DE102021004145A1 - Exhaust system for an internal combustion engine of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (12) eines Kraftfahrzeugs, mit einer Hochdruck-Abgasrückführung (16), welche eine erste Abgasrückführleitung (18) zum Rückführen von die Abgasanlage (10) durchströmendem Abgas der Verbrennungskraftmaschine (12) aufweist, mit einem ersten Dosierelement (34), mittels welchem an einer stromab der ersten Abgasrückführleitung (18) angeordneten, ersten Einbringstelle (EB1) ein Reduktionsmittel zum Entsticken des Abgases in das die Abgasanlage (10) durchströmende Abgas einbringbar ist, und mit einem stromab der ersten Einbringstelle (EB1) angeordneten und von dem Abgas antreibbaren Turbinenrad (26) einer Turbine (24) für einen Abgasturbolader (22).The invention relates to an exhaust system (10) for an internal combustion engine (12) of a motor vehicle, with a high-pressure exhaust gas recirculation system (16) which has a first exhaust gas recirculation line (18) for recirculating exhaust gas from the internal combustion engine (12) flowing through the exhaust system (10). with a first dosing element (34), by means of which a reducing agent for denitrating the exhaust gas can be introduced into the exhaust gas flowing through the exhaust system (10) at a first introduction point (EB1) arranged downstream of the first exhaust gas recirculation line (18), and with a downstream of the first Introduction point (EB1) arranged and driven by the exhaust gas turbine wheel (26) of a turbine (24) for an exhaust gas turbocharger (22).
Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine of a motor vehicle, in particular a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.
Eine solche Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, ist beispielsweise bereits der
Des Weiteren offenbart die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasanlage der eingangs genannten Art zu verbessern.The object of the present invention is to improve an exhaust system of the type mentioned at the outset.
Diese Aufgabe wird durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben. Um eine Abgasanlage der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu verbessern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Abgasanlage eine stromab des Turbinenrads angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung aufweist, welche einen Partikelfilter aufweist. Mittels des Partikelfilters können im die Abgasanlage durchströmenden Abgas enthaltene Partikel, insbesondere Rußpartikel, aus dem Abgas herausgefiltert werden. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst ferner wenigstens eine für eine selektive katalytische Reduktion (SCR) zum Entsticken des Abgases katalytisch wirksame Katalysatorbeschichtung. Unter dem Entsticken des Abgases ist zu verstehen, dass im Abgas enthaltene Stickoxide (NOx) zumindest teilweise aus dem Abgas entfernt werden. Hierzu reagieren die im Abgas enthaltenen Stickoxide im Rahmen der selektiven katalytischen Reduktion mit beispielsweise von dem Reduktionsmittel bereitgestelltem Ammoniak zu Stickstoff und Wasser, wodurch die an der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) teilnehmenden Stickoxide aus dem Abgas entfernt werden.This problem is solved by an exhaust system with the features of patent claim 1 . Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims. In order to improve an exhaust system of the type specified in the preamble of patent claim 1, the invention provides that the exhaust system has an exhaust gas aftertreatment device which is arranged downstream of the turbine wheel and has a particle filter. By means of the particle filter, particles contained in the exhaust gas flowing through the exhaust system, in particular soot particles, can be filtered out of the exhaust gas. The exhaust gas aftertreatment device also includes at least one catalytically effective catalyst coating for selective catalytic reduction (SCR) for denitrification of the exhaust gas. Denitrification of the exhaust gas means that nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas are at least partially removed from the exhaust gas. For this purpose, the nitrogen oxides contained in the exhaust gas react as part of the selective catalytic reduction with ammonia provided by the reducing agent, for example, to form nitrogen and water, as a result of which the nitrogen oxides participating in the selective catalytic reduction (SCR) are removed from the exhaust gas.
Die Abgasanlage umfasst außerdem eine Niederdruck-Abgasrückführung (ND-AGR), welche eine stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete, zweite Abgasrückführleitung zum Rückführen von die Abgasanlage durchströmendem Abgas aufweist. Des Weiteren umfasst die Abgasanlage ein zweites Dosierelement, mittels welchem an einer stromab der zweiten Abgasrückführleitung angeordneten, zweiten Einbringstelle ein Reduktionsmittel zum Entsticken des Abgases in das die Abgasanlage durchströmende Abgas einbringbar ist. Bei dem Reduktionsmittel, welches an der zweiten Einbringstelle mittels des zweiten Dosierelements in das Abgas einbringbar ist, kann es sich um das gleiche Reduktionsmittel handeln, welches mittels des ersten Dosierelements an der ersten Einbringstelle in das Abgas einbringbar ist. Beispielsweise ist das an der jeweiligen Einbringstelle in das Abgas einbringbare Reduktionsmittel eine wässrige Harnstofflösung, welche das zuvor genannte Ammoniak bereitstellen kann.The exhaust system also includes a low-pressure exhaust gas recirculation system (LP-EGR), which has a second exhaust gas recirculation line, arranged downstream of the exhaust gas aftertreatment device, for recirculating exhaust gas flowing through the exhaust system. The exhaust system also includes a second dosing element, by means of which a reducing agent for denitrating the exhaust gas can be introduced into the exhaust gas flowing through the exhaust system at a second introduction point arranged downstream of the second exhaust gas recirculation line. The reducing agent that can be introduced into the exhaust gas at the second introduction point by means of the second dosing element can be the same reducing agent that can be introduced into the exhaust gas at the first introduction point by means of the first dosing element. For example, the reducing agent that can be introduced into the exhaust gas at the respective introduction point is an aqueous urea solution, which can provide the aforementioned ammonia.
Die Abgasanlage weist außerdem einen stromab der zweiten Einbringstelle angeordneten SCR-Katalysator auf, welcher für die zuvor beschriebene SCR zum Entsticken des Abgases katalytisch wirksam ist. Da der SCR-Katalysator in Strömungsrichtung des die Abgasanlage durchströmenden Abgases stromab der Katalysatorbeschichtung angeordnet ist, ist die Katalysatorbeschichtung eine motornahe Katalysatorbeschichtung, wobei der SCR-Katalysator ein motorferner SCR-Katalysator ist. Beispielsweise sind die Verbrennungskraftmaschine und die Abgasnachbehandlungseinrichtung und somit die Katalysatorbeschichtung in einem gemeinsamen Motorraum des Kraftfahrzeugs angeordnet, wobei der Motorraum beispielsweise durch einen insbesondere als selbsttragende Karosserie ausgebildeten Aufbau des Kraftfahrzeugs zumindest teilweise begrenzt ist. Diesbezüglich ist beispielsweise der SCR-Katalysator ein Unterboden-Katalysator (UB-Katalysator), der beispielsweise in Fahrzeughochrichtung unterhalb eines Bodens des Aufbaus angeordnet ist, insbesondere derart, dass der SCR-Katalysator in Fahrzeughochrichtung nach oben hin durch den Boden überlappt ist. Durch den Boden ist der auch als Fahrgastzelle oder Fahrgastraum bezeichnete Innenraum des Aufbaus und somit des Kraftfahrzeugs in Fahrzeughochrichtung nach unten hin begrenzt.The exhaust system also has an SCR catalytic converter which is arranged downstream of the second introduction point and is catalytically active for the previously described SCR for denitrification of the exhaust gas. Since the SCR catalytic converter is arranged downstream of the catalytic converter coating in the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust system, the catalytic converter coating is a catalytic converter coating close to the engine, with the SCR catalytic converter being an SCR catalytic converter remote from the engine. For example, the internal combustion engine and the exhaust gas aftertreatment device and thus the catalyst coating are arranged in a common engine compartment of the motor vehicle, the engine compartment being at least partially delimited, for example, by a structure of the motor vehicle designed in particular as a self-supporting body. In this regard, the SCR catalytic converter is, for example, an underfloor catalytic converter (UB catalytic converter), which is arranged, for example, in the vehicle vertical direction below a floor of the body, in particular in such a way that the SCR catalytic converter is overlapped in the vehicle vertical direction upwards by the floor. The interior of the body, also referred to as the passenger cell or passenger compartment, and thus of the motor vehicle, is delimited downwards in the vertical direction of the vehicle by the floor.
Mittels der Abgasanlage kann das Abgas besonders vorteilhaft nachbehandelt werden, insbesondere bei und/oder kurz nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine. Somit kann durch die Erfindung ein besonders vorteilhaftes Kaltstartverhalten dargestellt werden. Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Kenntnisse und Überlegungen zugrunde:
- Aufgrund immer anspruchsvoller gestalteter Emissionsgrenzwerte einhergehend mit neuen Anforderungen bezüglich Realemission (RDE - Real Drive Emission) wird es immer entscheidender, dass Systeme zur Abgasreinigung sowohl bei tiefen Temperaturen und vor allem in einem Startfall maximale Reinigungseffizienz aufweisen. Deshalb gibt es den Trend, entsprechende Abgasnachbehandlungskonzepte möglichst motornah unterzubringen, um das dortige höhere Temperaturniveau zu nutzen. Zusätzlich werden Heizeinrichtungen wie Brennersysteme und/oder elektrisch beheizbare Komponenten vorgeschlagen. Prinzipiell lassen sich mithilfe dieser Maßnahmen deutliche Verbesserungen erzielen, aber die Komplexität dieser Systeme ist zunehmend schwieriger umsetzbar, die konstruktive Umsetzung ist oft entweder nicht oder nur mit großen Einschränkungen möglich, und die anfallenden Zusatzkosten reduzieren deutlich die Wirtschaftlichkeit dieser Antriebskonzepte. Auch die Aufbereitung des Reduktionsmittels insbesondere durch Thermolyse und/oder Hydrolyse benötigt ausreichend hohe Temperaturen für eine vorteilhafte Funktion und deshalb sollten die auch als Eindosierstellen bezeichneten Einbringstellen ebenfalls möglichst motornah angebracht sein. Dies kann durch die Erfindung realisiert werden. Um den oben beschriebenen Problemstellungen zu begegnen und ein gegenüber herkömmlichen Lösungen verbessertes Abgasnachbehandlungssystem zu realisieren, ist vorzugsweise die erste Einbringstelle besonders nahe an der Verbrennungskraftmaschine und insbesondere direkt an einem Motorauslass der Verbrennungskraftmaschine und dabei stromab der ersten Abgasrückführleitung angeordnet. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die erste Abgasrückführleitung an einer Abzweigstelle fluidisch mit einem von dem Abgas durchströmbaren Rohr der Abgasanlage verbunden ist, sodass an der Abzweigstelle mittels der ersten Abgasrückführleitung zumindest ein Teil des das Rohr durchströmenden Abgases aus dem Rohr abzweigbar und insbesondere zu einem Einlasstrakt der Verbrennungskraftmaschine rückführbar ist. Somit ist das erste Dosierelement stromab der Abzweigstelle angeordnet.
- Due to increasingly demanding emission limit values combined with new requirements regarding real emissions (RDE - Real Drive Emission), it is becoming increasingly important that systems for exhaust gas cleaning have maximum cleaning efficiency both at low temperatures and especially in a starting case. Therefore, there is a trend towards accommodating corresponding exhaust aftertreatment concepts as close as possible to the engine in order to use the higher temperature level there. In addition, heating devices such as burner systems and/or electrically heatable components are proposed. In principle, significant improvements can be achieved with the help of these measures, but the complexity of these systems is becoming increasingly difficult to implement, the constructive implementation is often either not possible or only possible with major restrictions, and the additional costs incurred significantly reduce the profitability of these drive concepts. The processing of the reducing agent, in particular by thermolysis and/or hydrolysis, also requires sufficiently high temperatures for an advantageous function and therefore the injection points, also referred to as metering points, should also be attached as close as possible to the engine. This can be realized by the invention. In order to address the problems described above and to implement an exhaust gas aftertreatment system that is improved compared to conventional solutions, the first introduction point is preferably arranged particularly close to the internal combustion engine and in particular directly at an engine outlet of the internal combustion engine and thereby downstream of the first exhaust gas recirculation line. This means in particular that the first exhaust gas recirculation line is fluidly connected at a branch point to a pipe of the exhaust system through which the exhaust gas can flow, so that at the branch point, at least part of the exhaust gas flowing through the pipe can be branched off from the pipe by means of the first exhaust gas recirculation line, and in particular to one Intake tract of the internal combustion engine is traceable. Thus, the first dosing element is arranged downstream of the branching point.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. 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.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawing. 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.
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 eine schematische Darstellung einer Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens; und -
2 eine schematische Darstellung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung der Abgasanlage.
-
1 a schematic representation of an exhaust system for an internal combustion engine of a motor vehicle, in particular a motor vehicle; and -
2 a schematic representation of an exhaust aftertreatment device of the exhaust system.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figures.
Die Abgasanlage 10 weist eine Hochdruck-Abgasrückführung 16 auf, welche eine erste Abgasrückführleitung 18 aufweist. Die erste Abgasrückführleitung 18 wird auch als erste Rückführleitung bezeichnet. Die Verbrennungskraftmaschine 12 weist auch einen von Luft durchströmbaren Einlasstrakt 20 auf, mittels welchem die den Einlasstrakt 20 durchströmende Luft zu den und in die Zylinder 14 geführt wird. Dabei ist ein Abgasturbolader 22 vorgesehen, welcher eine Turbine 24 mit einem Turbinenrad 26 und einen Verdichter 28 mit einem Verdichterrad 30 aufweist. Der Verdichter 28 und somit das Verdichterrad 30 sind in dem Einlasstrakt 20 angeordnet, sodass mittels des Verdichterrads 30 die den Einlasstrakt 20 durchströmende Luft verdichtet werden kann. Die Turbine 24 und somit das Turbinenrad 26 sind in der Abgasanlage 10, insbesondere in einem von dem Abgas durchströmbaren und einfach auch als Rohr bezeichneten Abgasrohr 32 der Abgasanlage 10, angeordnet. Das Turbinenrad 26 ist von dem die Abgasanlage 10 und somit das Abgasrohr 32 durchströmenden Abgas antreibbar.The
Die erste Abgasrückführleitung 18 ist an einer ersten Abzweigstelle A1 fluidisch mit dem Abgasrohr 32 verbunden. Außerdem ist die erste Abgasrückführleitung 18 an einer ersten Einleitstelle E1 fluidisch mit dem Einlasstrakt 20 verbunden. Die Einleitstelle E1 ist in Strömungsrichtung der den Einlasstrakt 20 durchströmenden Luft stromauf der Zylinder 14 und stromab des Verdichterrads 30 angeordnet. Die Abzweigstelle A1 ist in Strömungsrichtung des die Abgasanlage 10 und somit das Abgasrohr 32 durchströmenden Abgases stromab der Zylinder 14 angeordnet. An der Abzweigstelle A1 kann mittels der Abgasrückführleitung 18 zumindest ein Teil des das Abgasrohr 32 durchströmenden Abgases aus dem Abgasrohr 32 abgezweigt und in die Abgasrückführleitung 18 eingeleitet werden. Das mittels der Abgasrückführleitung 18 an der Abzweigstelle A1 abgezweigte Abgas kann die Abgasrückführleitung 18 durchströmen. An der Einleitstelle E1 kann das die Abgasrückführleitung 18 durchströmende Abgas aus der Abgasrückführleitung 18 ausströmen und in den Einlasstrakt 20 einströmen. Unter dem Merkmal, dass die Abgasrückführleitung 44 stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung 36 angeordnet ist, ist somit zu verstehen, dass die Abzweigstelle A1 stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung 36 angeordnet ist.The first exhaust
Die Abgasanlage 10 weist ein erstes Dosierelement 34 auf, mittels welchem an einer ersten Einbringstelle EB1 ein vorzugsweise flüssiges Reduktionsmittel in das die Abgasanlage 10 und somit das Abgasrohr 32 durchströmende Abgas, mithin in das Abgasrohr 32 einbringbar, insbesondere einspritzbar, ist. Vorzugsweise ist das Reduktionsmittel eine wässrige Harnstofflösung. Das Reduktionsmittel ist dazu ausgebildet, Ammoniak (NH3)bereitzustellen. Es ist erkennbar, dass die Einbringstelle EB1 stromab der ersten Abgasrückführleitung 18 angeordnet ist. Hierunter ist zu verstehen, dass die Einbringstelle EB1 stromab der ersten Abzweigstelle A1 angeordnet ist. Des Weiteren ist aus
Die Abgasanlage 10 weist außerdem eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 36 auf, welche stromab des Turbinenrads 26 angeordnet ist. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 36 umfasst einen Partikelfilter 38 und eine in
Die Abgasanlage 10 weist außerdem eine Niederdruck-Abgasrückführung 42 auf, welche eine zweite Abgasrückführleitung 44 aufweist. Die zweite Abgasrückführleitung 44 wird auch als zweite Rückführleitung bezeichnet. Aus
Die Abgasanlage 10 weist außerdem ein zweites Dosierelement 48 auf, mittels welchem an einer stromab der Abzweigstelle A2 und stromab der Abgasrückführleitung 44 angeordneten, zweiten Einbringstelle EB2 das zuvor beschriebene Reduktionsmittel in das Abgasrohr 46 und somit in das das Abgasrohr 46 beziehungsweise die Abgasanlage 10 durchströmende Abgas einbringbar, insbesondere einspritzbar, ist.
Des Weiteren weist die Abgasanlage 10 einen stromab der Einbringstelle EB2 angeordneten SCR-Katalysator 50 auf, welcher für die zuvor beschriebene SCR katalytisch wirksam ist und somit im Hinblick auf die Katalysatorbeschichtung 40 einen zusätzlichen SCR-Katalysator darstellt. Beispielsweise sind die Verbrennungskraftmaschine 12 und die Abgasnachbehandlungseinrichtung 36 in einem gemeinsamen Motorraum des Kraftfahrzeugs angeordnet. Da die Abgasnachbehandlungseinrichtung 36 in Strömungsrichtung des die Abgasanlage 10 durchströmenden Abgases stromauf des SCR-Katalysators 50 angeordnet ist, ist die Abgasnachbehandlungseinrichtung 36 motornah, wobei der SCR-Katalysator 50 motorfern ist. Insbesondere ist der SCR-Katalysator 50 ein Unterboden-Katalysator.Furthermore, the
Bei dem in
In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der insbesondere stromab der Katalysatorbeschichtung 40 und insbesondere des SCR-Katalysators 52 angeordnete Partikelfilter 38 eine zum zumindest vorübergehenden Speichern von im Abgas enthaltenem Stickoxid ausgebildete Speicherbeschichtung aufweist, sodass der Partikelfilter 38 beispielsweise als ein NDPF ausgebildet ist.In a further specific embodiment, provision can be made for the
In einer weiteren Ausgestaltung ist es denkbar, dass die Katalysatorbeschichtung 40 eine Schicht beziehungsweise Beschichtung des Partikelfilters 38 ist, sodass der Partikelfilter 38 beispielsweise als SDPF ausgebildet ist. Dabei umfasst beispielsweise die Abgasnachbehandlungseinrichtung 36 einen Oxidationskatalysator, insbesondere einen Diesel-Oxidationskatalysator (DOC), wobei der Oxidationskatalysator vorzugsweise stromab des Partikelfilters 38, insbesondere des SDPF, angeordnet ist. Bezogen auf
Ferner ist es denkbar, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung 36 einen stromab des Partikelfilters 38, insbesondere des SDPF, und dadurch stromab der Katalysatorbeschichtung 40 angeordneten Stickoxid-Speicherkatalysator (NSK) aufweist. Bezogen auf
Dadurch, dass die Einbringstelle EB1 stromauf des Turbinenrads 26 angeordnet ist, ist die Einbringstelle EB1 besonders motornah angeordnet. Insbesondere kann die auch als Eindosierung bezeichnete Einbringstelle EB1 direkt an einem Motorauslass der Verbrennungskraftmaschine 12 angeordnet sein, wobei jedoch die Einbringstelle EB1 beziehungsweise die Eindosierung stromab der einfach auch als Abzweigung bezeichneten Abzweigstelle A1 und dabei vor dem Turbinenrad 26, insbesondere vor der Turbine 24, angeordnet ist. Beispielsweise wird das auch als Dosierventil bezeichnete oder als Dosierventil ausgebildete Dosierelement 34 nicht nur zum Einbringen des Reduktionsmittels in das Abgas, sondern auch dafür verwendet, um einen insbesondere flüssigen Kraftstoff in das Abgas insbesondere an der Einbringstelle EB1 einzubringen. Eine Förderung des Kraftstoffs kann dabei über ein Niederdruck-Kraftstoffsystem erfolgen. Eine Umschaltung von Kraftstoff auf Reduktionsmittel beziehungsweise umgekehrt, das heißt ein Umschalten von dem Einbringen von Kraftstoff auf das Einbringen des Reduktionsmittels und umgekehrt an der Einbringstelle EB1 mittels des Dosierelements 34 kann beispielsweise mittels eines einfach auch als Ventil bezeichneten 2/3-Wege-und Umschaltventils realisiert werden. Das Ventil ist vorzugsweise sehr nahe an dem als Reduktionsmittel- und Kraftstoffdosiermodul ausgebildeten Dosierelement 34 angeordnet, damit hier nur ein kleines Volumen für beide Medien in Form des Kraftstoffs und des Reduktionsmittels genutzt wird.Due to the fact that the insertion point EB1 is arranged upstream of the
Nach dem Turbinenrad 26, insbesondere nach der Turbine 24, und insbesondere nach einem Turbinenauslass der Turbine 24, ist vorliegend als erste Komponente der SCR-Katalysator 52 gefolgt von dem vorliegend als beschichteter Partikelfilter ausgebildeten Partikelfilter 38 (cDPF) angeordnet. Die weitere, katalytische Katalysatorbeschichtung des Partikelfilters 38 ist katalytisch wirksam für eine Oxidation von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickstoffmonoxid (NO) im Abgas, mithin soll die weitere Katalysatorbeschichtung die Oxidation von Kohlenwasserstoffen, CO und NO unterstützen und somit die Funktion eines Oxidationskatalysators übernehmen. Aufgrund des Entfalls eines separaten Mischers oder Verdampfers zum Aufbereiten des Reduktionsmittels vor dem SCR-Katalysator 52 kann die beispielsweise als katalytisch wirksam ausgebildete Abgasnachbehandlungseinrichtung 36 besonders nahe an der einfach auch als Motor bezeichneten Verbrennungskraftmaschine 12 angeordnet werden. Dadurch wird die Energie aus der Verbrennung noch schneller für die Erreichung der notwendigen Temperaturen am SCR-Katalysator 52 genutzt. Die Abzweigstelle A2 wird auch als Abgang der auch als Niederdruck-AGR-Leitung bezeichneten Abgasrückführleitung 44 bezeichnet, wobei nach der Abzweigstelle A2 (Abgang) das zweite Dosierelement 48 angeordnet ist. Daraufhin folgt der SCR-Katalysator 50. Insbesondere können zumindest die folgenden Vorteile realisiert werden:
- - Nach Kaltstart kann ab einer Temperatur von ca. 130°C am cDPF beziehungsweise DOC oder EHC (elektrisch beheizbarer Katalysator) Kraftstoff über die Einbringstelle EB1 vor der
Turbine 24 dosiert werden. Mithilfe des Katalysators (SCR-Katalysator 52 und/oder cDPF 38) kann der eindosierte Kraftstoff dann oxidiert werden, wodurch das motornahe Abgassystem inForm der Abgasnachbehandlungseinrichtung 36 schnell aufgeheizt werden kann. Optional kann dies begleitet werden durch innermotorische Heizstrategien. Ab einer Temperatur von größer als 150°C bis 160°C vor dem SDPF beziehungsweise vor dem SCR-Katalysator 52 kann auf das Einbringen des Reduktionsmittels umgeschaltet werden, insbesondere von dem Einbringen des Kraftstoffs aus. - - Im dauerhaft niedriglastigen Bereich charakterisiert von Temperaturen vor dem motornahen Einheizen von kleiner als 150°C kann optional auch Kraftstoff und Reduktionsmittel alternierend eindosiert werden, um die maximale Emissionsreduktionsleistung zu gewährleisten.
- - Im Rahmen einer Partikelfilterregeneration, insbesondere DPF-Regeneration, kann die hierfür erforderliche Temperatur vor
dem Partikelfilter 38, insbesondere DPF, wie beispielsweise SDPF beziehungsweise cDPF, durch eine kontinuierliche Kraftstoffdosierung (Dosiermenge wird über die Zieltemperatur vor DPF geregelt) an der Einbringstelle EB1 auch im Leerlauf beziehungsweise Niederlastbereich sichergestellt werden. Der erforderliche NOx-Umsatz findet dabei über den als Unterboden-SCR-Katalysator ausgebildeten SCR-Katalysator 50 mit dem Einbringen des Reduktionsmittels an der Einbringstelle EB2 statt. - - Normalerweise müssten vor dem Abstellen aufgrund des Einfrierschutzes Leitungen zum Führen des Reduktionsmittels inklusive des Ventils leergesaugt werden. Diese Notwendigkeit entfällt bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel für die Einbringstelle EB1, weil hier die Leitungen vor dem Abstellprozess immer mit Kraftstoff befüllt werden.
- - Die Dosiergenauigkeit des SCR-Systems wird durch den Entfall des Rücksaugens an der Einbringstelle EB1 dadurch gesteigert, da kein undefiniertes Gas-Volumen in das Dosiersystem eingebracht wird und so immer ein wenig kompressibles Medium vor dem Injektor (Dosierelement 34) steht.
- - Durch das regelmäßige Spülen der Leitungen des Ventils kann auch ein Reduktionsmittelablagerungsrisiko für diese Bauteile dadurch reduziert werden (alle Oberflächen sind mit hydrophobem Kraftstoff benetzt).
- - Für die Ausführungsform mit NSK-Komponenten im motornahen Bereich, das heißt für die Ausführungsform, bei welcher der zuvor genannte Stickoxid-Speicherkatalysator stromab des Partikelfilters 38
der Abgasnachbehandlungseinrichtung 36 angeordnet ist, kann der zur Stickoxid-Regeneration erforderliche, unterstöchiometrische Motorbetrieb durch die Eindosierung des Kraftstoffs an der Einbringstelle EB1 unterstützt und damit deutlich vereinfacht werden. - - Durch die Kombination von Kraftstoffdosierung mit Reduktionsmitteldosierung vor der
Turbine 24 entfällt ein auch als HC-Doser bezeichnetes Dosierventil, und der ansonsten notwendige Mischer zur Realisierung einer Ammoniak- und HC-Gleichverteilung. Diese Funktion wird hier durch einen Turbinendurchgang, das heißt dadurch sichergestellt, dass das Reduktionsmittel beziehungsweise der Kraftstoff durchdie Turbine 24 hindurchströmen. - - Die hydraulische Verbindung des Ventils und des Injektors (Dosierelement 34) wird zweckmäßig in Edelstahl ausgeführt, um die Materialverträglichkeit für beide Medien (Reduktionsmittel und Kraftstoff beziehungsweise Diesel) zu gewährleisten.
- - Stromauf des Ventils wird das Einbringen des anderen Mediums in beiden hydraulischen Zuleitungen durch ein Rückschlagventil verhindert.
- - Der Vordruck vor dem Ventil kann für beide Medien vergleichbar gewählt werden, um eine Mischung stromauf des Umschaltventils (Ventil) weiter auszuschließen.
- After a cold start, fuel can be metered via the injection point EB1 in front of the
turbine 24 from a temperature of approx. 130° C. at the cDPF or DOC or EHC (electrically heatable catalytic converter). The metered fuel can then be oxidized with the aid of the catalytic converter (SCRcatalytic converter 52 and/or cDPF 38), as a result of which the exhaust gas system close to the engine in the form of the exhaustgas aftertreatment device 36 can be heated up quickly. Optionally, this can be accompanied by internal engine heating strategies. From a temperature of greater than 150° C. to 160° C. in front of the SDPF or in front of the SCRcatalytic converter 52, it is possible to switch to introducing the reducing agent, in particular starting with the introduction of the fuel. - - In the permanently low-load range, characterized by temperatures of less than 150°C before heating up close to the engine, fuel and reducing agent can optionally also be metered in alternately in order to ensure maximum emission reduction performance.
- - As part of a particle filter regeneration, in particular DPF regeneration, the temperature required for this in front of the
particle filter 38, in particular DPF, such as SDPF or cDPF, can be achieved by continuous fuel metering (metering quantity is controlled via the target temperature in front of the DPF) at the introduction point EB1, also in the Idle or low-load range can be ensured. The required NOx conversion takes place via the SCRcatalytic converter 50 designed as an underbody SCR catalytic converter with the introduction of the reducing agent at the introduction point EB2. - - Normally, before switching off, due to the anti-freeze protection, the lines for guiding the reducing agent including the valve would have to be drained. This necessity does not apply to the embodiment shown in the figures for the introduction point EB1, because here the lines are always filled with fuel before the shutdown process.
- - The dosing accuracy of the SCR system is increased by the elimination of sucking back at the introduction point EB1, since no undefined gas volume is introduced into the dosing system and there is always a slightly compressible medium in front of the injector (dosing element 34).
- - Regular flushing of the valve lines can also reduce the risk of reducing agent deposits on these components (all surfaces are wetted with hydrophobic fuel).
- - For the embodiment with NSK components in the area close to the engine, i.e. for the embodiment in which the aforementioned nitrogen oxide storage catalytic converter is arranged downstream of the
particle filter 38 of the exhaustgas aftertreatment device 36, the sub-stoichiometric engine operation required for nitrogen oxide regeneration can be achieved by metering in the Fuel supported at the injection point EB1 and thus significantly simplified. - The combination of fuel metering with reducing agent metering upstream of the
turbine 24 eliminates the need for a metering valve, also referred to as an HC meter, and the mixer that would otherwise be required to achieve equal distribution of ammonia and HC. This function is ensured here by a turbine passage, that is to say by the reducing agent or the fuel flowing through theturbine 24 . - - The hydraulic connection of the valve and the injector (metering element 34) is suitably made of stainless steel to ensure material compatibility for both media (reducing agent and fuel or diesel).
- - Upstream of the valve, the introduction of the other medium in both hydraulic supply lines is prevented by a non-return valve.
- - The pre-pressure before the valve can be selected to be comparable for both media in order to further rule out a mixture upstream of the switching valve (valve).
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Abgasanlageexhaust system
- 1212
- Verbrennungskraftmaschineinternal combustion engine
- 1414
- Zylindercylinder
- 1616
- Hochdruck-AbgasrückführungHigh pressure exhaust gas recirculation
- 1818
- Erste AbgasrückführleitungFirst exhaust gas recirculation line
- 2020
- Einlasstraktadmission tract
- 2222
- Abgasturboladerexhaust gas turbocharger
- 2424
- Turbineturbine
- 2626
- Turbinenradturbine wheel
- 2828
- Verdichtercompressor
- 3030
- Verdichterradcompressor wheel
- 3232
- Abgasrohrexhaust pipe
- 3434
- erstes Dosierelementfirst dosing element
- 3636
- Abgasnachbehandlungseinrichtungexhaust aftertreatment device
- 3838
- Partikelfilterparticle filter
- 4040
- Katalysatorbeschichtungcatalyst coating
- 4242
- Niederdruck-AbgasrückführungLow-pressure exhaust gas recirculation
- 4444
- zweite Abgasrückführleitungsecond exhaust gas recirculation line
- 4646
- Abgasrohrexhaust pipe
- 4848
- zweites Dosierelementsecond dosing element
- 5050
- SCR-KatalysatorSCR catalytic converter
- 5252
- SCR-KatalysatorSCR catalytic converter
- 5454
- elektrisches Heizelementelectric heating element
- A1A1
- erste Abzweigstellefirst junction
- A2A2
- zweite Abzweigstellesecond junction
- E1E1
- erste Einleitstellefirst entry point
- E2E2
- zweite Einleitstellesecond entry point
- EB1EB1
- erste Einbringstellefirst entry point
- EB2EB2
- zweite Einbringstellesecond entry point
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102010063425 A1 [0002]DE 102010063425 A1 [0002]
- DE 102015016986 A1 [0003]DE 102015016986 A1 [0003]
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---|---|
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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DE102015016986A1 (en) | 2015-12-24 | 2017-06-29 | Daimler Ag | Exhaust after-treatment device for an internal combustion engine |
-
2021
- 2021-08-12 DE DE102021004145.3A patent/DE102021004145A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: MERCEDES-BENZ GROUP AG, DE Free format text: FORMER OWNER: DAIMLER AG, STUTTGART, DE |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |