DE102019202943A1 - Method for operating an SCR catalytic converter with a bypass flow channel - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung (5), welche einen SCR-Katalysator (8) mit einem Einlass (16), einem Auslass (17) und einem Bypass-Strömungskanal (40) umfasst, wobei stromaufwärts des Einlasses (16) ein SCR-Einlass-Ventil (41) angeordnet ist, stromaufwärts des Einlasses (16) ein Einlass in den Bypass-Strömungskanal (40) angeordnet ist und der Bypass-Strömungskanal (40) ein Bypass-Ventil (42) umfasst, beschrieben. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Bestimmen (51) der Temperatur des Abgases stromaufwärts des SCR-Katalysators (8); falls die Temperatur einen festgelegten Schwellenwert überschreitet (54), Öffnen des Bypass-Ventils (42) und Schließen des SCR-Einlass-Ventils (41); falls die Temperatur einen festgelegten Schwellenwert unterschreitet (53), Schließen des Bypass-Ventils (42) und Öffnen des SCR-Einlass-Ventils (41).A method for operating an exhaust gas aftertreatment device (5) which comprises an SCR catalytic converter (8) with an inlet (16), an outlet (17) and a bypass flow channel (40), wherein upstream of the inlet (16) comprises a SCR inlet valve (41) is arranged, an inlet into the bypass flow channel (40) is arranged upstream of the inlet (16) and the bypass flow channel (40) comprises a bypass valve (42). The method comprises the following steps: determining (51) the temperature of the exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter (8); if the temperature exceeds a predetermined threshold value (54), opening the bypass valve (42) and closing the SCR inlet valve (41); if the temperature falls below a defined threshold value (53), closing the bypass valve (42) and opening the SCR inlet valve (41).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, welche einen SCR-Katalysator umfasst. Die Erfindung betrifft zudem eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, eine Motoranordnung, ein Fahrzeug und ein Computerprogrammprodukt.The present invention relates to a method for operating an exhaust gas aftertreatment device which comprises an SCR catalytic converter. The invention also relates to an exhaust gas aftertreatment device, an engine arrangement, a vehicle and a computer program product.
Mit Abgasnachbehandlungseinrichtungen werden Verbrennungsgase, nachdem sie den Brennraum oder die Brennkammer einer Brennkraftmaschine verlassen haben, auf mechanischem, katalytischem oder chemischem Wege gereinigt, um so gesetzliche Schadstofflimits einhalten zu können. Im Zusammenhang mit zunehmend strenger werdenden rechtlichen Anforderungen an die Emissionen von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, ergeben sich weitreichende Herausforderungen an die Abgasnachbehandlung.With exhaust gas aftertreatment devices, combustion gases are cleaned mechanically, catalytically or chemically after they have left the combustion chamber or the combustion chamber of an internal combustion engine in order to be able to comply with statutory pollutant limits. In connection with the increasingly strict legal requirements for emissions from vehicles, especially motor vehicles, there are far-reaching challenges for exhaust gas aftertreatment.
Eine wesentliche Herausforderung stellen dabei die bei einem Betrieb eines Verbrennungsmotors unter hoher Last und/oder bei hohen Motorgeschwindigkeiten entstehenden Stickoxid-Emissionen (NOx-Emissionen) dar. Üblicherweise werden Stickoxide mittels eines Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR - Selective Catalytic Reduction) umgewandelt, wobei stromaufwärts des SCR-Katalysators eine wässrige Harnstofflösung (Urea) in den Abgasstrom eingespritzt wird. Allerdings sinkt die Leistungsfähigkeit eines SCR-Katalysators bei hohen Abgastemperaturen infolge von Oxidationseffekten innerhalb des SCR-Systems, hauptsächlich infolge von Oxidationseffekten an der Beschichtung. Insbesondere tritt der Effekt auf, dass durch den steigenden Anteil an zugeführtem Harnstoff das entstehende Ammoniak direkt oxidiert anstatt zur Reduktion von Stickoxiden beizutragen. Eine einfache Lösung des beschriebenen Problems besteht zwar darin den SCR-Katalysator weiter von der Verbrennungsmaschine entfernt anzuordnen, wo geringere Temperaturen herrschen, allerdings wird hierdurch die Leistungsfähigkeit unter Kaltstartbedingungen herabgesetzt und die Betriebstemperatur des SCR-Katalysators von mindestens 200 Grad Celsius wesentlich später erreicht.The nitrogen oxide emissions (NOx emissions) that occur when an internal combustion engine is operated under high load and / or at high engine speeds represent a major challenge. an aqueous urea solution (urea) being injected into the exhaust gas flow upstream of the SCR catalytic converter. However, the performance of an SCR catalytic converter decreases at high exhaust gas temperatures as a result of oxidation effects within the SCR system, mainly due to oxidation effects on the coating. In particular, there is the effect that, due to the increasing proportion of urea supplied, the ammonia produced oxidizes directly instead of contributing to the reduction of nitrogen oxides. A simple solution to the problem described is to arrange the SCR catalytic converter further away from the internal combustion engine, where the temperatures are lower, but this reduces the performance under cold start conditions and the operating temperature of the SCR catalytic converter of at least 200 degrees Celsius is reached much later.
In dem Dokument
Vor dem beschriebenen Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung mit einem SCR-Katalysator zur Verfügung zu stellen, welches insbesondere den oben beschriebenen Nachteilen im Zusammenhang mit einer hohen Abgastemperatur begegnet.Against the background described, the object of the present invention is to provide an improved method for operating an exhaust gas aftertreatment device with an SCR catalytic converter, which in particular counteracts the disadvantages described above in connection with a high exhaust gas temperature.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1, eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 6, eine Motoranordnung gemäß Patentanspruch 8, ein Fahrzeug gemäß Patentanspruch 9 und ein Computerprogrammprodukt gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.This object is achieved by a method for operating an exhaust gas aftertreatment device in accordance with
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung bezieht sich auf eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung welche einen SCR-Katalysator mit einem Einlass, einem Auslass und einem Bypass-Strömungskanal umfasst. Stromaufwärts des Einlasses bezüglich eines Abgasstroms ist ein SCR-Einlass-Ventil angeordnet. Stromaufwärts des Einlasses ist ein Einlass in den Bypass-Strömungskanal angeordnet. Der Bypass-Strömungskanal umfasst ein Bypass-Ventil.The method according to the invention for operating an exhaust gas aftertreatment device relates to an exhaust gas aftertreatment device which comprises an SCR catalytic converter with an inlet, an outlet and a bypass flow channel. An SCR inlet valve is arranged upstream of the inlet with respect to an exhaust gas flow. An inlet into the bypass flow channel is arranged upstream of the inlet. The bypass flow channel includes a bypass valve.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte: Die Temperatur des Abgases stromaufwärts des SCR-Katalysators wird bestimmt, insbesondere gemessen. Falls die Temperatur einen festgelegten Schwellenwert überschreitet, wird das Bypass-Ventil geöffnet und das SCR-Einlass-Ventil geschlossen. Mit anderen Worten wird der Abgasstrom in diesem Fall also an dem SCR-Katalysator vorbeigeleitet. Falls die Temperatur einen festgelegten Schwellenwert unterschreitet, wird das Bypass-Ventil geschlossen und das SCR-Einlass-Ventil geöffnet. Der Abgasstrom wird in diesem Fall also durch den SCR-Katalysator geleitet. Vorzugsweise wird stromaufwärts des SCR-Katalysators Urea bzw. Harnstoff in den Abgasstrom einspritzt.The method according to the invention comprises the following steps: The temperature of the exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter is determined, in particular measured. If the temperature exceeds a set threshold, the bypass valve is opened and the SCR inlet valve is closed. In other words, in this case the exhaust gas flow is directed past the SCR catalytic converter. If the temperature falls below a specified threshold value, the bypass valve is closed and the SCR inlet valve is opened. In this case, the exhaust gas flow is passed through the SCR catalytic converter. Urea or urea is preferably injected into the exhaust gas flow upstream of the SCR catalytic converter.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass bei hohen Abgastemperaturen unerwünschte Oxidationen des Harnstoffes an heißen Beschichtungen in dem SCR-Katalysator vermieden werden. Weiterhin ist die Umwandlung von Stickoxiden auch bei hohen Abgastemperaturen gewährleistet, beispielsweise indem weiter stromabwärts des SCR-Katalysators ein weiterer SCR-Katalysator angeordnet und verwendet wird.The method according to the invention has the advantage that, at high exhaust gas temperatures, undesired oxidations of the urea on hot coatings in the SCR catalytic converter are avoided. Furthermore, the conversion of nitrogen oxides is ensured even at high exhaust gas temperatures, for example by arranging and using a further SCR catalytic converter further downstream of the SCR catalytic converter.
Der Schwellenwert der Abgastemperatur kann zwischen 400 Grad Celsius und 600 Grad Celsius liegen, zum Beispiel zwischen 450 Grad Celsius und 550 Grad Celsius, bevorzugt bei 500 Grad Celsius.The threshold value for the exhaust gas temperature can be between 400 degrees Celsius and 600 degrees Celsius, for example between 450 degrees Celsius and 550 degrees Celsius, preferably 500 degrees Celsius.
In einer weiteren Variante ist stromabwärts des SCR-Katalysators, im Folgenden zur besseren Verständlichkeit auch als erster SCR-Katalysator bezeichnet, ein Partikelfilter, zum Beispiel ein Dieselpartikelfilter, und/oder ein weiterer SCR-Katalysator angeordnet. Das Abgas kann somit nach einem Passieren des ersten SCR-Katalysators oder des Bypass-Strömungskanals durch den Partikelfilter und/oder den weiteren SCR-Katalysator geleitet werden. Für den weiteren SCR-Katalysator ist keine eigene Urea-Einspritzvorrichtung erforderlich, falls bereits stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators eine Urea-Einspritzvorrichtung angeordnet ist und mittels dieser bereits Urea bzw. Harnstoff in dem Abgasstrom eingespritzt wurde. Es kann aber auch eine zweite Urea-Einspritzvorrichtung stromaufwärts des weiteren SCR-Katalysators angeordnet sein.In a further variant, downstream of the SCR catalytic converter, in the following also as the first SCR catalytic converter for better understanding referred to, a particle filter, for example a diesel particle filter, and / or a further SCR catalytic converter is arranged. After passing through the first SCR catalytic converter or the bypass flow channel, the exhaust gas can thus be passed through the particle filter and / or the further SCR catalytic converter. No separate urea injection device is required for the further SCR catalytic converter if a urea injection device is already arranged upstream of the first SCR catalytic converter and urea or urea has already been injected into the exhaust gas flow by means of this. However, a second urea injection device can also be arranged upstream of the further SCR catalytic converter.
Der weitere SCR-Katalysator kann zum Beispiel im Unterbodenbereich eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass der weitere SCR-Katalysator damit in einem größeren Abstand von dem Verbrennungsmotor platziert werden kann, wo geringere Temperaturen herrschen und damit auch die Abgastemperatur geringer ist als im Bereich des ersten SCR-Katalysators. Bei hohen Abgastemperaturen können die Stickoxide bei dieser Ausgestaltung durch dem weiteren SCR-Katalysator umgewandelt werden.The further SCR catalytic converter can be arranged, for example, in the underbody area of a motor vehicle. Such an arrangement has the advantage that the further SCR catalytic converter can thus be placed at a greater distance from the internal combustion engine, where lower temperatures prevail and thus the exhaust gas temperature is also lower than in the area of the first SCR catalytic converter. At high exhaust gas temperatures, the nitrogen oxides can be converted by the additional SCR catalytic converter in this embodiment.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen verlassen, ein zuvor beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt hat die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits genannten Vorteile.The computer program product according to the invention comprises commands which, when the program is executed by a computer, leave the computer to execute a previously described method according to the invention. The computer program product according to the invention has the advantages already mentioned in connection with the method according to the invention.
Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsvorrichtung umfasst einen SCR-Katalysator mit einem Einlass, einem Auslass und einem Bypass-Strömungskanal. Stromaufwärts des Einlasses ist ein SCR-Einlass-Ventil angeordnet. Stromaufwärts des SCR-Einlass-Ventils ist ein Einlass in den Bypass-Strömungskanal angeordnet und der Bypass-Strömungskanal umfasst ein Bypass-Ventil. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung umfasst eine Vorrichtung zum Bestimmen der Temperatur des Abgases stromaufwärts des SCR-Katalysators und eine Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung ist dazu ausgelegt, ein oben beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsvorrichtung hat die bereits genannten Merkmale und Vorteile.The exhaust gas aftertreatment device according to the invention comprises an SCR catalytic converter with an inlet, an outlet and a bypass flow channel. An SCR inlet valve is arranged upstream of the inlet. An inlet into the bypass flow channel is arranged upstream of the SCR inlet valve, and the bypass flow channel comprises a bypass valve. The exhaust gas aftertreatment device comprises a device for determining the temperature of the exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter and a control device. The control device is designed to carry out a method according to the invention as described above. The exhaust gas aftertreatment device according to the invention has the features and advantages already mentioned.
In einer vorteilhaften Variante ist stromaufwärts des SCR-Katalysators eine Vorrichtung zum Einspritzen von Urea bzw. Harnstoff angeordnet. Zusätzlich oder alternativ dazu können stromabwärts des SCR-Katalysators ein Partikelfilter, insbesondere ein Dieselpartikelfilter, und/oder ein weiterer SCR-Katalysator angeordnet sein. Die Vorteile einer solchen Ausgestaltung sind oben bereits erläutert worden. In einer weiteren Ausführungsform kann der Dieselpartikelfilter selbst eine SCR Beschichtung aufweisen. Sofern der Bypass dann konstruktionsbeding als Kühler wirkt oder sogar einen Kühler beinhaltet, kann die Einspritzung fortgesetzt werden. Da es bei dieser Anordnung in extremen Situationen zu heiß werden kann ist dann ein zweiter Harnstoffinjektor vor dem im Unterboden-Bereich angeordneten SCR-Katalysator sinnvoll.In an advantageous variant, a device for injecting urea or urea is arranged upstream of the SCR catalytic converter. Additionally or alternatively, a particle filter, in particular a diesel particle filter, and / or a further SCR catalytic converter can be arranged downstream of the SCR catalytic converter. The advantages of such a configuration have already been explained above. In a further embodiment, the diesel particulate filter itself can have an SCR coating. If the bypass then acts as a cooler due to the design or even contains a cooler, the injection can be continued. Since it can get too hot in extreme situations with this arrangement, a second urea injector in front of the SCR catalytic converter located in the underbody area makes sense.
Die erfindungsgemäße Motoranordnung umfasst einen Verbrennungsmotor und eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsvorrichtung. Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Motoranordnung. Die erfindungsgemäße Motoranordnung und das erfindungsgemäße Fahrzeug haben die bereits genannten Vorteile. Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug oder ein Schiff handeln. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um ein Motorrad, einen Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, einen Bus oder Kleinbus handeln.The engine arrangement according to the invention comprises an internal combustion engine and an exhaust gas aftertreatment device according to the invention described above. The vehicle of the invention includes an engine assembly of the invention. The engine arrangement according to the invention and the vehicle according to the invention have the advantages already mentioned. The vehicle according to the invention can be a motor vehicle or a ship. The motor vehicle can be a motorcycle, a passenger car, a truck, a bus or a minibus.
Die Figuren zeigen:
-
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Motoranordnung mit einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung. -
2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren in Form eines Flussdiagramms. -
3 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.
-
1 shows schematically an engine arrangement according to the invention with an exhaust gas aftertreatment device according to the invention. -
2 shows schematically a method according to the invention in the form of a flow chart. -
3 shows schematically a motor vehicle according to the invention.
Die in der
Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsvorrichtung
Die in der
Der Verbrennungsmotor
Beim Betreiben des Verbrennungsmotors
In der gezeigten Variante ist ein Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanal
Das den Verbrennungsmotor
Stromaufwärts des weiteren SCR-Katalysators
In folgendem wird ein erfindungsgemäßes Verfahren anhand des in der
Die
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- MotoranordnungMotor arrangement
- 22
- VerbrennungsmotorInternal combustion engine
- 33
- Zylindercylinder
- 44th
- Schwungradflywheel
- 55
- AbgasnachbehandlungsvorrichtungExhaust aftertreatment device
- 66th
- Hochdruck-AbgasrückführungsvorrichtungHigh pressure exhaust gas recirculation device
- 77th
- Niederdruck-AbgasrückführungsvorrichtungLow pressure exhaust gas recirculation device
- 99
- Turboladerturbocharger
- 88th
- SCR-KatalysatorSCR catalytic converter
- 1010
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 1111
- Kompressorcompressor
- 1212
- Turbineturbine
- 1313
- NOx-SpeicherkatalysatorNOx storage catalytic converter
- 1414th
- PartikelfilterParticle filter
- 1515th
- Urea-EinspritzvorrichtungUrea injection device
- 1616
- Einlassinlet
- 1717th
- AuslassOutlet
- 1818th
- StrömungskanalFlow channel
- 19 19th
- KraftstoffinjektorFuel injector
- 2020th
- EinlasskrümmerIntake manifold
- 2121st
- AbgaskrümmerExhaust manifold
- 2222nd
- Ölkühleroil cooler
- 2323
- HochdruckkraftstoffpumpeHigh pressure fuel pump
- 2424
- LuftfilterAir filter
- 2525th
- StrömungskanalFlow channel
- 2626th
- StrömungskanalFlow channel
- 2727
- Drosselthrottle
- 2828
- LadeluftkühlerIntercooler
- 2929
- Hochdruckabgasrückführungs-StrömungskanalHigh pressure exhaust gas recirculation flow channel
- 3030th
- HochdruckabgasrückführungsventilHigh pressure exhaust gas recirculation valve
- 3131
- SCR-KatalysatorSCR catalytic converter
- 3232
- StrömungsrichtungDirection of flow
- 3333
- Niederdruck-AbgasrückführungsströmungskanalLow pressure exhaust gas recirculation flow passage
- 3434
- SchmutzfilterDirt filter
- 3535
- Kühlercooler
- 3636
- VentilValve
- 3737
- Bypass-StrömungskanalBypass flow channel
- 3838
- Niederdruck-AbgasrückführungsbypassventilLow pressure exhaust gas recirculation bypass valve
- 3939
- LuftmassensensorAir mass sensor
- 4040
- SCR-Bypass-StrömungskanalSCR bypass flow channel
- 4141
- SCR-Einlass-VentilSCR inlet valve
- 4242
- SCR-Bypass- VentilSCR bypass valve
- 4343
- AbgasrückführungskombiventilExhaust gas recirculation combination valve
- 4444
- Strömungsrichtung von zurückgeführtem AbgasDirection of flow of recirculated exhaust gas
- 4545
- Strömungsrichtung des Gemischs aus Frischluft und zurückgeführtem AbgasDirection of flow of the mixture of fresh air and recirculated exhaust gas
- 4646
- StrömungsrichtungDirection of flow
- 5151
- Erfassen der AbgastemperaturDetecting the exhaust gas temperature
- 5252
- Überschreitet die Abgastemperatur einen festgelegten Schwellenwert?Does the exhaust gas temperature exceed a specified threshold?
- 5353
- Schließen des SCR-Bypass-Ventils, Öffnen des SCR-Einlass-VentilsClosing the SCR bypass valve, opening the SCR inlet valve
- 5454
- Öffnen des SCR-Bypass-Ventils, Schließen des SCR-Einlass-VentilsOpen the SCR bypass valve, close the SCR inlet valve
- 6060
- SteuervorrichtungControl device
- JJ
- jaYes
- NN
- neinNo
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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