den Motorbauteilen des Verbrennungsmotors führen kann und zum andere das Mitführen eines weiteren Betriebsstoffs erfordert.
  • Aus der DE 195 08 013 C1 ist ein Verbrennungsmotor mit einer Abgasanlage bekannt, in welcher ein Katalysator angeordnet ist. Zum Beheizen des Katalysators ist ein Abgasbrenner mit einem Sekundärluftgebläse vorgesehen, welcher in einem ersten Betriebszustand einen Brennstoff mit der Sekundärluft umsetzt und das heiße Verbrennungsabgas in die Abgasanlage einleitet, um den Katalysator aufzuheizen. Ferner ist ein zweiter Betriebszustand des Abgasbrenners vorgesehen, in welchem der Abgasbrenner ausschließlich Sekundärluft in die Abgasanlage führt und diese Sekundärluft zum weiteren Aufheizen des Katalysators genutzt wird.
  • Die DE 10 2017 113 366 A1 offenbart ein Abgasnachbehandlungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrisch beheizbarer Drei-Wege-Katalysator, einem Vier-Wege-Katalysator und einem weiteren Drei-Wege-Katalysator. Dabei werden der elektrisch beheizbare Drei-Wege-Katalysator und vorzugsweise auch der Vier-Wege-Katalysator bereits vor einem Start des Verbrennungsmotors beheizt, um bereits ab dem Start des Verbrennungsmotors eine effiziente Abgasnachbehandlung der Rohemissionen des Verbrennungsmotors zu ermöglichen.
  • Die DE 10 2017 118 215 A1 offenbart ein Abgasnachbehandlungssystem sowie ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors. Dabei umfasst das Abgasnachbehandlungssystem einen motornahen Partikelfilter und zwei Drei-Wege-Katalysatoren in Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges. Dabei ist vorgesehen, dass ab einem Motorstart des Verbrennungsmotors ein Abgasbrenner aktiv ist, mit welchem stromabwärts des Partikelfilters heißes Abgas in die Abgasanlage eingeleitet wird, um zumindest eine der Drei-Wege-Katalysatoren nach dem Kaltstart möglichst schnell auf eine Light-Off-Temperatur aufzuheizen und somit eine effiziente Abgasnachbehandlung zu ermöglichen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verbrennungsmotor unter realen Fahrbedingungen eine effiziente Abgasnachbehandlung sicherzustellen und die Dauerhaltbarkeit der Abgasnachbehandlungskomponenten zu erhöhen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor gelöst, welches eine Abgasanlage aufweist, die mit einem Auslass des Verbrennungsmotors verbindbar ist. In der Abgasanlage sind in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors durch die Abgasanlage ein erster Drei-Wege-Katalysator und stromabwärts des ersten Drei-Wege-Katalysators ein zweiter Drei-Wege-Katalysator angeordnet. Das Abgasnachbehandlungssystem umfasst ferner einen Partikelfilter zur Reduzierung der Partikelemissionen sowie ein externes Heizmittel, welches in der Abgasanlage stromaufwärts des ersten Drei-Wege-Katalysators angeordnet ist. Es ist vorgesehen, dass sämtliche katalytisch wirksame Abgasnachbehandlungskomponenten in einer motorfernen Position in der Abgasanlage angeordnet sind, um die thermische Belastung, insbesondere bei einem Volllastbetrieb des Verbrennungsmotors zu verringern und somit eine vorzeitige Alterung der katalytisch wirksamen Beschichtung der Drei-Wege-Katalysatoren zu vermeiden. Unter einer motorfernen Position ist in diesem Zusammenhang eine Position mit einer Abgaslauflänge von mindestens 75cm, vorzugsweise von mindestens 100cm, besonders bevorzugt von mindestens 150cm zwischen einem Auslass des Verbrennungsmotors und einem Einlass der katalytisch wirksamen Abgasnachbehandlungskomponente zu verstehen. Durch die motorferne Positionierung der katalytisch beschichteten Bauteile, insbesondere der Drei-Wege-Katalysatoren wird der thermische Alterungseinfluss der katalytisch wirksamen Beschichtungen bei hohen Motorlasten signifikant reduziert. Insbesondere vor dem Hintergrund eines kennfeldweiten stöchiometrischen Betriebes des Verbrennungsmotors zur Erfüllung der Real Drive Emission ist dieser Aspekt wichtig. Zusätzlich dazu verringert sich der maximale Volumenstrom in den Drei-Wege-Katalysatoren durch die geringeren Temperaturen, was zu geringeren Raumgeschwindigkeiten und somit zu höheren Konvertierungsraten führt. Um trotz der motorfernen Position eine effektive Katheizphase durchführen zu können, wird eine externe Heizmaßnahme eingesetzt, um zumindest einen der Drei-Wege-Katalysatoren unmittelbar nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors auf seine Betriebstemperatur aufzuheizen. Unter einem externen Heizmittel ist ein Heizmittel zu verstehen, welches unabhängig vom Betrieb oder der Temperatur des Verbrennungsmotors Wärme in die Abgasanlage einbringen kann.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhaften Verbesserungen und nicht-triviale Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Abgasnachbehandlungssystems möglich.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das externe Heizmittel als ein Abgasbrenner ausgeführt ist, wobei an der Abgasanlage stromabwärts eines Auslasses des Verbrennungsmotors und stromaufwärts des ersten Drei-Wege-Katalysators eine Einleitstelle ausgebildet ist, an welcher das heiße Brennerabgas des Abgasbrenners zur Aufheizung der Drei-Wege-Katalysatoren in die Abgasanlage einleitbar ist. Durch einen Abgasbrenner kann im Vergleich zu einem elektrischen Heizelement in kürzerer Zeit ein höhere Wärmemenge in die Abgasanlage eingebracht werden. Dadurch können die Drei-Wege-Katalysatoren schneller auf ihre Light-Off-Temperatur aufgeheizt werden, was die Kaltstartemissionen verringert.
  • In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Partikelfilter als unbeschichteter Partikelfilter ausgeführt ist und stromabwärts eines Auslasses des Verbrennungsmotors und stromaufwärts des externen Heizmittels oder der Einleitstelle in einer motornahem Position in der Abgasanlage angeordnet ist. Durch eine motornahe Position des Partikelfilters ist es einfacher im Fahrbetrieb eine Regenerationstemperatur des Partikelfilters zu erreichen und somit den im Partikelfilter zurückgehaltenen Ruß zu oxidieren. Zusätzlich können ggf. notwendige innermotorische Heizmaßnahmen verkürzt werden, da durch die motornahe Position weniger Abwärme über die Wände der Abgasanlage verloren geht. Durch die unbeschichtete Ausführung des Partikelfilter unterliegt dieser keiner signifikanten Alterung, sodass hohe Temperaturen bei einem Volllastbetrieb des Verbrennungsmotors sich nicht negativ auf die Dauerhaltbarkeit des Partikelfilters auswirken. Ferner wird durch einen unbeschichteten Partikelfilter der Abgasgegendruck reduziert, was den Verbrauch des Verbrennungsmotors senkt.
  • Alternativ ist in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, dass der Partikelfilter stromabwärts des ersten Drei-Wege-Katalysators und stromaufwärts des zweiten Drei-Wege-Katalysators angeordnet ist. Durch eine Anordnung des Partikelfilters in einer Unterbodenposition eines Kraftfahrzeuges stromabwärts des ersten Drei-Wege-Katalysators und stromaufwärts des zweiten Drei-Wege-Katalysators kann eine Regeneration des Partikelfilters durch das externe Heizmittel, insbesondere durch den Abgasbrenner, unterstützt werden. Somit kann auf innermotorische Heizmaßnahmen verzichtet werden, wodurch die Abgasemissionen minimiert werden können.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass in der Abgasanlage ein Abgasturbolader angeordnet ist, wobei stromabwärts einer Turbine des Abgasturboladers und stromaufwärts des Partikelfilters eine Breitband-Lambdasonde angeordnet ist. Durch eine Breitband-Lambdasonde ist eine exakte Regelung des Verbrennungsmotors auf ein stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis möglich. Dabei wird durch die motornahe Anordnung der Breitband-Lambdasonde stromaufwärts des Partikelfilters eine vergleichsweise kurze Regelstrecke realisiert, sodass die Regelgeschwindigkeit und Regelgenauigkeit verbessert werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Abgasanlage drei Lambdasonden angeordnet sind, wobei die erste Lambdasonde als Breitband-Sonde und die beiden weiteren Lambdasonden als Sprungsonden ausgeführt sind. Durch ein Breitband-Sonde und zwei weitere Sprungsonden ist eine besonders effiziente Steuerung sämtlicher Abgasnachbehandlungskomponenten möglich. Somit können die Endrohr-Emissionen in allen Betriebszuständen, insbesondere auch bei einer Regeneration des Partikelfilters minimiert werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Verbesserung des Abgasnachbehandlungssystem ist vorgesehen, dass der erste Drei-Wege-Katalysator als Lambdasondenkatalysator mit einer integrierten Lambdasonde ausgeführt ist.. Zudem wird die Regelstrecke verkürzt, da die Lambdasonde nicht erst stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators sitzt.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem vorgeschlagen, wobei der Verbrennungsmotor ab einem Motorstart des Verbrennungsmotors in allen Betriebspunkten mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis λE = 1 betrieben wird. Dadurch können unter dem Gesichtspunkt der Real-Drive-Emission über den gesamten Betriebsbereich geringe Emissionen realisiert werden. Durch die Positionierung der Drei-Wege-Katalysatoren in einer motorfernen Position wird dabei die thermische Belastung für die katalytisch wirksame Beschichtung der Drei-Wege-Katalysatoren derart reduziert, dass die Drei-Wege-Katalysatoren über eine planmäßige Nutzungsdauer des Kraftfahrzeuges eine hohe Konvertierungsleistung aufweisen und die Alterung verringert werden kann. Zusätzlich dazu verringert sich der maximale Volumenstrom in den Drei-Wege-Katalysatoren durch die geringeren Temperaturen, was zu geringeren Raumgeschwindigkeiten und somit zu höheren Konvertierungsraten führt
  • In einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Abgasstrom des Verbrennungsmotors ab dem Start des Verbrennungsmotors zumindest solange mit dem Abgasbrenner beheizt wird, bis einer der Drei-Wege-Katalysatoren seine Light-Off-Temperatur erreicht hat, wobei der Abgasbrenner ebenfalls mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis λB = 1 betrieben wird. Dadurch erreichen die Drei-Wege-Katalysatoren auch in einer motorfernen Unterbodenposition zeitnah nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors ihre Betriebstemperatur, sodass die Kaltstartemissionen minimiert werden können.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines solchen Verbrennungsmotors vorgeschlagen, wobei der Verbrennungsmotor ab einem Start des Verbrennungsmotors mit einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis λE < 1 betrieben wird und der Abgasbrenner gleichzeitig mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis λB > 1 betrieben wird, sodass sich stromabwärts der Einleitstelle in der Mischstrecke ein stöchiometrisches Abgas λM = 1 einstellt. Dadurch kann die Partikelbildung in der Heizphase durch den Abgasbrenner reduziert werden und es kann in der Heizphase eine höhere Heizleistung auf dem Dreiwegekatalysator durch größere Exothermie erreicht werden. Somit erreichen die Drei-Wege-Katalysatoren schneller ihre Betriebstemperatur.
  • Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:
    • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem; und
    • 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 10, dessen Auslass 18 mit einer Abgasanlage 22 eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem 20 zur Abgasnachbehandlung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors 10 verbunden ist. Der Verbrennungsmotor 10 ist als Ottomotor ausgeführt, welcher mittels externen Zündmitteln, insbesondere mittels Zündkerzen 14, fremdgezündet wird. Der Verbrennungsmotor 10 weist mehrere Brennräume 12 auf, in welchen ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird. Dazu ist an den Brennräumen 12 jeweils ein Kraftstoffinjektor 16 vorgesehen, um einen Kraftstoff in die Brennräume 12 einzuspritzen. Der Verbrennungsmotor 10 ist vorzugsweise als mittels eines Abgasturboladers 30 aufgeladener Verbrennungsmotor 10 ausgeführt, wobei eine Turbine 32 des Abgasturboladers 30 stromabwärts des Auslasses 18 und stromaufwärts der ersten emissionsmindernden Abgasnachbehandlungskomponente 24, 26, 28, insbesondere stromaufwärts eines motornahen Partikelfilters 24, angeordnet ist. Die Abgasanlage 22 umfasst einen Abgaskanal 48, in dem in Strömungsrichtung eines Abgases durch den Abgaskanal 48 ein motornaher Partikelfilter 24, stromabwärts des motornahen Partikelfilters 24 in einer Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges ein erster Drei-Wege-Katalysator 26, und weiter stromabwärts ein zweiter Drei-Wege-Katalysator 28 angeordnet sind. Der Partikelfilter 24 ist dabei vorzugsweise als unbeschichteter Partikelfilter 24 ausgeführt und weist insbesondere keine katalytisch wirksame Beschichtung auf. Stromabwärts der motornahen Partikelfilters 24 in eine Einleitstelle 36 vorgesehen, an welcher ein heißes Brennerabgas eines Abgasbrenners 34 in den Abgaskanal 48 eingeleitet werden kann, sodass der stromabwärts der Einleitstelle 36 angeordnete erste Drei-Wege-Katalysator 26 und der zweite Drei-Wege-Katalysator 28 unabhängig von der Betriebssituation des Verbrennungsmotors 10 aufgeheizt werden können. Zwischen der Einleitstelle 36 und dem ersten Drei-Wege-Katalysator 26 ist eine Mischstrecke 38 ausgebildet, welche ein Vermischung des Abgases des Verbrennungsmotors 10 mit dem heißen Brennerabgas des Abgasbrenners 34 vor Eintritt in den ersten Drei-Wege-Katalysator 26 ermöglicht. Dabei weist die Mischstrecke 38 vorzugsweise eine Länge von mindestens 25cm, vorzugsweise von mindestens 50cm, besonders bevorzugt von mindestens 80cm auf. Der erste und der zweite Drei-Wege-Katalysator 26, 28 sind in Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges und somit in einer motorfernen Position, das heißt mit einem Abstand von mehr als 75cm, bevorzugt mit einem Abstand von mehr als 100cm Abgaslauflänge ab dem Auslass 18 des Verbrennungsmotors 10, angeordnet. Alternativ zu einem Abgasbrenner 34 kann der Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 auch durch ein anderes externes Heizmittel beheizt werden. Ein Abgasbrenner 34 bietet den Vorteil, dass sich gegenüber elektrischen Heizmitteln in kürzerer Zeit eine höhere Energie in die Abgasanlage 22 einbringen lässt, sodass sich die Drei-Wege-Katalysator 26, 28 schneller erwärmen.
  • Die Abgasanlage 22 umfasst ferner eine erste Lambdasonde 40, welche stromabwärts der Turbine 32 des Abgasturboladers 30 und stromaufwärts des motornahen Partikelfilters 24 angeordnet ist. Alternativ kann die ersten Lambdasonde 40 auch unmittelbar stromabwärts des motornahen Partikelfilters 24 und stromaufwärts der Einleitstelle 36 angeordnet sein. Der erste Drei-Wege-Katalysator 26 ist vorzugsweise als Lambdasondenkatalysator 46 ausgeführt und umfasst eine zweite Lambdasonde 42. Stromabwärts des ersten Drei-Wege-Katalysators 26 und stromaufwärts des zweiten Drei-Wege-Katalysators 28 ist eine dritte Lambdasonde 44 vorgesehen, mit welcher die Sauerstoffkonzentration im Abgasstrom vor Eintritt in den zweiten Drei-Wege-Katalysator 28 ermittelt werden kann. Ferner können im Abgaskanal 48 weitere Sensoren 52, 54, insbesondere ein Temperatursensor 52 und/oder ein Abgassensor 54 angeordnet sein. Die erste Lambdasonde 40 ist als Breitbandsonde ausgeführt. Die zweite Lambdasonde 42 und die dritte Lambdasonde 44 sind vorzugsweise als Sprungsonden ausgeführt. In einer vereinfachten Ausführungsform kann die dritte Lambdasonde 44 auch entfallen.
  • Das Abgasnachbehandlungssystem umfasst ein Steuergerät 50, über welches die mittels der Kraftstoffinjektoren 16 in die Brennräume 12 eingespritzte Kraftstoffmenge sowie der Einspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt gesteuert werden können. Das Steuergerät 50 ist ferner über Signalleitungen 56 mit den Lambdasonden 40, 42, 44 sowie weiteren Sensoren 52, 54 im Abgaskanal 48 verbunden, um die Verbrennung derart zu Regeln, dass die Schadstoffemissionen minimiert werden können.
  • In 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems 20 für einen Verbrennungsmotor 10 dargestellt. Der Verbrennungsmotor 10 weist mehrere Brennräume 12 auf, in welchen ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird. Dazu ist an den Brennräumen 12 jeweils ein Kraftstoffinjektor 16 vorgesehen, um einen Kraftstoff in die Brennräume 12 einzuspritzen. Der Verbrennungsmotor 10 ist vorzugsweise als mittels eines Abgasturboladers 30 aufgeladener Verbrennungsmotor 10 ausgeführt, wobei eine Turbine 32 des Abgasturboladers 30 stromabwärts des Auslasses 18 und stromaufwärts der ersten emissionsmindernden Abgasnachbehandlungskomponente 24, 26, 28 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist sämtliche Abgasnachbehandlungskomponenten 24, 26, 28 in einer motorfernen Position in einer Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges angeordnet. Dabei ist unmittelbar stromabwärts der Turbine 32 des Abgasturboladers 30 eine Einleitstelle 36 vorgesehen, an welcher ein heißes Brennerabgas eines Abgasbrenners 34 in den Abgaskanal 48 eingeleitet werden kann . Stromabwärts der Einleitstelle 36 und stromaufwärts des ersten Drei-Wege-Katalysators 26 ist eine Mischstrecke 38 ausgebildet, welche ein Vermischung des Abgases des Verbrennungsmotors 10 mit dem heißen Brennerabgas des Abgasbrenners 34 vor Eintritt in den ersten Drei-Wege-Katalysator 26 ermöglicht. Stromabwärts des ersten Drei-Wege-Katalysator 26 ist ein Partikelfilter 24 vorgesehen. Weiter stromabwärts ist in der Abgasanlage 22 ein zweiter Drei-Wege-Katalysator 28 vorgesehen.
  • Die Abgasanlage 22 umfasst ferner eine erste Lambdasonde 40, welche stromabwärts der Turbine 32 des Abgasturboladers 30 und stromaufwärts der Einleitstelle 36 für die heißen Abgase des Abgasbrenners 34 angeordnet ist. Der erste Drei-Wege-Katalysator 26 ist vorzugsweise als Lambdasondenkatalysator 46 ausgeführt und umfasst eine zweite Lambdasonde 42. Stromabwärts des Partikelfilters 24 und stromaufwärts des zweiten Drei-Wege-Katalysators 28 ist eine dritte Lambdasonde 44 vorgesehen, mit welcher die Sauerstoffkonzentration im Abgasstrom vor Eintritt in den zweiten Drei-Wege-Katalysator 28 ermittelt werden kann. Alternativ kann die dritte Lambdasonde 44 auch stromabwärts des ersten Drei-Wege-Katalysator 26 und stromaufwärts des unbeschichteten Partikelfilters 24 angeordnet sein. Ferner können im Abgaskanal 48 weitere Sensoren 52, 54, insbesondere ein Temperatursensor 52 und/oder ein Abgassensor 54 angeordnet sein.
  • Ferner können alternativ der erste Drei-Wege-Katalysator 26 und der Partikelfilter 24 oder der Partikelfilter 24 und der zweite Drei-Wege-Katalysator 28 durch einen Vier-Wege-Katalysator ersetzt werden, welcher die Funktionalität eines Partikelfilters 24 und eines Drei-Wege-Katalysators 26, 28 in einem Bauteil vereint.
  • Durch die motorferne Positionierung der Drei-Wege-Katalysatoren 26, 28 wird der thermische Alterungseinfluss bei hohen Motorlasten signifikant reduziert. Insbesondere vor dem Hintergrund eines kennfeldweiten λ = 1 Betriebes für RDE-Applikationen ist dieser Aspekt wichtig. Zusätzlich dazu verringert sich der maximale Volumenstrom in den Drei-Wege-Katalysatoren 26, 28 durch die geringeren Temperaturen, was zu geringeren Raumgeschwindigkeiten und somit zu höheren Konvertierungsraten führt. Um trotz der motorfernen Position eine effektive Katheizphase durchführen zu können, wird eine externe Heizmaßnahme, vorzugsweise ein Abgasbrenner 34 eingesetzt.
  • Bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 wird mit Motorstart des Verbrennungsmotors 10 der Abgasbrenner 34 aktiviert. Dabei wird der Verbrennungsmotor ab dem Motorstart mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis λ = 1 betrieben. Dazu ist eine sofortige Freigabe der Lambdaregelbereitschaft mittels der ersten Lambdasonde 40 erforderlich. Das Mischlambda aus Motorabgas und Brennerabgas wird ebenfalls ab Motorstart über die zweite Lambdasonde 42 auf λ = 1 geregelt. Eine Korrektur der Regelung wird durch die dritte Lambdasonde 44 durchgeführt. Liegt auf dem Partikelfilter 24 eine signifikante Rußbeladung vor, welche insbesondere durch eine Differenzdruckmessung über den Partikelfilter 24 oder über ein Modell im Steuergerät 50 ermittelt werden kann, wird eine aktive Regeneration des Partikelfilters 24 eingeleitet. Dazu wird die erforderliche Regenerationstemperatur Treg eingestellt. Dies kann sowohl passiv durch eine hinreichend hohe Abgastemperatur im Hochlastbetrieb oder durch motorische Heizmaßnahmen wie beispielsweise eine Zündwinkelspätverstellung erfolgen. Ist die Regenerationstemperatur erreicht, wird eine ausgeprägte Zwangsamplitude über die erste Lambdasonde 40 dem Partikelfilter 24 aufgeprägt. Diese wird so ausgeführt, dass der Fett- / Magerwechsel durch die dritte Lambdasonde 44 erkannt wird und dieses Signal als Triggersignal für die Umschaltung Fett / Mager genutzt wird. In diesem Fall kann der zweite Drei-Wege-Katalysator 28 als Ausputzer genutzt werden (OSC), so dass keine Lambdadurchbrüche am Endrohr auftreten. Die Regeneration des Partikelfilters 24 kann somit emissionsneutral durchgeführt werden.
  • Alternativ kann der Verbrennungsmotor 10 in der Motorstartphase kann auch mit einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis λ < 1 betrieben werden und der Abgasbrenner 34 mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis λ > 1, sodass sich vor dem ersten Drei-Wege-Katalysator 26 wieder ein stöchiometrisches Luftverhältnis λ = 1 einstellt.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Verbrennungsmotor
    12
    Brennraum
    14
    Zündkerze
    16
    Kraftstoffinjektor
    18
    Auslass
    20
    Abgasnachbehandlungssystem
    22
    Abgasanlage
    24
    Partikelfilter
    26
    erster Drei-Wege-Katalysator
    28
    zweiter Drei-Wege-Katalysator
    30
    Abgasturbolader
    32
    Turbine
    34
    Abgasbrenner
    36
    Einleitstelle
    38
    Mischstrecke
    40
    erste Lambdasonde
    42
    zweite Lambdasonde
    44
    dritte Lambdasonde
    46
    Lambdasondenkatalysator
    48
    Abgaskanal
    50
    Steuergerät
    52
    Temperatursensor
    54
    Abgassensor
    56
    Signalleitung
    λ
    Verbrennungsluftverhältnis
    λB
    Verbrennungsluftverhältnis des Abgasbrenners
    λE
    Verbrennungsluftverhältnis des Verbrennungsmotors
    λM
    Mischugsluftverhältnis aus λB und λE
    OSC
    Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators
    RDE
    Real-Drive-Emission
    Treg
    Regenerationstemperatur für den Partikelfilter

Claims (10)

  1. Abgasnachbehandlungssystem (20) für einen Verbrennungsmotor (10) mit einer Abgasanlage (22), in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors (10) ein erster Drei-Wege-Katalysator (26) und stromabwärts des ersten Drei-Wege-Katalysators (26) ein zweiter Drei-Wege-Katalysator (28) angeordnet ist, sowie mit einem Partikelfilter (24) und mit einem externen Heizmittel, welches in der Abgasanlage (22) stromaufwärts des ersten Drei-Wege-Katalysators (26) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche katalytisch wirksame Abgasnachbehandlungskomponenten (26, 28) in einer motorfernen Position in der Abgasanlage (22) angeordnet sind.
  2. Abgasnachbehandlungssystem (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Heizmittel ein Abgasbrenner (34) ist, wobei an der Abgasanlage (22) stromabwärts eines Auslasses (18) des Verbrennungsmotors (10) und stromaufwärts des ersten Drei-Wege-Katalysators (26) eine Einleitstelle (36) ausgebildet ist, an welcher das heiße Brennerabgas des Abgasbrenners (34) zur Aufheizung der Drei-Wege-Katalysatoren (26, 28) in die Abgasanlage (22) einleitbar ist.
  3. Abgasnachbehandlungssystem (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (24) als unbeschichteter Partikelfilter ausgeführt ist und stromabwärts eines Auslasses (18) des Verbrennungsmotors (10) und stromaufwärts des externen Heizmittels (34) oder der Einleitstelle (36) in einer motornahen Position in der Abgasanlage (22) angeordnet ist.
  4. Abgasnachbehandlungssystem (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (24) stromabwärts des ersten Drei-Wege-Katalysators (26) und stromaufwärts des zweiten Drei-Wege-Katalysators (28) angeordnet ist.
  5. Abgasnachbehandlungssystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (22) ein Abgasturbolader (30) angeordnet ist, wobei stromabwärts einer Turbine (32) des Abgasturboladers (30) und stromaufwärts des Partikelfilters (24) eine Breitband-Lambdasonde (40) angeordnet ist.
  6. Abgasnachbehandlungssystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (22) drei Lambdasonden (40, 42, 44) angeordnet sind, wobei die erste Lambdasonde (40) als Breitband-Sonde und die beiden weiteren Lambdasonden (42, 44) als Sprungsonden ausgeführt sind.
  7. Abgasnachbehandlungssystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drei-Wege-Katalysator (26) als Lambdasondenkatalysator (46) mit einer integrierten Lambdasonde (42) ausgeführt ist.
  8. Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einem Abgasnachbehandlungssystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) ab einem Motorstart des Verbrennungsmotors (10) in allen Betriebspunkten mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λE = 1) betrieben wird.
  9. Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) ab dem Start des Verbrennungsmotors (10) zumindest solange mit dem Abgasbrenner (34) beheizt wird, bis einer der Drei-Wege-Katalysatoren (26, 28) seine Light-Off-Temperatur erreicht hat, wobei der Abgasbrenner (34) ebenfalls mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λB = 1) betrieben wird.
  10. Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einem Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) ab einem Start des Verbrennungsmotors (10) mit einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λE < 1) betrieben wird und der Abgasbrenner (34) gleichzeitig mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λB > 1) betrieben wird, sodass sich stromabwärts der Einleitstelle (36) in der Mischstrecke (38) ein stöchiometrisches Abgas (λM = 1) einstellt.
DE102019117755.3A 2019-07-02 2019-07-02 Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors Active DE102019117755B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019117755.3A DE102019117755B4 (de) 2019-07-02 2019-07-02 Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019117755.3A DE102019117755B4 (de) 2019-07-02 2019-07-02 Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102019117755A1 DE102019117755A1 (de) 2021-01-07
DE102019117755B4 true DE102019117755B4 (de) 2023-10-12

Family

ID=74092538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019117755.3A Active DE102019117755B4 (de) 2019-07-02 2019-07-02 Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102019117755B4 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19508013C1 (de) 1995-03-07 1996-03-14 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zum Aufheizen eines Abgaskatalysators für eine Brennkraftmaschine
DE102017113366A1 (de) 2017-06-19 2018-12-20 Volkswagen Aktiengesellschaft Abgasnachbehandlungssystem sowie Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
DE102017118215A1 (de) 2017-08-10 2019-02-14 Volkswagen Ag Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19508013C1 (de) 1995-03-07 1996-03-14 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zum Aufheizen eines Abgaskatalysators für eine Brennkraftmaschine
DE102017113366A1 (de) 2017-06-19 2018-12-20 Volkswagen Aktiengesellschaft Abgasnachbehandlungssystem sowie Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
DE102017118215A1 (de) 2017-08-10 2019-02-14 Volkswagen Ag Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019117755A1 (de) 2021-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3502428B1 (de) Abgasnachbehandlungssystem und verfahren zur abgasnachbehandlung eines verbrennungsmotors
EP3665371B1 (de) Abgasnachbehandlungssystem und verfahren zur abgasnachbehandlung eines verbrennungsmotors
EP3508704B1 (de) Abgasnachbehandlungssystem und verfahren zur abgasnachbehandlung eines verbrennungsmotors
EP3921520B1 (de) Abgasnachbehandlungssystem sowie verfahren zur abgasnachbehandlung eines verbrennungsmotors
EP3686404B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur abgasnachbehandlung eines verbrennungsmotors
EP3581771B1 (de) Abgasnachbehandlungssystem und verfahren zur regeneration eines partikelfilters
DE102019101394A1 (de) Abgasanlage für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zum Betreiben derselben
EP3412880A1 (de) Verfahren zum regenerieren eines partikelfilters in der abgasanlage eines verbrennungsmotors sowie verbrennungsmotor
DE102017115408A1 (de) Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
EP3680461A1 (de) Regenerationsluftsystem für ein abgasnachbehandlungssystem eines verbrennungsmotors sowie verfahren zur abgasnachbehandlung
DE102018132466A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
DE102017115399A1 (de) Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
EP3772576B1 (de) Verfahren zum aufheizen eines katalysators und abgasnachbehandlungssystem
EP3584418B1 (de) Abgasnachbehandlungssystem und verfahren zur regeneration eines partikelfilters
EP3770386B1 (de) Abgasnachbehandlungssystem und verfahren zur abgasnachbehandlung eines verbrennungsmotors
DE102019117755B4 (de) Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
DE102017101610A1 (de) Verfahren zur Reduzierung der Kaltstart-Emissionen bei einem fremdgezündeten Verbrennungsmotor
DE102019134859A1 (de) Sekundärluftsystem und Abgasanlage mit einem solchen Sekundärluftsystem
DE102018122843A1 (de) Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters
DE102017210880A1 (de) Verfahren zum Aufheizen eines Katalysators in einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors sowie Abgasnachbehandlungssystem
DE102019122921B4 (de) Katalysatoranordnung und Abgasnachbehandlungssystem mit einer solchen Katalysatoranordnung
DE102018106073A1 (de) Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
EP3569850B1 (de) Verfahren zur reduzierung der partikelemissionen bei einem kaltstart eines verbrennungsmotors
EP4056817A1 (de) Abgasnachbehandlungssystem und verfahren zur abgasnachbehandlung eines verbrennungsmotors
DE102021203097A1 (de) Verfahren zur Abgasnachbehandlung und Abgasnachbehandlungssystem

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division