DE102019209792A1 - System and procedure for exhaust gas aftertreatment - Google Patents

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Abstract

Ein System zur Abgasnachbehandlung umfasst einen motornahen Katalysator, welcher dazu ausgebildet ist, eine katalytische Behandlung von Abgas durchzuführen, welches von einem Verbrennungsmotor stammt; einen Unterbodenkatalysator, welcher dazu ausgebildet ist, das Abgas von dem motornahen Katalysator zu erhalten und eine katalytische Behandlung des erhaltenen Abgases durchzuführen; und ein Wärmeaustauschsystem, welches dazu ausgebildet ist, Wärme zwischen dem motornahen Katalysator und dem Unterbodenkatalysator mittels eines Wärmeaustauschfluids auszutauschen.A system for exhaust gas aftertreatment comprises a close-coupled catalytic converter, which is designed to carry out a catalytic treatment of exhaust gas that originates from an internal combustion engine; an underfloor catalyst which is configured to receive the exhaust gas from the close-coupled catalyst and to perform a catalytic treatment of the obtained exhaust gas; and a heat exchange system configured to exchange heat between the close-coupled catalyst and the underfloor catalyst by means of a heat exchange fluid.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Abgasnachbehandlung, insbesondere während des Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Automobils, z.B. eines Dieselmotors. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung.The present invention relates to a system for exhaust gas aftertreatment, particularly during the operation of an internal combustion engine of an automobile, for example a diesel engine. The present invention also relates to a method for exhaust gas aftertreatment.

Hintergrundbackground

Ein Katalysator ist eine Abgasreinigungsvorrichtung, die toxische Gase und Schadstoffe im Abgas eines Verbrennungsmotors in weniger toxische oder ungiftige Substanzen umwandelt und/oder solche Substanzen aus dem Abgasstrom herausfiltert. Katalysatoren werden insbesondere bei Verbrennungsmotoren verwendet, die entweder mit Benzin oder Diesel betrieben werden.A catalytic converter is an exhaust gas purification device that converts toxic gases and pollutants in the exhaust gas of an internal combustion engine into less toxic or non-toxic substances and / or filters such substances from the exhaust gas flow. Catalysts are used in particular in internal combustion engines that run on either gasoline or diesel.

Selektive katalytische Reduktion (englisch: „selective catalytic reduction“, SCR) ist eine bekannte Technik, die in Katalysatoren eingesetzt wird, bei der Stickoxide, sogenannte NOx, mit Hilfe eines Katalysators in zweiatomigen Stickstoff und Wasser umgewandelt werden. Ein gasförmiges und/oder flüssiges Reduktionsmittel, z.B. wasserfreies Ammoniak, wässriges Ammoniak oder Harnstoff, wird einem Abgasstrom zugegeben und am Katalysator adsorbiert.Selective catalytic reduction (SCR) is a well-known technique that is used in catalytic converters, in which nitrogen oxides, so-called NOx, are converted into diatomic nitrogen and water with the aid of a catalytic converter. A gaseous and / or liquid reducing agent, e.g. anhydrous ammonia, aqueous ammonia or urea, is added to an exhaust gas stream and adsorbed on the catalyst.

SCR-Konverter benötigen eine bestimmte Temperatur, um ordnungsgemäß zu funktionieren, sodass die katalytische Reaktion typischerweise erst oberhalb einer sogenannten Starttemperatur (englisch: „light-off temperature“) eingeleitet wird. Normalerweise wird der SCR durch die durchströmenden Abgase erwärmt. Es dauert deshalb relativ lange bis SCR-Konverter, insbesondere während eines Kaltstarts, aufgeheizt sind und somit bis NOx-Emissionen effektiv reduziert werden.SCR converters need a certain temperature in order to function properly, so that the catalytic reaction is typically only initiated above a so-called start temperature (“light-off temperature”). Normally the SCR is heated by the exhaust gases flowing through it. It therefore takes a relatively long time for the SCR converter to be heated up, in particular during a cold start, and thus for NOx emissions to be effectively reduced.

Hersteller haben diesen Mangel durch die Einführung sogenannter motornaher Katalysatoren behoben, bei denen die Katalysatorhalterung in dem Abgassystem des Fahrzeugs von einem Unterbodenstandort zu einem Standort unter der Motorhaube bewegt wird, um näher an dem Auslasskrümmer des Motors zu sein und damit die Zeit zu verringern, die der Katalysator benötigt, um die Starttemperatur zu erreichen. Die Druckschrift US 2008/0078165 A1 beschreibt einen derartigen motornahen Katalysator.Manufacturers have addressed this shortcoming by introducing so-called close-coupled catalytic converters, which move the catalytic converter bracket in the vehicle's exhaust system from an underfloor location to an under-hood location to be closer to the engine's exhaust manifold, thereby reducing the time it takes to run the catalyst needs to reach the starting temperature. The pamphlet US 2008/0078165 A1 describes such a close-coupled catalyst.

Um die strengen Anforderungen an NOx-Emissionen aufgrund der jüngsten Emissionsgesetzgebung zu erfüllen, wird an der Verbesserung des allgemeinen Wärmemanagements von Katalysatoren gearbeitet, um eine effektive Emissionsreduzierung über einen großen Temperaturbereich zu gewährleisten. Neben dem Tieftemperaturbereich können auch sehr hohe Motortemperaturen Schwierigkeiten bereiten, da Temperaturen über 500°C, z.B. aufgrund hoher Motorlasten, zu einer Verschlechterung des SCR-Wirkungsgrades führen können.In order to meet the strict requirements for NOx emissions due to the latest emissions legislation, work is being carried out on improving the general thermal management of catalytic converters in order to ensure effective emission reduction over a wide temperature range. In addition to the low temperature range, very high engine temperatures can also cause difficulties, as temperatures above 500 ° C, e.g. due to high engine loads, can lead to a deterioration in the SCR efficiency.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Somit besteht ein Bedarf, Lösungen zu finden, um Katalysatoren effizienter zu betreiben.Thus there is a need to find solutions to operate catalysts more efficiently.

Zu diesem Zweck stellt die vorliegende Erfindung ein System gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 8 bereit.To this end, the present invention provides a system according to claim 1 and a method according to claim 8.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein System zur Abgasnachbehandlung einen motornahen Katalysator, welcher dazu ausgebildet ist, eine katalytische Behandlung von Abgas durchzuführen, welches von einem Verbrennungsmotor stammt; einen Unterbodenkatalysator, welcher dazu ausgebildet ist, das Abgas von dem motornahen Katalysator zu erhalten und eine katalytische Behandlung des erhaltenen Abgases durchzuführen; und ein Wärmeaustauschsystem, welches dazu ausgebildet ist, Wärme zwischen dem motornahen Katalysator und dem Unterbodenkatalysator mittels eines Wärmeaustauschfluids auszutauschen.According to one aspect of the invention, a system for exhaust gas aftertreatment comprises a close-coupled catalytic converter which is designed to carry out a catalytic treatment of exhaust gas originating from an internal combustion engine; an underfloor catalyst which is configured to receive the exhaust gas from the close-coupled catalyst and to carry out a catalytic treatment of the exhaust gas obtained; and a heat exchange system configured to exchange heat between the close-coupled catalyst and the underfloor catalyst by means of a heat exchange fluid.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung Durchführen einer katalytischen Behandlung von Abgas mit einem motornahen Katalysator, wobei das Abgas von einem Verbrennungsmotor stammt; Erhalten des Abgases mit einem Unterbodenkatalysator von dem motornahen Katalysator und Durchführen einer katalytischen Behandlung des erhaltenen Abgases mit dem Unterbodenkatalysator; und Austauschen von Wärme zwischen dem motornahen Katalysator und dem Unterbodenkatalysator mittels eines Wärmeaustauschfluids eines Wärmeaustauschsystems.According to a further aspect of the invention, a method for exhaust gas aftertreatment comprises carrying out a catalytic treatment of exhaust gas with a catalytic converter close to the engine, the exhaust gas originating from an internal combustion engine; Obtaining the exhaust gas with an underfloor catalyst from the close-coupled catalyst and carrying out a catalytic treatment of the obtained exhaust gas with the underfloor catalyst; and exchanging heat between the close-coupled catalyst and the underfloor catalyst using a heat exchange fluid of a heat exchange system.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem System zur Abgasnachbehandlung gemäß der Erfindung bereitgestellt.According to a further aspect of the invention, a motor vehicle with an internal combustion engine and a system for exhaust gas aftertreatment according to the invention is provided.

Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, zwei separate Katalysatoren über ein ausgeklügeltes und bedarfsgesteuertes Wärmemanagement auf der Basis eines Wärmeaustauschfluids zu koppeln, welches Wärme von einem Katalysator zum anderen überträgt, um die Effizienz und/oder die Wirksamkeit des Gesamtsystems zu verbessern. Jede geeignete Flüssigkeit und/oder jedes geeignete Gas kann als Wärmeaustauschfluid verwendet werden, solange die erforderlichen Eigenschaften für eine effiziente und effektive Wärmeübertragung zwischen den Katalysatoren bereitgestellt werden. Um Wärme über das Fluid zu transportieren, kann zwischen den Katalysatoren eine Durchflussregeleinrichtung, wie beispielsweise eine Pumpe oder dergleichen, vorgesehen werden, welche bedarfsgerecht steuerbar sein kann, um die Rate der Wärmeübertragung einzustellen.One idea of the present invention is to couple two separate catalytic converters via a sophisticated and demand-driven heat management system based on a heat exchange fluid, which transfers heat from one catalytic converter to the other in order to improve the efficiency and / or the effectiveness of the overall system. Any suitable liquid and / or gas can be used as the heat exchange fluid so long as the necessary properties are provided for efficient and effective heat transfer between the catalysts will. In order to transport heat via the fluid, a flow control device, such as a pump or the like, can be provided between the catalytic converters, which can be controlled as required in order to adjust the rate of heat transfer.

Das oben genannte Wärmemanagement und die Tatsache, dass einer der Katalysatoren in der Nähe des Motors angeordnet ist, ermöglichen ausreichende Abgastemperaturen vor dem Katalysatorsystem für eine gute Katalysatoreffizienz bei niedrigen Abgastemperaturbedingungen (z.B. Motorstart, Niedriglast-Stadtfahren). Darüber hinaus ist das System in der Lage, Hot Spots zu vermeiden, z.B. über 500°C, welche bei hohen Motorlasten zu einer Verschlechterung der Konvertereffizienz führen können, indem überschüssige Wärme von dem motornahen Katalysator zu dem Unterbodenkatalysator übertragen wird. Wärmeübertragung von dem motornahen Katalysator auf den Unterbodenkatalysator kann auch bei höheren Motorlasten allgemein von Vorteil sein, wenn der Unterbodenkatalysator für eine effiziente NOx-Umwandlung noch zu kalt ist. Ebenso kann in bestimmten Fällen die Wärme von dem Unterbodenkatalysator zurück zu dem motornahen Katalysator übertragen werden.The above-mentioned thermal management and the fact that one of the catalytic converters is located near the engine enables sufficient exhaust gas temperatures in front of the catalytic converter system for good catalytic converter efficiency under low exhaust gas temperature conditions (e.g. engine start, low load city driving). In addition, the system is able to avoid hot spots, e.g. above 500 ° C, which can lead to a deterioration in the converter efficiency at high engine loads by transferring excess heat from the catalytic converter close to the engine to the underbody catalytic converter. Heat transfer from the catalytic converter close to the engine to the underfloor catalytic converter can also be generally advantageous at higher engine loads if the underfloor catalytic converter is still too cold for efficient NOx conversion. Likewise, in certain cases, the heat from the underbody catalytic converter can be transferred back to the catalytic converter close to the engine.

Im Ergebnis wird die Betriebseffizienz des Katalysatorsystems bei niedrigen Temperaturen und bei hohen Temperaturen verbessert. Jedoch kann auch bei mittleren Temperaturen die Wärmeenergie von den beiden Katalysatoren geteilt werden, um die Effizienz und die Effektivität zu verbessern.As a result, the operating efficiency of the catalyst system at low temperatures and at high temperatures is improved. However, even at medium temperatures, the heat energy can be shared by the two catalysts in order to improve efficiency and effectiveness.

Es versteht sich, dass der hierin verwendete Begriff „Fahrzeug“ oder ein anderer ähnlicher Begriff Kraftfahrzeuge im Allgemeinen umfasst, wie beispielsweise Personenkraftwagen einschließlich Sport Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge und dergleichen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybrid-Elektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und Fahrzeuge, die mit alternativen Kraftstoffen betrieben werden (z.B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl stammen), beinhaltet. Vorliegend wird unter einem Hybridfahrzeug ein Fahrzeug verstanden, welches zwei oder mehr Energiequellen aufweist, zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.It should be understood that the term "vehicle" or other similar term used herein includes motor vehicles in general, such as passenger cars including sport utility vehicles (SUV), buses, trucks, various commercial vehicles and the like, and hybrid vehicles, electric vehicles, plug-in vehicles -Hybrid electric vehicles, hydrogen-powered vehicles and vehicles that run on alternative fuels (e.g. fuels obtained from resources other than petroleum). In the present case, a hybrid vehicle is understood to mean a vehicle which has two or more energy sources, for example both gasoline-powered and electrically powered vehicles.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements and developments emerge from the subclaims.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das System weiterhin eine Regeleinheit umfassen, welche dazu ausgebildet ist, einen Fluss des Wärmeaustauschfluids zwischen dem motornahen Katalysator und dem Unterbodenkatalysator derart zu regeln, dass beide Katalysatoren mit einer optimierten kombinierten Betriebseffizienz für einen vorgegebenen Motorbetriebszustand betrieben werden. Das Verfahren kann entsprechend Regeln eines Flusses des Wärmeaustauschfluids zwischen dem motornahen Katalysator und dem Unterbodenkatalysator mit einer Regeleinheit derart umfassen, dass beide Katalysatoren mit einer optimierten kombinierten Betriebseffizienz für einen vorgegebenen Motorbetriebszustand betrieben werden.According to a further development of the invention, the system can furthermore comprise a control unit which is designed to control a flow of the heat exchange fluid between the close-coupled catalytic converter and the underbody catalytic converter in such a way that both catalytic converters are operated with an optimized combined operating efficiency for a predetermined engine operating state. The method can accordingly include regulating a flow of the heat exchange fluid between the close-coupled catalytic converter and the underfloor catalytic converter with a control unit such that both catalytic converters are operated with an optimized combined operating efficiency for a predetermined engine operating state.

Somit kann Wärme von einem Katalysator auf den anderen übertragen werden, um die höchste Emissionsreduzierungseffizienz für das kombinierte System beider Katalysatoren zu erreichen. So kann beispielsweise an dem motornahen Katalysator genügend Energie vorhanden sein, um Wärme an den Unterbodenkatalysator abzugeben. Durch die Übertragung dieser überschüssigen Wärme kann die Effizienz des letzteren bei bestimmten Fahrsituationen und/oder Motorbetriebszuständen erhöht werden.Thus, heat can be transferred from one catalyst to the other in order to achieve the highest emission reduction efficiency for the combined system of both catalysts. For example, there can be enough energy on the close-coupled catalytic converter to give off heat to the underbody catalytic converter. By transferring this excess heat, the efficiency of the latter can be increased in certain driving situations and / or engine operating states.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das System weiterhin einen ersten Temperatursensor umfassen, welcher stromaufwärts von dem motornahen Katalysator dazu angeordnet ist, eine Motorausgangstemperatur des Abgases zu messen. Das System kann weiterhin einen zweiten Temperatursensor umfassen, welcher stromabwärts von dem motornahen Katalysator und stromaufwärts von dem Unterbodenkatalysator dazu angeordnet ist, eine Abgasrohrtemperatur des Abgases zu messen. Die Regeleinheit kann dazu ausgebildet sein, den Fluss des Wärmeaustauschfluids auf Basis der gemessenen Temperaturen zu regeln. Das Verfahren kann entsprechend Messen einer Motorausgangstemperatur des Abgases mit einem ersten Temperatursensor stromaufwärts von dem motornahen Katalysator und Messen einer Abgasrohrtemperatur des Abgases mit einem zweiten Temperatursensor stromabwärts von dem motornahen Katalysator und stromaufwärts von dem Unterbodenkatalysator umfassen.According to a development of the invention, the system can furthermore comprise a first temperature sensor which is arranged upstream of the catalytic converter close to the engine in order to measure an engine outlet temperature of the exhaust gas. The system may further include a second temperature sensor, which is arranged downstream of the close-coupled catalyst and upstream of the underfloor catalyst to measure an exhaust pipe temperature of the exhaust gas. The control unit can be designed to control the flow of the heat exchange fluid on the basis of the measured temperatures. The method may accordingly include measuring an engine outlet temperature of the exhaust gas with a first temperature sensor upstream of the close-coupled catalyst and measuring an exhaust pipe temperature of the exhaust gas with a second temperature sensor downstream of the close-coupled catalyst and upstream of the underfloor catalyst.

Zu diesem Zweck kann das System Temperatursensoren nutzen, die bereits von den Katalysatoren bereitgestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann das System Sensoren verwenden, die speziell für diese Aufgabe vorgesehen sind. Die Regeleinheit kann sowohl kommunikativ mit den Temperatursensoren als auch mit einer Durchflussregeleinrichtung, z.B. einer Pumpe, gekoppelt sein, um den Fluidstrom zwischen den Katalysatoren zu regeln. Die Regeleinheit kann eine Recheneinheit, z.B. einen Mikroprozessor oder dergleichen, umfassen und/oder mit einer solchen Vorrichtung gekoppelt sein, sodass auch fortgeschrittene und komplexe Regelstrategien für den optimalen Betrieb des Katalysatorsystems konzipiert und ausgeführt werden können. Zu diesem Zweck kann die Regeleinheit mit einer Motorsteuerung und/oder einem Motorsteuergerät gekoppelt und/oder Teil davon sein, welche die Regeleinheit mit Informationen über den aktuellen Motorbetriebszustand und/oder die aktuelle Fahrsituation versorgt. Darüber hinaus kann das System mit einer unterstützten und/oder autonomen Fahreinheit des Fahrzeugs gekoppelt werden, welche das System zusätzlich mit einer Fahrhistorie und/oder weiteren Fahrdaten versorgen kann, die bei der Festlegung der Regelstrategie für das Wärmeaustauschsystem berücksichtigt werden können.For this purpose, the system can use temperature sensors that are already provided by the catalytic converters. Additionally or alternatively, the system can use sensors that are specially designed for this task. The control unit can be communicatively coupled to the temperature sensors as well as to a flow control device, for example a pump, in order to control the fluid flow between the catalytic converters. The control unit can comprise a computing unit, for example a microprocessor or the like, and / or be coupled to such a device, so that advanced and complex control strategies for the optimal operation of the catalytic converter system can also be designed and executed. For this purpose, the control unit can be coupled to and / or part of an engine controller and / or an engine control device, which the Control unit supplied with information about the current engine operating state and / or the current driving situation. In addition, the system can be coupled to a supported and / or autonomous driving unit of the vehicle, which can also supply the system with driving history and / or further driving data that can be taken into account when determining the control strategy for the heat exchange system.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Regeleinheit dazu ausgebildet sein, den Fluss des Wärmeaustauschfluids derart zu regeln, dass Wärme von dem motornahen Katalysator zu dem Unterbodenkatalysator übertragen wird im Fall, dass der Motorbetriebszustand Hochlastfahren umfasst.According to a development of the invention, the control unit can be designed to control the flow of the heat exchange fluid in such a way that heat is transferred from the catalytic converter close to the engine to the underbody catalytic converter in the event that the engine operating state includes high-load driving.

Somit kann in einem möglichen Regelmodus des Wärmeaustauschsystems Wärme von dem motornahen Katalysator auf den Unterbodenkatalysator übertragen werden. In einem Beispiel kann der motornahe Katalysator bereits aufgewärmt und voll funktionsfähig innerhalb eines effizienten Betriebsbereichs sein, sodass überschüssige Wärmeenergie auf den Unterbodenkatalysator übertragen werden kann, um dessen Effizienz zu verbessern, z.B. wenn er seine Starttemperatur und/oder sein optimale Temperatur noch nicht erreicht hat. In einem weiteren Beispiel kann die Temperatur des Abgases vor dem motornahen Katalysator zu hoch sein, z.B. bei Stadtfahrten, Autobahnfahrten, Steigungsfahrten usw. In diesem Fall kann die Temperatur des Abgases und des motornahen Katalysators durch Übertragung eines Teils der verfügbaren Wärme auf den Unterbodenkatalysator schnell gesenkt werden. Dadurch kann eine Verschlechterung der Effizienz durch Überhitzung an dem motornahen Katalysators vermieden werden. Gleichzeitig kann der Unterbodenkatalysator an einem effizienteren Arbeitspunkt betrieben werden.Thus, in one possible control mode of the heat exchange system, heat can be transferred from the catalytic converter close to the engine to the underbody catalytic converter. In one example, the close-coupled catalyst may already be warmed up and fully functional within an efficient operating range so that excess thermal energy can be transferred to the underbody catalyst to improve its efficiency, e.g. if it has not yet reached its starting temperature and / or its optimal temperature. In a further example, the temperature of the exhaust gas in front of the close-coupled catalytic converter can be too high, e.g. when driving in town, driving on the motorway, driving uphill etc. In this case, the temperature of the exhaust gas and the close-coupled catalytic converter can be reduced quickly by transferring part of the available heat to the underbody catalytic converter will. A deterioration in efficiency due to overheating of the catalytic converter close to the engine can thereby be avoided. At the same time, the underbody catalytic converter can be operated at a more efficient operating point.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Regeleinheit dazu ausgebildet sein, den Fluss des Wärmeaustauschfluids derart zu regeln, dass Wärme von dem Unterbodenkatalysator zu dem motornahen Katalysator übertragen wird im Fall, dass der Motorbetriebszustand einen Wechsel von Hochlastfahren zu zumindest einem von Niedriglastfahren, Leerlauffahren und einer Motor-Aus-Phase umfasst.According to a development of the invention, the control unit can be designed to regulate the flow of the heat exchange fluid in such a way that heat is transferred from the underbody catalytic converter to the close-coupled catalytic converter in the event that the engine operating state changes from high-load driving to at least one of low-load driving, idling and one Motor-off phase includes.

Somit kann in einem weiteren möglichen Regelmodus des Wärmeaustauschsystems Wärme von dem Unterbodenkatalysator auf den motornahen Katalysator übertragen werden. In einem Beispiel kann der motornahe Katalysator mittels der Nutzung von Energie, die bereits in dem Unterbodenkatalysator gespeichert ist, an einer schnellen Abkühlung gehindert werden. Dies kann beispielsweise bei jedem Betriebswechsel des Fahrzeugs genutzt werden, bei dem es von Hochlastfahren auf Leerlauf- und/oder Niedriglastfahren umschaltet. Auch bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor, z.B. in einem elektrischen Fahrmodus eines Hybridfahrzeugs, könnte Energie von dem Unterbodenkatalysator übertragen werden. Die Wärme kann somit genutzt werden, um den motornahen Katalysator auf einer geeigneten Temperatur zu halten, z.B. über seiner Starttemperatur.Thus, in a further possible control mode of the heat exchange system, heat can be transferred from the underbody catalytic converter to the catalytic converter close to the engine. In one example, the close-coupled catalytic converter can be prevented from cooling down rapidly by using energy that is already stored in the underbody catalytic converter. This can be used, for example, every time the vehicle changes operation, in which it switches from high-load driving to idling and / or low-load driving. Even when the internal combustion engine is switched off, e.g. in an electric driving mode of a hybrid vehicle, energy could be transferred from the underbody catalytic converter. The heat can thus be used to keep the close-coupled catalytic converter at a suitable temperature, e.g. above its start temperature.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Regeleinheit dazu ausgebildet sein, den Fluss des Wärmeaustauschfluids derart zu regeln, dass keine Wärme von dem motornahen Katalysator zu dem Unterbodenkatalysator übertragen wird im Fall, dass der Motorbetriebszustand zumindest eines von einer Motoraufwärmphase und Niedriglastfahren umfasst.According to a development of the invention, the control unit can be designed to control the flow of the heat exchange fluid in such a way that no heat is transferred from the close-coupled catalytic converter to the underbody catalytic converter in the event that the engine operating state includes at least one of an engine warm-up phase and low-load driving.

Wird der Motor beispielsweise bei niedrigen Abgastemperaturen in einem Motoraufwärmmodus (z.B. ein Kaltstart) oder während einer Stadtfahrt o.ä. betrieben, so kann die gesamte verfügbare Abgasenergie durch den motornahen Katalysator gehalten werden, um diesen so schnell wie möglich in den effizienten Betriebsbereich zu bringen und/oder dort zu halten.If, for example, the engine is operated at low exhaust gas temperatures in an engine warm-up mode (e.g. a cold start) or during a city trip or similar, the entire available exhaust gas energy can be held by the catalytic converter close to the engine in order to bring it into the efficient operating range as quickly as possible and / or stop there.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.The present invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments specified in the schematic figures.

FigurenlisteFigure list

Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Erfindung vermitteln und bilden einen Bestandteil der vorliegenden Offenbarung. Sie veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen der Erfindung und viele der genannten Vorteile der Erfindung ergeben sich im Hinblick auf die folgende detaillierte Beschreibung. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes ausgeführt ist.

  • 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem System zur Abgasnachbehandlung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Abgasnachbehandlung mit dem System aus 1.
  • 3 bis 5 zeigen beispielhafte Betriebsmodi des Systems aus 1.
The accompanying figures are intended to provide a further understanding of the invention and form part of the present disclosure. They illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain principles and concepts of the invention. Other embodiments of the invention and many of the recited advantages of the invention will become apparent in view of the following detailed description. The elements of the drawings are not necessarily shown to scale with one another. In the figures, the same reference symbols denote the same or functionally identical elements, unless otherwise stated.
  • 1 shows schematically a motor vehicle with a system for exhaust gas aftertreatment according to an embodiment of the invention.
  • 2 FIG. 4 shows a flow diagram of a method for exhaust gas aftertreatment with the system from FIG 1 .
  • 3 to 5 show exemplary operating modes of the system 1 .

Obwohl hierin spezifische Ausführungsbeispiele veranschaulicht und beschrieben werden, wird dem Fachmann klar sein, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder gleichwertigen Implementierungen die dargestellten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele ersetzen können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Im Allgemeinen deckt die Anmeldung sämtliche Anpassungen oder Variationen der hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele ab.While specific embodiments are illustrated and described herein, it will be apparent to those skilled in the art that a variety of alternative and / or equivalent implementations may replace the specific exemplary embodiments illustrated and described without departing from the scope of the present invention. In general, the application covers any adaptations or variations of the specific exemplary embodiments described herein.

Detaillierte Beschreibung der AusführungsbeispieleDetailed description of the exemplary embodiments

1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 100 mit einem System 10 zur Abgasnachbehandlung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens M zur Abgasnachbehandlung mit dem System 10 aus 1. 3 bis 5 zeigen beispielhafte Betriebsmodi des Systems 10 aus 1. 1 shows schematically a motor vehicle 100 with one system 10 for exhaust gas aftertreatment according to one embodiment of the invention. 2 shows a flow diagram of a method M. for exhaust aftertreatment with the system 10 out 1 . 3 to 5 show exemplary operating modes of the system 10 out 1 .

Das System 10 ist dazu ausgebildet, Abgas 8 zu reinigen, welches von dem Verbrennungsmotor 101, z.B. einem Dieselmotor, des Kraftfahrzeugs 100 ausgestoßen wird. Zu diesem Zwecke umfasst das System 10 eine Reihe von Einrichtungen zur Abgasnachbehandlung einschließlich eines motornahen Katalysators 1 und eines Unterbodenkatalysators 2. Es versteht sich jedoch, dass das System 10 zusätzliche Katalysatoren aufweisen könnte, e.g. Dieselpartikelfilter und so weiter. Die Katalysatoren 1, 2 sind in dieser konkreten Ausführungsform als Vorrichtungen zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) ausgebildet, welche das Abgas 8 in der üblichen Weise behandeln können, indem gasförmige und/oder flüssiges Reduktionsmittels in das Abgas 8 eingespritzt wird, welches als Reduktionsagent in dem katalytischen Prozess innerhalb der Katalysatoren 1, 2 dient. Beispielsweise können die Katalysatoren 1, 2 ein katalytisch aktives Substrat umfassen, welches zwischen einer Eingangsfläche und einer Ausgangsfläche angeordnet ist (nicht eingezeichnet). Das Substrat kann beispielsweise in der üblichen Weise einen keramischen Monolithen umfassen, z.B. mit einer Honigwabenstruktur, welche eine Vielzahl von katalytisch aktiven Unterkanälen bereitstellt, durch die das Abgas 8 zur katalytischen Behandlung geleitet wird.The system 10 is designed to exhaust gas 8th to clean which of the internal combustion engine 101 , for example a diesel engine, of the motor vehicle 100 is expelled. For this purpose the system includes 10 a range of exhaust aftertreatment systems including a close-coupled catalytic converter 1 and an underbody catalytic converter 2 . It is understood, however, that the system 10 could have additional catalytic converters, eg diesel particulate filters and so on. The catalysts 1 , 2 are designed in this specific embodiment as devices for selective catalytic reduction (SCR), which the exhaust gas 8th Can treat in the usual way by adding gaseous and / or liquid reducing agent to the exhaust gas 8th is injected, which acts as a reducing agent in the catalytic process inside the catalytic converters 1 , 2 serves. For example, the catalysts 1 , 2 comprise a catalytically active substrate which is arranged between an input surface and an output surface (not shown). The substrate can, for example, comprise a ceramic monolith in the usual way, for example with a honeycomb structure which provides a multiplicity of catalytically active sub-channels through which the exhaust gas 8th is passed to the catalytic treatment.

Der motornahe Katalysator 1 ist dicht hinter dem Motor 101 angeordnet, um einen katalytische Behandlung des aus dem Motor 101 stammenden Abgases 8 durchzuführen. Dieses behandelte Abgas 8 wird dann durch ein Abgasrohr 11 zu dem Unterbodenkatalysator 2 geleitet, der weiter stromabwärts des Motors 101 an einem Unterboden des Fahrzeugs 100 angeordnet ist. Nach der Behandlung in dem Unterbodenkatalysator 2 wird das Abgas 8 an einem Abgasauslass 14 abgeblasen.The close-coupled catalyst 1 is right behind the engine 101 arranged to undergo a catalytic treatment of the engine 101 originating exhaust gas 8th perform. This treated exhaust gas 8th is then through an exhaust pipe 11 to the underbody catalytic converter 2 directed further downstream of the engine 101 on an underbody of the vehicle 100 is arranged. After treatment in the underfloor catalyst 2 becomes the exhaust 8th at an exhaust outlet 14th blown off.

Das System 10 umfasst ferner ein Wärmeaustauschsystem 3, welches dazu ausgebildet ist, Wärme zwischen dem motornahen Katalysator 1 und dem Unterbodenkatalysator 2 über ein Wärmeaustauschfluid 4 auszutauschen (vgl. 3 bis 5). Das Wärmeaustauschsystem 3 wird von einer Regeleinheit 5 geregelt, welche dazu ausgebildet ist, einen Fluss des Wärmeaustauschfluids 4 zwischen dem motornahen Katalysator 1 und dem Unterbodenkatalysator 2 derart zu regeln, dass beide Katalysatoren 1, 2 mit einer optimierten kombinierten Betriebseffizienz für einen vorgegebenen Motorbetriebszustand betrieben werden.The system 10 further comprises a heat exchange system 3 , which is designed to heat between the close-coupled catalyst 1 and the underbody catalytic converter 2 via a heat exchange fluid 4th to be exchanged (cf. 3 to 5 ). The heat exchange system 3 is controlled by a control unit 5 regulated, which is designed to control a flow of the heat exchange fluid 4th between the close-coupled catalytic converter 1 and the underbody catalytic converter 2 to regulate so that both catalysts 1 , 2 be operated with an optimized combined operating efficiency for a given engine operating condition.

Das System 10 umfasst ferner einen ersten Temperatursensor 6, welcher stromaufwärts von dem motornahen Katalysator 1 dazu angeordnet ist, eine Motorausgangstemperatur des Abgases 8 zu messen, und einen zweiten Temperatursensor 7, welcher stromabwärts von dem motornahen Katalysator 1 und stromaufwärts von dem Unterbodenkatalysator 2 dazu angeordnet ist, eine Abgasrohrtemperatur des Abgases 8 zu messen. Die Temperatursensoren 6, 7 sind kommunikativ mit der Regeleinheit 5 gekoppelt, welche wiederum mit einer Motorsteuerung gekoppelt sein kann und/oder Teil von dieser sein kann (nicht gezeigt). Die gemessenen Temperaturen können somit von der Regeleinheit 5 dazu verwendet werden, um eine geeignete Regelstrategie für das Wärmeaustauschsystem 3 in Abhängigkeit von einem momentanen Motorbetriebszustand und/oder eine momentanen Fahrsituation des Fahrzeugs 100 aufzustellen.The system 10 further comprises a first temperature sensor 6th , which is upstream of the close-coupled catalyst 1 is arranged to be an engine outlet temperature of the exhaust gas 8th to measure, and a second temperature sensor 7th , which is downstream of the close-coupled catalyst 1 and upstream of the underfloor catalyst 2 is arranged to an exhaust pipe temperature of the exhaust gas 8th to eat. The temperature sensors 6th , 7th are communicative with the control unit 5 coupled, which in turn can be coupled to and / or part of a motor controller (not shown). The measured temperatures can therefore be used by the control unit 5 used to find a suitable control strategy for the heat exchange system 3 as a function of a current engine operating state and / or a current driving situation of the vehicle 100 to set up.

Das Wärmeaustauschsystem 3 umfasst mehrere Wärmeaustauschrohre 12, welche die Katalysatoren 1, 2 miteinander verbinden und das Wärmeaustauschfluid 4 zwischen den Katalysatoren 1, 2 hin und her leiten. Zu diesem Zweck sind die Katalysatoren 1, 2 mit Wärmespeicherschalen 13 seitlich zu der Flussrichtung des Abgases 8 durch die Katalysatoren 1, 2 ausgebildet. Die Wärmespeicherschalen 13 enthalten das Wärmeaustauschfluid 4 und stehen in Fluidverbindung mit den Wärmeaustauschrohren 12.The heat exchange system 3 includes several heat exchange tubes 12th showing the catalysts 1 , 2 connect together and the heat exchange fluid 4th between the catalysts 1 , 2 guide back and forth. For this purpose are the catalysts 1 , 2 with heat storage shells 13th laterally to the flow direction of the exhaust gas 8th through the catalysts 1 , 2 educated. The heat storage shells 13th contain the heat exchange fluid 4th and are in fluid communication with the heat exchange tubes 12th .

Weiterhin umfasst das System 10 zumindest einen Fluidpumpe 9, welche dazu ausgebildet ist, das Wärmeaustauschfluid 4 durch die Wärmeaustauschrohre 12 zu pumpen. Die Fluidpumpe 9 kann somit kontinuierlich verstellbar sein, um den Fluss des Wärmeaustauschfluids 4 zu regulieren. Die Fluidpumpe 9 wird von der Regeleinheit 5 dazu gesteuert, einen Wärmetransfer zwischen den Katalysatoren 1, 2 anzupassen, um die Arbeitstemperaturen von beiden Katalysatoren 1, 2 auf einen optimalen Arbeitspunkt mit optimaler Emissionsreduktionseffizienz zu bringen.The system also includes 10 at least one fluid pump 9 , which is designed to be the heat exchange fluid 4th through the heat exchange pipes 12th to pump. The fluid pump 9 can thus be continuously adjustable to the flow of the heat exchange fluid 4th to regulate. The fluid pump 9 is controlled by the control unit 5 controlled to a heat transfer between the catalysts 1 , 2 adjust to the working temperatures of both catalysts 1 , 2 to bring it to an optimal operating point with optimal emission reduction efficiency.

3 bis 5 zeigen beispielhafte Betriebsmodi des Systems aus 1. 3 to 5 show exemplary operating modes of the system 1 .

3 kann einen Kaltstart des Fahrzeugs 100 darstellen, bei welchem der Motor gerade gestartet wurde und sich nun aufwärmt. In diesem Fall kann es höchste Priorität haben, den motornahen Katalysator 1 auf die Starttemperatur zu bringen, z.B. 180°C, um das System 10 zu einem Punkt zu bringen, wo es anfängt, NOx-Emissionen effektiv zu reduzieren. 3 can cold start the vehicle 100 show when the engine was just started and is now warming up. In this case, the close-coupled catalytic converter may have top priority 1 to the start temperature, e.g. 180 ° C, to the system 10 to a point where it begins to effectively reduce NOx emissions.

In diesem Fall wird der Fluss des Wärmeaustauschfluids 4 von der Regeleinheit 5 derart geregelt, dass keine Wärme von dem motornahen Katalysator 1 zu dem Unterbodenkatalysator 2 übertragen wird, um den motornahen Katalysator 1 so schnell wie möglich aufzuheizen. Der motornahe Katalysator 1 ist dicht zu dem Motor platziert, sodass Wärmeverluste über das Abgasrohr 11 zwischen dem Motor und dem motornahen Katalysator 1 minimiert werden.In this case, the flow of the heat exchange fluid 4th from the control unit 5 regulated so that no heat from the close-coupled catalytic converter 1 to the underbody catalytic converter 2 is transmitted to the close-coupled catalyst 1 heat up as quickly as possible. The close-coupled catalyst 1 is placed close to the engine so that heat is lost through the exhaust pipe 11 between the engine and the close-coupled catalytic converter 1 be minimized.

Entsprechend kann der Betriebsmodus aus 1 für andere Szenarien mit niedrigen Abgastemperaturen verwendet werden, z.B. Stadtfahren oder ähnlich.The operating mode can be selected accordingly 1 can be used for other scenarios with low exhaust gas temperatures, e.g. city driving or similar.

Sobald der motornahe Katalysator 1 eine akzeptable Arbeitstemperatur erreicht hat, kann jegliche überschüssige Energie zu dem Unterbodenkatalysator 2 übertragen werden.As soon as the close-coupled catalyst 1 has reached an acceptable working temperature, any excess energy can be transferred to the underfloor catalyst 2 be transmitted.

4 zeigt ein Beispiel für einen Betriebsmodus, wo Wärmeenergie von dem motornahen Katalysator 1 zu dem Unterbodenkatalysator 2 übertragen wird, indem das Wärmeaustauschfluid 4 über die Wärmeaustauschrohre 12 von dem motornahen Katalysator 1 zu dem Unterbodenkatalysator 2 und zurück zirkuliert wird. Das Wärmeaustauschfluid 4 wird an der Wärmespeicherschale 13 des motornahen Katalysators 1 aufgeheizt (siehe Pfeile oben links in 4). Die Wärmeenergie wird dann an der jeweiligen Wärmespeicherschale 13 zu dem Unterbodenkatalysator 2 übertragen (oben rechts in 4). Bei diesem Vorgang wird das Wärmeaustauschfluid 4 abgekühlt und anschließend zu dem motornahen Katalysator 1 zurückgeführt. Somit wird ein geschlossener Wärmekreislauf zwischen den Katalysatoren 1, 2 bereitgestellt. 4th shows an example of an operating mode where heat energy from the close-coupled catalyst 1 to the underbody catalytic converter 2 is transferred by the heat exchange fluid 4th via the heat exchange pipes 12th from the close-coupled catalytic converter 1 to the underbody catalytic converter 2 and is circulated back. The heat exchange fluid 4th is attached to the heat storage shell 13th of the close-coupled catalytic converter 1 heated up (see arrows at the top left in 4th ). The heat energy is then transferred to the respective heat storage shell 13th to the underbody catalytic converter 2 transferred (top right in 4th ). In this process, the heat exchange fluid 4th cooled and then to the close-coupled catalyst 1 returned. This creates a closed heat cycle between the catalytic converters 1 , 2 provided.

Der Betriebsmodus in 4 kann ebenfalls für Fahrzustände verwendet werden, wo die Temperatur des Abgases 8 an dem Eingang des motornahen Katalysators 1 derart hoch ist, dass es zu einer Senkung der Effizienz käme, z.B. über 500°C. Beispiele für derartige Szenarien umfassen Stadtfahrten, Autobahnfahrten, Steigungsfahrten, Reinigung eines Dieselpartikelfilters usw. Der zentrale (effiziente) Betriebsbereich des motornahen Katalysators 1 kann beispielsweise zwischen 180°C und 450°C liegen (Motorausgangstemperatur). Der Unterbodenkatalysator 2 andererseits kann grundsätzlich bei höheren Motorausgangstemperaturen zwischen beispielsweise 350°C und 750°C arbeiten aufgrund der Wärmeverluste entlang des Abgasrohrs 11. Die Regeleinheit 5 des Systems 10 kann nun einen Wärmefluss und damit den Temperaturbereich zwischen den beiden Katalysatoren 1, 2 derart regeln, dass ein optimaler Arbeitspunkt erreicht wird bei jedem Motorbetriebszustand.The operating mode in 4th can also be used for driving conditions where the temperature of the exhaust gas 8th at the inlet of the close-coupled catalytic converter 1 is so high that there would be a reduction in efficiency, for example above 500 ° C. Examples of such scenarios include driving around town, driving on the motorway, driving uphill, cleaning a diesel particulate filter, etc. The central (efficient) operating area of the close-coupled catalytic converter 1 can for example be between 180 ° C and 450 ° C (engine outlet temperature). The underbody catalytic converter 2 on the other hand, it can basically work at higher engine outlet temperatures between, for example, 350 ° C. and 750 ° C. due to the heat losses along the exhaust pipe 11 . The control unit 5 of the system 10 can now a heat flow and thus the temperature range between the two catalysts 1 , 2 regulate in such a way that an optimal operating point is reached in every engine operating state.

5 zeigt ein weiteres Beispiel, in welchem Wärme von dem Unterbodenkatalysator 2 zurück zu dem motornahen Katalysator 1 überführt wird. Ein Beispiel für einen derartigen Motorbetriebszustand könnte beispielsweise ein Wechsel von einer Hochlastphase zu einer Leerlauf- und/oder Motor-Aus-Phase sein. Die Regeleinheit 5 reguliert somit in diesem Fall den Wärmefluss derart, dass der motornahe Katalysator 1 seine Temperatur beibehält und somit weiter in einem effizienten Betriebsmodus laufen kann. 5 shows another example in which heat from the underfloor catalyst 2 back to the close-coupled catalytic converter 1 is convicted. An example of such an engine operating state could be, for example, a change from a high-load phase to an idle and / or engine-off phase. The control unit 5 regulates the heat flow in this case in such a way that the close-coupled catalytic converter 1 maintains its temperature and can therefore continue to run in an efficient operating mode.

Das Verfahren M aus 2 umfasst entsprechend unter M1 Durchführen einer katalytischen Behandlung des Abgases 8 mit dem motornahen Katalysator 1, wobei das Abgas 8 von dem Verbrennungsmotor 101 stammt, und unter M2 Erhalten des Abgases 8 mit dem Unterbodenkatalysator 2 von dem motornahen Katalysator 1 und Durchführen einer katalytischen Behandlung des erhaltenen Abgases (8) mit dem Unterbodenkatalysator 2. Das Verfahren M umfasst unter M3 ferner Austauschen von Wärme zwischen dem motornahen Katalysator 1 und dem Unterbodenkatalysator 2 mittels des Wärmeaustauschfluids 4 des Wärmeaustauschsystems 3. Das Verfahren M umfasst unter M4 ferner Messen der Motorausgangstemperatur des Abgases 8 mit dem ersten Temperatursensor 6 stromaufwärts von dem motornahen Katalysator 1. Das Verfahren M umfasst unter M5 ferner Messen der Abgasrohrtemperatur des Abgases 8 mit dem zweiten Temperatursensor 7 stromabwärts von dem motornahen Katalysator 1 und stromaufwärts von dem Unterbodenkatalysator 2. Das Verfahren M umfasst unter M6 ferner Regeln des Flusses des Wärmeaustauschfluids 4 zwischen dem motornahen Katalysator 1 und dem Unterbodenkatalysator 2 mit der Regeleinheit 5 derart, dass beide Katalysatoren 1, 2 mit einer optimierten kombinierten Betriebseffizienz für einen vorgegebenen Motorbetriebszustand betrieben werden .The procedure M. out 2 includes accordingly under M1 Carrying out a catalytic treatment of the exhaust gas 8th with the close-coupled catalytic converter 1 , the exhaust gas 8th from the internal combustion engine 101 originates, and under M2 Obtaining the exhaust 8th with the underbody catalytic converter 2 from the close-coupled catalytic converter 1 and carrying out a catalytic treatment of the exhaust gas obtained ( 8th ) with the underbody catalytic converter 2 . The procedure M. includes under M3 further exchanging heat between the close-coupled catalyst 1 and the underbody catalytic converter 2 by means of the heat exchange fluid 4th the heat exchange system 3 . The procedure M. includes under M4 further measuring the engine outlet temperature of the exhaust gas 8th with the first temperature sensor 6th upstream of the close-coupled catalyst 1 . The procedure M. includes under M5 furthermore measuring the exhaust pipe temperature of the exhaust gas 8th with the second temperature sensor 7th downstream of the close-coupled catalyst 1 and upstream of the underfloor catalyst 2 . The procedure M. includes under M6 further regulating the flow of the heat exchange fluid 4th between the close-coupled catalytic converter 1 and the underbody catalytic converter 2 with the control unit 5 such that both catalysts 1 , 2 be operated with an optimized combined operating efficiency for a given engine operating condition.

In der vorangegangenen detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale zur Verbesserung der Stringenz der Darstellung in einem oder mehreren Beispielen zusammengefasst worden. Es sollte dabei jedoch klar sein, dass die obige Beschreibung lediglich illustrativer, nicht jedoch beschränkender Natur ist. Sie dient der Abdeckung aller Alternativen, Modifikationen und Äquivalente. Viele andere Beispiele werden dem Fachmann aufgrund seiner fachlichen Kenntnisse in Anbetracht der obigen Beschreibung unmittelbar klar sein. Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis darstellen zu können, sodass Fachleuten ermöglicht wird, die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele in Bezug auf den beabsichtigten Einsatzzweck optimal zu modifizieren und zu nutzen.In the preceding detailed description, various features have been summarized in one or more examples in order to improve the stringency of the presentation. It should be clear, however, that the above description is merely illustrative, but not restrictive. It serves to cover all alternatives, modifications and equivalents. Many other examples will be immediately apparent to those skilled in the art based on their technical knowledge in view of the above description. The Exemplary embodiments have been selected and described in order to be able to illustrate the principles on which the invention is based and its possible applications in practice, so that it is possible for those skilled in the art to optimally modify and use the invention and its various exemplary embodiments with regard to the intended application.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
motornaher Katalysatorclose-coupled catalytic converter
22
UnterbodenkatalysatorUnderbody catalytic converter
33
WärmeaustauschsystemHeat exchange system
44th
WärmeaustauschfluidHeat exchange fluid
55
RegeleinheitControl unit
66
erster Temperatursensorfirst temperature sensor
77th
zweiter Temperatursensorsecond temperature sensor
88th
AbgasExhaust gas
99
FluidpumpeFluid pump
1010
System zur AbgasnachbehandlungExhaust aftertreatment system
1111
AbgasrohrExhaust pipe
1212
WärmeaustauschrohrHeat exchange tube
1313
WärmespeicherschaleHeat storage shell
1414th
AbgasauslassExhaust outlet
100100
KraftfahrzeugMotor vehicle
101101
VerbrennungsmotorInternal combustion engine
MM.
VerfahrenProcedure
M1-M6M1-M6
VerfahrensschrittProcess step

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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Claims (13)

System (10) zur Abgasnachbehandlung umfassend: einen motornahen Katalysator (1), welcher dazu ausgebildet ist, eine katalytische Behandlung von Abgas (8) durchzuführen, welches von einem Verbrennungsmotor (101) stammt; einen Unterbodenkatalysator (2), welcher dazu ausgebildet ist, das Abgas (8) von dem motornahen Katalysator zu erhalten und eine katalytische Behandlung des erhaltenen Abgases (8) durchzuführen; und ein Wärmeaustauschsystem (3), welches dazu ausgebildet ist, Wärme zwischen dem motornahen Katalysator (1) und dem Unterbodenkatalysator (2) mittels eines Wärmeaustauschfluids (4) auszutauschen.System (10) for exhaust aftertreatment comprising: a close-coupled catalytic converter (1) which is designed to carry out a catalytic treatment of exhaust gas (8) originating from an internal combustion engine (101); an underbody catalytic converter (2) which is designed to receive the exhaust gas (8) from the close-coupled catalytic converter and to carry out a catalytic treatment of the obtained exhaust gas (8); and a heat exchange system (3) which is designed to exchange heat between the catalytic converter (1) close to the engine and the underbody catalytic converter (2) by means of a heat exchange fluid (4). System (10) nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine Regeleinheit (5), welche dazu ausgebildet ist, einen Fluss des Wärmeaustauschfluids (4) zwischen dem motornahen Katalysator (1) und dem Unterbodenkatalysator (2) derart zu regeln, dass beide Katalysatoren (1, 2) mit einer optimierten kombinierten Betriebseffizienz für einen vorgegebenen Motorbetriebszustand betrieben werden.System (10) Claim 1 , further comprising: a control unit (5) which is designed to regulate a flow of the heat exchange fluid (4) between the close-coupled catalytic converter (1) and the underbody catalytic converter (2) in such a way that both catalytic converters (1, 2) with an optimized combined operating efficiency can be operated for a given engine operating condition. System (10) nach Anspruch 2, weiterhin umfassend: einen ersten Temperatursensor (6), welcher stromaufwärts von dem motornahen Katalysator (1) dazu angeordnet ist, eine Motorausgangstemperatur des Abgases (8) zu messen; und einen zweiten Temperatursensor (7), welcher stromabwärts von dem motornahen Katalysator (1) und stromaufwärts von dem Unterbodenkatalysator (2) dazu angeordnet ist, eine Abgasrohrtemperatur des Abgases (8) zu messen; wobei die Regeleinheit (5) dazu ausgebildet ist, den Fluss des Wärmeaustauschfluids (4) auf Basis der gemessenen Temperaturen zu regeln.System (10) Claim 2 , further comprising: a first temperature sensor (6) which is arranged upstream of the close-coupled catalyst (1) to measure an engine outlet temperature of the exhaust gas (8); and a second temperature sensor (7) which is arranged downstream of the close-coupled catalyst (1) and upstream of the underbody catalyst (2) to measure an exhaust pipe temperature of the exhaust gas (8); wherein the control unit (5) is designed to control the flow of the heat exchange fluid (4) on the basis of the measured temperatures. System (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Regeleinheit (5) dazu ausgebildet ist, den Fluss des Wärmeaustauschfluids (4) derart zu regeln, dass Wärme von dem motornahen Katalysator (1) zu dem Unterbodenkatalysator (2) übertragen wird im Fall, dass der Motorbetriebszustand Hochlastfahren umfasst.System (10) Claim 2 or 3 , wherein the control unit (5) is designed to regulate the flow of the heat exchange fluid (4) in such a way that heat is transferred from the catalytic converter (1) close to the engine to the underbody catalytic converter (2) in the event that the engine operating state includes high-load driving. System (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Regeleinheit (5) dazu ausgebildet ist, den Fluss des Wärmeaustauschfluids (4) derart zu regeln, dass Wärme von dem Unterbodenkatalysator (2) zu dem motornahen Katalysator (1) übertragen wird im Fall, dass der Motorbetriebszustand einen Wechsel von Hochlastfahren zu zumindest einem von Niedriglastfahren, Leerlauffahren und einer Motor-Aus-Phase umfasst.System (10) according to one of the Claims 2 to 4th , the control unit (5) being designed to regulate the flow of the heat exchange fluid (4) in such a way that heat is transferred from the underbody catalytic converter (2) to the catalytic converter (1) close to the engine in the event that the engine operating state changes from high-load driving to includes at least one of low load driving, idling and an engine off phase. System (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Regeleinheit (5) dazu ausgebildet ist, den Fluss des Wärmeaustauschfluids (4) derart zu regeln, dass keine Wärme von dem motornahen Katalysator (1) zu dem Unterbodenkatalysator (2) übertragen wird im Fall, dass der Motorbetriebszustand zumindest eines von einer Motoraufwärmphase und Niedriglastfahren umfasst.System (10) according to one of the Claims 2 to 5 , the control unit (5) being designed to regulate the flow of the heat exchange fluid (4) in such a way that no heat is transferred from the catalytic converter (1) close to the engine to the underbody catalytic converter (2) in the event that the engine operating state is at least one of a Includes engine warm-up and low-load driving. Kraftfahrzeug (100) mit einem Verbrennungsmotor (101) und einem System (10) zur Abgasnachbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.Motor vehicle (100) with an internal combustion engine (101) and a system (10) for exhaust gas aftertreatment according to one of the Claims 1 to 6th . Verfahren (M) zur Abgasnachbehandlung, umfassend: Durchführen (M1) einer katalytischen Behandlung von Abgas (8) mit einem motornahen Katalysator (1), wobei das Abgas (8) von einem Verbrennungsmotor (101) stammt; Erhalten (M2) des Abgases (8) mit einem Unterbodenkatalysator (2) von dem motornahen Katalysator (1) und Durchführen einer katalytischen Behandlung des erhaltenen Abgases (8) mit dem Unterbodenkatalysator (2); und Austauschen (M3) von Wärme zwischen dem motornahen Katalysator (1) und dem Unterbodenkatalysator (2) mittels eines Wärmeaustauschfluids (4) eines Wärmeaustauschsystems (3).Method (M) for exhaust gas aftertreatment, comprising: Carrying out (M1) a catalytic treatment of exhaust gas (8) with a catalytic converter (1) close to the engine, the exhaust gas (8) originating from an internal combustion engine (101); Receiving (M2) the exhaust gas (8) with an underbody catalytic converter (2) from the close-coupled catalytic converter (1) and carrying out a catalytic treatment of the obtained exhaust gas (8) with the underbody catalytic converter (2); and Exchange (M3) of heat between the close-coupled catalytic converter (1) and the underbody catalytic converter (2) by means of a heat exchange fluid (4) of a heat exchange system (3). Verfahren (M) nach Anspruch 8, weiterhin umfassend: Regeln (M6) eines Flusses es Wärmeaustauschfluids (4) zwischen dem motornahen Katalysator (1) und dem Unterbodenkatalysator (2) mit einer Regeleinheit (5) derart, dass beide Katalysatoren (1, 2) mit einer optimierten kombinierten Betriebseffizienz für einen vorgegebenen Motorbetriebszustand betrieben werden .Procedure (M) according to Claim 8 , further comprising: regulating (M6) a flow of heat exchange fluid (4) between the close-coupled catalytic converter (1) and the underbody catalytic converter (2) with a control unit (5) such that both catalytic converters (1, 2) with an optimized combined operating efficiency for be operated in a predetermined engine operating state. Verfahren (M) nach Anspruch 9, weiterhin umfassend: Messen (M4) einer Motorausgangstemperatur des Abgases (8) mit einem ersten Temperatursensor (6) stromaufwärts von dem motornahen Katalysator (1); und Messen (M5) einer Abgasrohrtemperatur des Abgases (8) mit einem zweiten Temperatursensor (7) stromabwärts von dem motornahen Katalysator (1) und stromaufwärts von dem Unterbodenkatalysator (2); wobei der Fluss des Wärmeaustauschfluids (4) von der Regeleinheit (5) auf Basis der gemessenen Temperaturen geregelt wird.Procedure (M) according to Claim 9 , further comprising: measuring (M4) an engine outlet temperature of the exhaust gas (8) with a first temperature sensor (6) upstream of the close-coupled catalyst (1); and measuring (M5) an exhaust pipe temperature of the exhaust gas (8) with a second temperature sensor (7) downstream of the close-coupled catalyst (1) and upstream of the underfloor catalyst (2); wherein the flow of the heat exchange fluid (4) is controlled by the control unit (5) on the basis of the measured temperatures. Verfahren (M) nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Fluss des Wärmeaustauschfluids (4) von der Regeleinheit (5) derart geregelt wird, dass Wärme von dem motornahen Katalysator (1) zu dem Unterbodenkatalysator (2) übertragen wird im Fall, dass der Motorbetriebszustand Hochlastfahren umfasstProcedure (M) according to Claim 9 or 10 , the flow of the heat exchange fluid (4) being controlled by the control unit (5) in such a way that heat is transferred from the catalytic converter (1) close to the engine to the underbody catalytic converter (2) in the event that the engine operating state includes high-load driving Verfahren (M) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Fluss des Wärmeaustauschfluids (4) von der Regeleinheit (5) derart geregelt wird, dass Wärme von dem Unterbodenkatalysator (2) zu dem motornahen Katalysator (1) übertragen wird im Fall, dass der Motorbetriebszustand einen Wechsel von Hochlastfahren zu zumindest einem von Niedriglastfahren, Leerlauffahren und einer Motor-Aus-Phase umfasst.Method (M) according to one of the Claims 9 to 11 , wherein the flow of the heat exchange fluid (4) is regulated by the control unit (5) such that heat is transferred from the underbody catalytic converter (2) to the close-coupled catalytic converter (1) in the event that the engine operating state changes from high-load driving to at least one of Includes low-load driving, idling and an engine-off phase. Verfahren (M) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der Fluss des Wärmeaustauschfluids (4) von der Regeleinheit (5) derart geregelt wird, dass keine Wärme von dem motornahen Katalysator (1) zu dem Unterbodenkatalysator (2) übertragen wird im Fall, dass der Motorbetriebszustand zumindest eines von einer Motoraufwärmphase und Niedriglastfahren umfasst.Method (M) according to one of the Claims 9 to 12th , the flow of the heat exchange fluid (4) being controlled by the control unit (5) in such a way that no heat is transferred from the catalytic converter (1) close to the engine to the underbody catalytic converter (2) in the event that the engine operating state is at least one of an engine warm-up phase and low-load driving includes.
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