DE102020130839A1 - Method for operating an internal combustion engine with substoichiometric combustion and an exhaust gas aftertreatment device assigned to the internal combustion engine, exhaust gas aftertreatment device, internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment device and motor vehicle - Google Patents

Method for operating an internal combustion engine with substoichiometric combustion and an exhaust gas aftertreatment device assigned to the internal combustion engine, exhaust gas aftertreatment device, internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment device and motor vehicle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (10) und einer der Verbrennungskraftmaschine (10) zugeordneten Abgasnachbehandlungsvorrichtung (20), bei welchem die Verbrennungskraftmaschine (10) bei unterstöchiometrischer Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches betrieben und bei der unterstöchiometrischen Verbrennung gebildetes Abgas (12) einem ersten Katalysator (30) der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (20) zugeführt wird, mittels welchem zumindest in dem Abgas (12) enthaltene Stickoxide reduziert werden, und dem Abgas (12) stromab des ersten Katalysators (30) über eine Einspeisevorrichtung (40) Frischluft (14) zugeführt wird, wodurch ein überstöchiometrisches Abgas-Frischluft-Gemisch (16) gebildet wird, welches einem zweiten Katalysator (50) der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (20) zugeführt wird, mittels welchem zumindest in dem Abgas-Frischluft-Gemisch (16) enthaltenes Kohlenmonoxid und Ammoniak reduziert werden. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung (20), eine Verbrennungskraftmaschine (10) sowie ein Kraftfahrzeug (K).The invention relates to a method for operating an internal combustion engine (10) and an exhaust gas aftertreatment device (20) assigned to the internal combustion engine (10), in which the internal combustion engine (10) is operated with substoichiometric combustion of a fuel-air mixture and exhaust gas ( 12) a first catalytic converter (30) of the exhaust gas aftertreatment device (20), by means of which nitrogen oxides contained at least in the exhaust gas (12) are reduced, and fresh air is fed to the exhaust gas (12) downstream of the first catalytic converter (30) via a feed device (40). (14) is supplied, whereby a hyper-stoichiometric exhaust gas/fresh air mixture (16) is formed, which is fed to a second catalytic converter (50) of the exhaust gas aftertreatment device (20), by means of which carbon monoxide contained at least in the exhaust gas/fresh air mixture (16) is removed and ammonia are reduced. Further aspects of the invention relate to an exhaust gas treatment device (20), an internal combustion engine (10) and a motor vehicle (K).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine und einer der Verbrennungskraftmaschine zugeordneten Abgasnachbehandlungsvorrichtung. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine and an exhaust gas aftertreatment device assigned to the internal combustion engine. Further aspects of the invention relate to an exhaust gas aftertreatment device for an internal combustion engine, an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment device and a motor vehicle with an internal combustion engine.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Betriebsstrategien von ottomotorisch oder dieselmotorisch betriebenen Verbrennungskraftmaschinen, also von Ottomotoren oder Dieselmotoren, bekannt. Einige dieser Betriebsstrategien zielen darauf ab, jeweilige Katalysatoren von den Verbrennungskraftmaschinen zugeordneten Abgasnachbehandlungsvorrichtungen möglichst schnell aufzuheizen. Ottomotoren werden meist (jedoch nicht ausschließlich) stöchiometrisch und damit bei einem Verbrennungsluftverhältnis von λ = 1 betrieben. Moderne Dieselmotoren hingegen werden überstöchiometrisch, und damit sozusagen mager, also bei einem Verbrennungsluftverhältnis von λ > 1 betrieben. Letzteres ist nicht zuletzt den Rußemissionen von Dieselmotoren geschuldet, welche bei einem etwaigen stöchiometrischen oder sogar unterstöchiometrischen Betrieb (λ < 1) von Dieselmotoren unzulässig hoch wären. Zur Einhaltung von stetig strenger werdenden Abgasnormen wird mitunter großer Aufwand betrieben, indem häufig mehrere Katalysatoren mit verschiedenen Funktionen hintereinandergeschaltet werden. Problematisch für die zuverlässige Abgasnachbehandlung kann jedoch beispielsweise der Einsatz von Kraftstoffen mit schwankender Kraftstoffqualität oder eine Serienstreuung von Verbrennungskraftmaschinen und/oder Abgasnachbehandlungsvorrichtungen sein.Various operating strategies for internal combustion engines operated by Otto engines or diesel engines, ie Otto engines or diesel engines, are known from the prior art. Some of these operating strategies are aimed at heating up the respective catalytic converters of the exhaust gas aftertreatment devices assigned to the internal combustion engines as quickly as possible. Gasoline engines are usually (but not exclusively) operated stoichiometrically and thus with a combustion air ratio of λ = 1. Modern diesel engines, on the other hand, are over-stoichiometric and are therefore operated lean, so to speak, i.e. with a combustion air ratio of λ > 1. The latter is not least due to the soot emissions from diesel engines, which would be unacceptably high if diesel engines were operated stoichiometrically or even sub-stoichiometrically (λ < 1). In order to comply with ever more stringent emission standards, a great deal of effort is sometimes expended, in that several catalytic converters with different functions are often connected in series. However, the use of fuels with fluctuating fuel quality or a series distribution of internal combustion engines and/or exhaust gas aftertreatment devices can be problematic for the reliable exhaust gas aftertreatment.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, eine Verbrennungskraftmaschine sowie ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art bereitzustellen, durch welche eine zuverlässige Abgasnachbehandlung erfolgen kann.The object of the present invention is to provide a method, an exhaust gas aftertreatment device, an internal combustion engine and a motor vehicle of the type mentioned at the outset, through which reliable exhaust gas aftertreatment can take place.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8, durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1, by an exhaust gas aftertreatment device having the features of patent claim 8, by an internal combustion engine having the features of patent claim 9 and by a motor vehicle having the features of patent claim 10. Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine und einer der Verbrennungskraftmaschine zugeordneten Abgasnachbehandlungsvorrichtung. Bei diesem Verfahren wird die Verbrennungskraftmaschine bei unterstöchiometrischer Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches betrieben und bei der unterstöchiometrischen Verbrennung gebildetes, insbesondere fettes, Abgas einem ersten Katalysator der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zugeführt. Mittels des ersten Katalysators werden zumindest in dem Abgas enthaltene Stickoxide reduziert. Zudem wird bei dem Verfahren dem Abgas stromab des ersten Katalysators über eine Einspeisevorrichtung Frischluft zugeführt, wodurch ein überstöchiometrisches Abgas-Frischluft-Gemisch gebildet wird. Das überstöchiometrische Abgas-Frischluft-Gemisch wird einem zweiten Katalysator der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zugeführt, mittels welchem zumindest in dem Abgas-Frischluft-Gemisch enthaltenes Kohlenmonoxid und Ammoniak reduziert werden. Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die vorzugsweise ottomotorisch betriebene Verbrennungskraftmaschine dadurch nicht in einem engen Bereich um das stöchiometrische Verbrennungsluftverhältnis betrieben werden muss, um eine wirksame Abgasnachbehandlung beispielsweise durch einen Drei-Wege-Katalysator sicherzustellen, sondern dass das Verfahren auch bei instationären Betriebszuständen, beispielsweise bei einem Beschleunigungsbetrieb oder sogar Volllastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine eine wirksame Schadstoffreduzierung ermöglicht.A first aspect of the invention relates to a method for operating an internal combustion engine and an exhaust gas aftertreatment device assigned to the internal combustion engine. In this method, the internal combustion engine is operated with substoichiometric combustion of a fuel-air mixture, and exhaust gas formed during substoichiometric combustion, in particular rich exhaust gas, is supplied to a first catalytic converter of the exhaust gas aftertreatment device. At least nitrogen oxides contained in the exhaust gas are reduced by means of the first catalytic converter. In addition, in the method, fresh air is supplied to the exhaust gas downstream of the first catalytic converter via a feed device, as a result of which a super-stoichiometric mixture of exhaust gas and fresh air is formed. The super-stoichiometric mixture of exhaust gas and fresh air is fed to a second catalytic converter of the exhaust gas aftertreatment device, by means of which the carbon monoxide and ammonia contained at least in the mixture of exhaust gas and fresh air are reduced. A major advantage of this method is that the internal combustion engine, which is preferably operated as a gasoline engine, does not have to be operated in a narrow range around the stoichiometric combustion air ratio in order to ensure effective exhaust gas aftertreatment, for example using a three-way catalytic converter, but that the method can also be used in transient operating states , Allows for example in an acceleration operation or even full load operation of the internal combustion engine, an effective reduction in emissions.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Verbrennungsluftverhältnis bei konventionellen Betriebsverfahren eines Verbrennungsmotors sehr exakt eingeregelt werden muss, damit der dem Verbrennungsmotor nachgeschaltete Katalysator effizient die Schadstoffe konvertieren kann. Kleinste Abweichungen von einem Soll-Wert des Verbrennungsluftverhältnisses führen dabei schon zu erhöhten Abgasemissionen. Hierzu kann es durch eine nicht exakt passende Vorsteuerung aufgrund einer Serienstreuung, aufgrund von wechselnden Randbedingungen sowie aufgrund einer zukünftigen Kraftstoffdiversität, insbesondere schwankender Qualität des Kraftstoffes und schwankender physikalischer Eigenschaften des Kraftstoffes, kommen. Bei einer Regelung des Verbrennungsmotors muss erst der entstandene Fehler ausgeregelt werden. In dieser Zeit konvertiert der Katalysator nicht ordnungsgemäß und es gelangt eine unzulässig hohe Schadstoffmenge in die Umwelt. Ein weiteres Problem sind dynamische Fahrmanöver und Last- sowie Drehzahlwechsel des Verbrennungsmotors. Dabei kann der für die Konvertierung benötigte Bereich des Verbrennungsluftverhältnisses nicht eingehalten werden. Durch das vorgeschlagene Verfahren zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine und der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, welche der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet ist, können die in Bezug auf die Abgasnachbehandlung beschriebenen Probleme vermieden werden.The invention is based on the knowledge that the combustion air ratio must be regulated very precisely in conventional operating methods of an internal combustion engine so that the catalytic converter connected downstream of the internal combustion engine can efficiently convert the pollutants. Even the smallest deviations from a target value for the combustion air ratio lead to increased exhaust gas emissions. This can occur as a result of an inexactly fitting pilot control due to a series scatter, due to changing boundary conditions and due to future fuel diversity, in particular fluctuating quality of the fuel and fluctuating physical properties of the fuel. When controlling the internal combustion engine, the error that has occurred must first be corrected. During this time, the catalytic converter does not convert properly and an impermissibly high amount of pollutants is released into the environment. Another problem are dynamic driving maneuvers and changes in load and speed of the combustion engine. In this case, the combustion air ratio range required for the conversion cannot be maintained. The proposed method for operating the internal combustion engine and the Exhaust gas after-treatment device, which is assigned to the internal combustion engine, the problems described in relation to the exhaust gas after-treatment can be avoided.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden also zwei Katalysatoren, nämlich der erste Katalysator und der zweite Katalysator nacheinander geschaltet, wobei der erste Katalysator fett und der zweite Katalysator mager betrieben wird. Mit anderen Worten wird also der erste Katalysator mit dem durch unterstöchiometrische Verbrennung gebildeten und damit „fetten“ Abgas beaufschlagt, wohingegen der zweite Katalysator mit dem überstöchiometrischen und damit „mageren“ Abgas-Frischluft-Gemisch beaufschlagt wird. Die Verbrennungskraftmaschine kann so fett betrieben werden, dass in jedem Fall ein fettes Gemisch am ersten Katalysator ankommen kann. Nach dem ersten Katalysator, also stromab des ersten Katalysators und vor dem zweiten Katalysator, also stromauf des zweiten Katalysators kann anhand der Einspeisevorrichtung so viel Frischluft eingespeist werden, dass in jedem Fall das Abgas-Frischluft-Gemisch als mageres Gemisch am zweiten Katalysator ankommen kann. Dabei kann so wenig Frischluft wie nötig anhand der Einspeisevorrichtung dem Abgas zugemischt, also eingespeist werden. Während der erste Katalysator die NOx-Emissionen, also die Stickoxid-Emissionen reduzieren kann ist anhand des zweiten Katalysators die Reduzierung der CO- Emissionen, auch Kohlenmonoxid-Emissionen genannt, sowie der NH3-Emissionen, auch Ammoniak-Emissionen genannt, ermöglicht.In the proposed method, two catalytic converters, namely the first catalytic converter and the second catalytic converter, are switched in succession, the first catalytic converter being operated rich and the second catalytic converter lean. In other words, the first catalytic converter is subjected to the exhaust gas formed by under-stoichiometric combustion and is therefore “rich”, whereas the second catalytic converter is exposed to the over-stoichiometric and therefore “lean” exhaust gas/fresh air mixture. The internal combustion engine can be operated so richly that a rich mixture can arrive at the first catalytic converter in any case. After the first catalytic converter, i.e. downstream of the first catalytic converter and before the second catalytic converter, i.e. upstream of the second catalytic converter, so much fresh air can be fed in using the feed device that the exhaust gas/fresh air mixture can arrive at the second catalytic converter as a lean mixture in any case. As little fresh air as necessary can be mixed with the exhaust gas using the feed device, i.e. fed in. While the first catalytic converter can reduce NOx emissions, i.e. nitrogen oxide emissions, the second catalytic converter makes it possible to reduce CO emissions, also known as carbon monoxide emissions, and NH3 emissions, also known as ammonia emissions.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden mittels des ersten Katalysators im Abgas enthaltene Kohlenwasserstoffe reduziert. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine besonders umfassende und wirksame Abgasnachbehandlung anhand des ersten Katalysators erfolgen kann.In an advantageous development of the invention, hydrocarbons contained in the exhaust gas are reduced by means of the first catalytic converter. This is advantageous because it allows a particularly comprehensive and effective exhaust gas aftertreatment using the first catalytic converter.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden mittels des zweiten Katalysators im Abgas-Frischluft-Gemisch enthaltene Kohlenwasserstoffe reduziert. Dies ist von Vorteil, da hierdurch ein etwaiges Entweichen von Kohlenwasserstoffen an die Umwelt anhand des zweiten Katalysators besonders wirksam unterbunden werden kann.In a further advantageous development of the invention, hydrocarbons contained in the mixture of exhaust gas and fresh air are reduced by means of the second catalytic converter. This is advantageous since any escape of hydrocarbons into the environment can be particularly effectively prevented by means of the second catalytic converter.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Frischluft dem Abgas anhand einer Strahlpumpe der Einspeisevorrichtung zugeführt. Von Vorteil ist hierbei, dass die Strahlpumpe einen einfachen Aufbau aufweist und dadurch besonders robust ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das der Strahlpumpe zuführbare Abgas als Treibmedium dienen kann und eine Menge an zugeführter Frischluft durch die Strahlpumpe aufwandsarm durch die Menge des Abgases und damit sozusagen automatisch abhängig von dieser Menge eingestellt werden kann.In a further advantageous development of the invention, the fresh air is supplied to the exhaust gas using a jet pump of the feed device. The advantage here is that the jet pump has a simple structure and is therefore particularly robust. A further advantage is that the exhaust gas that can be fed to the jet pump can serve as a driving medium and a quantity of fresh air supplied by the jet pump can be set with little effort by the quantity of exhaust gas and thus, so to speak, automatically as a function of this quantity.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist stromab der Strahlpumpe ein Diffusor der Einspeisevorrichtung angeordnet, durch welchen das Abgas-Frischluft-Gemisch geführt wird. Dieser Diffusor kann einen weiteren Druckanstieg des Abgas-Frischluft-Gemisches bewirken und zudem zu einer verbesserten Durchmischung des Abgas-Frischluft-Gemisches führen.In a further advantageous development of the invention, a diffuser of the feed device is arranged downstream of the jet pump, through which diffuser the exhaust gas/fresh air mixture is guided. This diffuser can bring about a further increase in the pressure of the exhaust gas/fresh air mixture and also lead to improved mixing of the exhaust gas/fresh air mixture.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Verbrennungskraftmaschine in einem von einem Kaltstartbetrieb verschiedenen Betriebszustand bei unterstöchiometrischer Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches betrieben. Dadurch ist die Abgasnachbehandlung in vorteilhafter Weise in einem besonders großen Betriebsbereich, insbesondere Kennfeldbereich, der Verbrennungskraftmaschine sichergestellt.In a further advantageous development of the invention, the internal combustion engine is operated in an operating state that differs from cold-start operation with substoichiometric combustion of the fuel-air mixture. As a result, the exhaust gas aftertreatment is advantageously ensured in a particularly large operating range, in particular the map range, of the internal combustion engine.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Verbrennungskraftmaschine in einem von einem Volllastbetrieb und/oder Beschleunigungsbetrieb verschiedenen Betriebszustand bei unterstöchiometrischer Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches betrieben. Der Beschleunigungsbetrieb entspricht dabei einem Betriebszustand, bei welchem eine Beschleunigungsanreicherung und damit eine Verbrennung von fettem (unterstöchiometrischem) Kraftstoff-Luft-Gemisch zur Beschleunigung einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine erfolgen kann. Dies erweitert die Wirksamkeit der Abgasnachbehandlung in vorteilhafter Weise auf einen besonders großen Betriebsbereich, insbesondere Kennfeldbereich, der Verbrennungskraftmaschine.In a further advantageous development of the invention, the internal combustion engine is operated in an operating state that differs from full-load operation and/or acceleration operation with substoichiometric combustion of the fuel-air mixture. Accelerated operation corresponds to an operating state in which acceleration enrichment and thus combustion of a rich (sub-stoichiometric) fuel-air mixture can take place to accelerate a crankshaft of the internal combustion engine. This expands the effectiveness of the exhaust gas aftertreatment in an advantageous manner to a particularly large operating range, in particular the map range, of the internal combustion engine.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem ersten Katalysator, welcher dazu ausgebildet ist, zumindest in durch die Verbrennungskraftmaschine bei deren Betrieb bei unterstöchiometrischer Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches gebildetem Abgas enthaltene Stickoxide zu reduzieren. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung umfasst zudem eine Einspeisevorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, dem Abgas stromab des ersten Katalysators Frischluft zuzuführen und dadurch ein überstöchiometrisches Abgas-Frischluft-Gemisch zu bilden. Ein zweiter Katalysator der Abgasnachbehandlungsvorrichtung ist dazu ausgebildet zumindest in dem Abgas-Frischluft-Gemisch enthaltenes Kohlenmonoxid und Ammoniak zu reduzieren. Durch diese Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann eine besonders zuverlässige Abgasnachbehandlung erfolgen.A second aspect of the invention relates to an exhaust gas aftertreatment device for an internal combustion engine, having a first catalytic converter which is designed to reduce at least the nitrogen oxides contained in exhaust gas formed by the internal combustion engine when it is operated with substoichiometric combustion of a fuel-air mixture. The exhaust gas aftertreatment device also includes a feed device, which is designed to supply fresh air to the exhaust gas downstream of the first catalytic converter and thereby to form a super-stoichiometric mixture of exhaust gas and fresh air. A second catalytic converter of the exhaust gas aftertreatment device is designed to reduce at least the carbon monoxide and ammonia contained in the exhaust gas/fresh air mixture. A particularly reliable exhaust gas aftertreatment can take place with this exhaust gas aftertreatment device.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Diese Kombination aus Verbrennungskraftmaschine und Abgasnachbehandlungsvorrichtung ermöglicht eine besonders zuverlässige Abgasnachbehandlung.A third aspect of the invention relates to an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment device according to the second aspect of the invention. This combination of internal combustion engine and exhaust gas aftertreatment device enables particularly reliable exhaust gas aftertreatment.

Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung. Dieses Kraftfahrzeug emittiert Abgase mit besonders geringem Schadstoffanteil.A fourth aspect of the invention relates to a motor vehicle with an internal combustion engine according to the third aspect of the invention. This motor vehicle emits exhaust gases with a particularly low proportion of pollutants.

Die in Bezug auf einen der Aspekte vorgestellten, bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die jeweils anderen Aspekte der Erfindung und umgekehrt.The preferred embodiments presented in relation to one of the aspects and their advantages apply correspondingly to the respective other aspects of the invention and vice versa.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention result from the claims, the following description of preferred embodiments and with reference to the drawings.

Im Folgenden ist die Erfindung noch einmal anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierzu zeigt die einzige 1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, welche einem stark abstrahiert dargestellten Kraftfahrzeug zugeordnet sind.The invention is explained again below using a specific exemplary embodiment. For this shows the only 1 a schematic representation of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment device, which are associated with a highly abstract motor vehicle shown.

Die einzige 1 zeigt in stark abstrahierter Darstellung ein Kraftfahrzeug K mit einer Verbrennungskraftmaschine 10. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 20 mit einem ersten Katalysator 30, welcher dazu ausgebildet ist, zumindest in durch die Verbrennungskraftmaschine 10 bei deren Betrieb bei unterstöchiometrischer Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches gebildetem Abgas 12 enthaltene Stickoxide zu reduzieren. Zwischen dem ersten Katalysator 30 und der Verbrennungskraftmaschine 10 ist ein der Verbrennungskraftmaschine zugeordneter Abgasturbolader 18 vorgesehen, von welchem vorliegend lediglich eine Turbine schematisch gezeigt ist. Die Turbine ist mit einem nicht weiter gezeigten Verdichter des Abgasturboladers gekoppelt. Anhand des Verdichters kann der Verbrennungskraftmaschine 10 verdichtete Luft, welche zum Verbrennen von Kraftstoff unter Bildung des Abgases 12 genutzt wird, zugeführt werden. Die Turbine wird beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 mit dem Abgas 12 beaufschlagt, bevor das Abgas an und in den ersten Katalysator 30 gelangt. Mittels des ersten Katalysators 30 können auch im Abgas 12 enthaltene Kohlenwasserstoffe reduziert werden.The only 1 shows a highly abstract representation of a motor vehicle K with an internal combustion engine 10. The internal combustion engine 10 includes an exhaust gas aftertreatment device 20 with a first catalytic converter 30, which is designed to be formed at least in the internal combustion engine 10 during its operation with substoichiometric combustion of a fuel-air mixture To reduce exhaust gas 12 contained nitrogen oxides. Provided between the first catalytic converter 30 and the internal combustion engine 10 is an exhaust gas turbocharger 18 assigned to the internal combustion engine, of which only a turbine is shown schematically in the present case. The turbine is coupled to a not shown compressor of the exhaust gas turbocharger. Using the compressor, the internal combustion engine 10 can be supplied with compressed air, which is used to burn fuel to form the exhaust gas 12 . During the operation of internal combustion engine 10 , exhaust gas 12 is applied to the turbine before the exhaust gas reaches first catalytic converter 30 . Hydrocarbons contained in the exhaust gas 12 can also be reduced by means of the first catalytic converter 30 .

Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 20 umfasst zudem eine Einspeisevorrichtung 40, welche dazu ausgebildet ist, dem Abgas 12 stromab des ersten Katalysators 30 Frischluft 14 zuzuführen und dadurch ein überstöchiometrisches Abgas-Frischluft-Gemisch 16 zu bilden. Die Frischluft 14 kann dem Abgas 12 anhand einer Strahlpumpe 42 der Einspeisevorrichtung 40 zugeführt werden. Die Strahlpumpe 42 kann die Frischluft 14 hierzu einsaugen und dem Abgas 12 zuführen.The exhaust gas aftertreatment device 20 also includes a feed device 40 which is designed to supply fresh air 14 to the exhaust gas 12 downstream of the first catalytic converter 30 and thereby to form a super-stoichiometric exhaust gas/fresh air mixture 16 . The fresh air 14 can be fed to the exhaust gas 12 using a jet pump 42 of the feed device 40 . For this purpose, the jet pump 42 can draw in the fresh air 14 and feed it to the exhaust gas 12 .

Außerdem umfasst die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 20 einen zweiten Katalysator 50, welcher dazu ausgebildet ist zumindest in dem Abgas-Frischluft-Gemisch 16 enthaltenes Kohlenmonoxid und Ammoniak zu reduzieren. Mittels des zweiten Katalysators 50 können auch im Abgas-Frischluft-Gemisch 16 enthaltene Kohlenwasserstoffe reduziert werden.In addition, the exhaust gas aftertreatment device 20 includes a second catalytic converter 50 which is designed to reduce at least the carbon monoxide and ammonia contained in the exhaust gas/fresh air mixture 16 . Hydrocarbons contained in the exhaust gas/fresh air mixture 16 can also be reduced by means of the second catalytic converter 50 .

Die Strahlpumpe 42 ist stromab des ersten Katalysators 30 und stromauf des zweiten Katalysators 50 angeordnet. Stromab der Strahlpumpe 42 und stromauf des zweiten Katalysators 50 ist ein Diffusor 44 der Einspeisevorrichtung 40 angeordnet, durch welchen das Abgas-Frischluft-Gemisch 16 geführt wird, bevor es zum zweiten Katalysator 50 gelangt.The jet pump 42 is arranged downstream of the first catalytic converter 30 and upstream of the second catalytic converter 50 . A diffuser 44 of the feed device 40 is arranged downstream of the jet pump 42 and upstream of the second catalytic converter 50 , through which the exhaust gas/fresh air mixture 16 is guided before it reaches the second catalytic converter 50 .

Aus dem zweiten Katalysator 50 tritt ein besonders schadstoffarmes, und damit gereinigtes Abgas-Frischluft-Gemisch 13 aus, welches an die Umwelt abgegeben wird.A particularly low-emission, and thus cleaned, exhaust gas/fresh air mixture 13 exits the second catalytic converter 50 and is released into the environment.

Durch den unterstöchiometrischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 und die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 20 wird sichergestellt, dass auch bei instationärem, und damit dynamischem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 sowie bei einer Nutzung von Kraftstoff, welcher einer (zukünftigen) Kraftstoffdiversität unterworfen ist, die Schadstoffe wirksam aus dem Abgas 12 und dem Abgas-Frischluft-Gemisch 16 entfernt werden.The sub-stoichiometric operation of internal combustion engine 10 and exhaust gas aftertreatment device 20 ensures that even during transient, and thus dynamic operation of internal combustion engine 10 and when using fuel that is subject to (future) fuel diversity, the pollutants are effectively removed from exhaust gas 12 and the exhaust gas-fresh air mixture 16 are removed.

Die Verbrennungskraftmaschine 10 kann allgemein in einem von einem Kaltstartbetrieb verschiedenen Betriebszustand bei unterstöchiometrischer Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches betrieben werden. Außerdem kann die Verbrennungskraftmaschine 10 in einem von einem Volllastbetrieb und/oder Beschleunigungsbetrieb verschiedenen Betriebszustand bei unterstöchiometrischer Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches betrieben werden.The internal combustion engine 10 can generally be operated in an operating state that differs from cold-start operation with substoichiometric combustion of the fuel-air mixture. In addition, the internal combustion engine 10 can differ from full-load operation and/or acceleration operation which are operated with substoichiometric combustion of the fuel-air mixture.

Denkbar ist es also, die Verbrennungskraftmaschine ausschließlich fett, also bei der unterstöchiometrischen Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu betreiben.It is therefore conceivable to operate the internal combustion engine exclusively rich, ie with substoichiometric combustion of the fuel-air mixture.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Verbrennungskraftmaschineinternal combustion engine
1212
Abgasexhaust
1313
gereinigtes Abgas-Frischluft-Gemischcleaned exhaust gas/fresh air mixture
1414
Frischluftfresh air
1616
Abgas-Frischluft-Gemischexhaust gas/fresh air mixture
1818
Abgasturboladerexhaust gas turbocharger
2020
Abgasnachbehandlungsvorrichtungexhaust aftertreatment device
3030
erster Katalysatorfirst catalyst
4040
Einspeisevorrichtungfeeding device
4242
Strahlpumpejet pump
4444
Diffusordiffuser
5050
zweiter Katalysatorsecond catalyst
KK
Kraftfahrzeugmotor vehicle

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (10) und einer der Verbrennungskraftmaschine (10) zugeordneten Abgasnachbehandlungsvorrichtung (20), bei welchem - die Verbrennungskraftmaschine (10) bei unterstöchiometrischer Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches betrieben und bei der unterstöchiometrischen Verbrennung gebildetes Abgas (12) einem ersten Katalysator (30) der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (20) zugeführt wird, mittels welchem zumindest in dem Abgas (12) enthaltene Stickoxide reduziert werden, und - dem Abgas (12) stromab des ersten Katalysators (30) über eine Einspeisevorrichtung (40) Frischluft (14) zugeführt wird, wodurch ein überstöchiometrisches Abgas-Frischluft-Gemisch (16) gebildet wird, welches einem zweiten Katalysator (50) der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (20) zugeführt wird, mittels welchem zumindest in dem Abgas-Frischluft-Gemisch (16) enthaltenes Kohlenmonoxid und Ammoniak reduziert werden.Method for operating an internal combustion engine (10) and an exhaust gas aftertreatment device (20) assigned to the internal combustion engine (10), in which - the internal combustion engine (10) is operated with substoichiometric combustion of a fuel-air mixture and exhaust gas (12) formed during the substoichiometric combustion is fed to a first catalytic converter (30) of the exhaust gas aftertreatment device (20), by means of which at least one contained in the exhaust gas (12). Nitrogen oxides are reduced, and - Fresh air (14) is fed to the exhaust gas (12) downstream of the first catalytic converter (30) via a feed device (40), whereby a more than stoichiometric exhaust gas/fresh air mixture (16) is formed, which is fed to a second catalytic converter (50) of the exhaust gas aftertreatment device ( 20) is supplied, by means of which carbon monoxide and ammonia contained at least in the exhaust gas/fresh air mixture (16) are reduced. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des ersten Katalysators (30) im Abgas (12) enthaltene Kohlenwasserstoffe reduziert werden.procedure after claim 1 , characterized in that hydrocarbons contained in the exhaust gas (12) are reduced by means of the first catalytic converter (30). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des zweiten Katalysators (50) im Abgas-Frischluft-Gemisch (16) enthaltene Kohlenwasserstoffe reduziert werden.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that hydrocarbons contained in the exhaust gas/fresh air mixture (16) are reduced by means of the second catalytic converter (50). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frischluft (14) dem Abgas (12) anhand einer Strahlpumpe (42) der Einspeisevorrichtung (40) zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fresh air (14) is supplied to the exhaust gas (12) by means of a jet pump (42) of the feed device (40). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass stromab der Strahlpumpe (42) ein Diffusor (44) der Einspeisevorrichtung (40) angeordnet ist, durch welchen das Abgas-Frischluft-Gemisch (16) geführt wird.procedure after claim 4 , characterized in that downstream of the jet pump (42) a diffuser (44) of the feed device (40) is arranged, through which the exhaust gas-fresh air mixture (16) is guided. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (10) in einem von einem Kaltstartbetrieb verschiedenen Betriebszustand bei unterstöchiometrischer Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches betrieben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine (10) is operated in an operating state which differs from cold-start operation with substoichiometric combustion of the fuel-air mixture. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (10) in einem von einem Volllastbetrieb und/oder Beschleunigungsbetrieb verschiedenen Betriebszustand bei unterstöchiometrischer Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches betrieben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine (10) is operated in an operating state other than full-load operation and/or acceleration operation with substoichiometric combustion of the fuel-air mixture. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (20) für eine Verbrennungskraftmaschine (10), mit einem ersten Katalysator (30), welcher dazu ausgebildet ist, zumindest in durch die Verbrennungskraftmaschine (10) bei deren Betrieb bei unterstöchiometrischer Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches gebildetem Abgas (12) enthaltene Stickoxide zu reduzieren, mit einer Einspeisevorrichtung (40), welche dazu ausgebildet ist, dem Abgas (12) stromab des ersten Katalysators (30) Frischluft (14) zuzuführen und dadurch ein überstöchiometrisches Abgas-Frischluft-Gemisch (16) zu bilden, und mit einem zweiten Katalysator (50), welcher dazu ausgebildet ist zumindest in dem Abgas-Frischluft-Gemisch (16) enthaltenes Kohlenmonoxid und Ammoniak zu reduzieren.Exhaust gas aftertreatment device (20) for an internal combustion engine (10), with a first catalytic converter (30) which is designed to contain at least the exhaust gas (12) formed by the internal combustion engine (10) during its operation with substoichiometric combustion of a fuel-air mixture to reduce nitrogen oxides, with a feed device (40) which is designed to supply fresh air (14) to the exhaust gas (12) downstream of the first catalytic converter (30) and thereby to form a super-stoichiometric exhaust gas/fresh air mixture (16), and with a second catalytic converter (50) which is designed to reduce carbon monoxide and ammonia contained at least in the exhaust gas/fresh air mixture (16). Verbrennungskraftmaschine (10) mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung (20) nach Anspruch 8.Internal combustion engine (10) with an exhaust gas aftertreatment device (20). claim 8 . Kraftfahrzeug (K) mit einer Verbrennungskraftmaschine (10) nach Anspruch 9.Motor vehicle (K) with an internal combustion engine (10). claim 9 .
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