DE102021203097A1 - Exhaust aftertreatment method and exhaust aftertreatment system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors, wobei das Abgas mindestens eine motornahe Abgasreinigungseinrichtung (10) durchströmt, wobei die motornahe Abgasreinigungseinrichtung (10) mindestens einen ersten Drei-Wege-Katalysator (12) aufweist, wobei das Abgas stromabwärts der motornahen Abgasreinigungseinrichtung (10) mindestens einen zweiten Drei-Wege-Katalysator (14) durchströmt und wobei mindestens eine Heizvorrichtung (16) zum Aufheizen des zweiten Drei-Wege-Katalysators (14) vorgesehen ist.
Bei einem Verfahren zur Abgasnachbehandlung, bei dem alle Komponenten der Abgasnachbehandlung möglichst schnell auf ihre Betriebstemperatur gebracht werden können, um die Kaltstartemissionen möglichst effektiv zu verringern, ist vorgesehen, dass zusätzlich mindestens eine motorische und/oder außermotorische Maßnahme zum Aufheizen der motornahen Abgasreinigungseinrichtung (10) durchgeführt wird.
The invention relates to a method for treating the exhaust gas of an internal combustion engine, the exhaust gas flowing through at least one exhaust gas cleaning device (10) close to the engine, the exhaust gas cleaning device (10) close to the engine having at least one first three-way catalytic converter (12), the exhaust gas flowing downstream of the exhaust gas cleaning device (1) close to the engine 10) flows through at least one second three-way catalytic converter (14) and at least one heating device (16) is provided for heating the second three-way catalytic converter (14).
In a method for exhaust gas aftertreatment, in which all components of the exhaust gas aftertreatment can be brought to their operating temperature as quickly as possible in order to reduce cold start emissions as effectively as possible, it is provided that at least one engine and/or extra-engine measure for heating up the exhaust gas cleaning device (10) close to the engine is carried out.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors, wobei das Abgas mindestens eine motornahe Abgasreinigungseinrichtung durchströmt, wobei die motornahe Abgasreinigungseinrichtung mindestens einen ersten Drei-Wege-Katalysator aufweist, wobei das Abgas stromabwärts der motornahen Abgasreinigungseinrichtung mindestens einen zweiten Drei-Wege-Katalysator durchströmt und wobei mindestens eine vorzugsweise thermische Heizvorrichtung zum Aufheizen des zweiten Drei-Wege-Katalysators vorgesehen ist.The invention relates to a method for the aftertreatment of exhaust gas from an internal combustion engine, the exhaust gas flowing through at least one exhaust gas purification device close to the engine, the exhaust gas purification device close to the engine having at least one first three-way catalytic converter, the exhaust gas flowing through at least one second three-way catalytic converter downstream of the exhaust gas purification device close to the engine and at least one preferably thermal heating device being provided for heating up the second three-way catalytic converter.
Daneben betrifft die Erfindung ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, mit einem Einlass zur Aufnahme des Abgases des Verbrennungsmotors, mit mindestens einem Abgaskanal, wobei stromabwärts des Einlasses im Abgaskanal eine motornahe Abgasreinigungseinrichtung angeordnet ist, wobei die motornahe Abgasreinigungseinrichtung mindestens einen ersten Drei-Wege-Katalysator umfasst, wobei stromabwärts des motornahen ersten Drei-Wege-Katalysators im Abgaskanal mindestens ein zweiter Drei-Wege-Katalysator angeordnet ist und wobei mindestens eine vorzugsweise thermische Heizvorrichtung zum Aufheizen des zweiten Drei-Wege-Katalysators vorgesehen ist.In addition, the invention relates to an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine, with an inlet for receiving the exhaust gas of the internal combustion engine, with at least one exhaust gas duct, with an exhaust gas purification device close to the engine being arranged downstream of the inlet in the exhaust gas duct, the exhaust gas purification device close to the engine comprising at least one first three-way catalytic converter At least one second three-way catalytic converter is arranged downstream of the close-coupled first three-way catalytic converter in the exhaust gas duct and at least one preferably thermal heating device is provided for heating the second three-way catalytic converter.
Aufgrund der Entwicklung der Abgasgesetzgebung werden Fahrzeughersteller vor die Herausforderung gestellt, die motorischen Rohemissionen zu reduzieren und das noch entstehende Abgas durch entsprechende Abgasnachbehandlungen zu aufzureinigen. Die Gesetzgebungsstufe EU7 macht es erforderlich, dass Ottomotoren häufig einen Partikelfilter benötigen, um die vorgegebene zulässige Partikelanzahl bei den Emissionen nicht zu überschreiten. Im Fahrbetrieb wird ein solcher Ottopartikelfilter mit Ruß beladen. Damit der Abgasgegendruck nicht zu stark ansteigt, muss dieser Ottopartikelfilter kontinuierlich oder periodisch regeneriert werden. Der Anstieg des Abgasgegendrucks kann zu einem Mehrverbrauch des Verbrennungsmotors, Leistungsverlust und einer Beeinträchtigung der Laufruhe bis hin zu Zündaussetzern führen.Due to the development of exhaust gas legislation, vehicle manufacturers are faced with the challenge of reducing engine raw emissions and purifying the exhaust gas that is still produced by means of appropriate exhaust gas aftertreatment. Legislative stage EU7 makes it necessary for gasoline engines to frequently require a particle filter in order not to exceed the specified permissible number of particles in emissions. Such an Otto particle filter is loaded with soot when driving. So that the exhaust back pressure does not increase too much, this Otto particle filter must be regenerated continuously or periodically. The increase in exhaust gas back pressure can lead to increased consumption by the combustion engine, loss of performance and an impairment of smooth running up to misfiring.
Insbesondere in der Kaltstartphase emittieren Ottomotoren signifikante Mengen gasförmiger Schadstoffe. Dazu gehören Stickoxide (NOx), Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO). Diese Schadstoffe werden nach Stand der Technik über beschichtete Katalysatoren umgesetzt. Diese Systeme benötigen eine Mindesttemperatur, um betriebsbereit zu sein. Vor dem Hintergrund der drohenden Verkürzung des Urban-Teils im Rahmen der EU7-Gesetzgebung sowie einer weiteren Grenzwertverschärfung in anderen Teilen der Welt, zum Beispiel den USA, ist eine Einhaltung der Grenzwerte mit bekannten Techniken kritisch. Thermisch beheizte Drei-Wege-Katalysatoren (vorzugsweise über ein Brennersystem) können wegen der sehr hohen Brennerleistung schnell auf die Mindesttemperatur erwärmt werden.Especially in the cold start phase, gasoline engines emit significant amounts of gaseous pollutants. These include nitrogen oxides (NOx), hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO). According to the state of the art, these pollutants are converted via coated catalysts. These systems require a minimum temperature to be operational. Against the background of the threatened shortening of the urban part within the framework of the EU7 legislation and a further tightening of limit values in other parts of the world, for example the USA, compliance with the limit values using known technologies is critical. Thermally heated three-way catalytic converters (preferably via a burner system) can be heated to the minimum temperature quickly because of the very high burner output.
Die
Für ein solches Aufheizen wird aber eine optimale Gemischzusammensetzung für höchste Umsatzraten benötigt. In Unterbodenanordnungen wird das Unterbodensystem mit brennertypischen 15 - 25 kW Heizleistung schneller durchwärmt als die vorgeschalteten Komponenten der Abgasreinigung, sprich Katalysatoren und Lambdasonden. Die Mindesttemperatur des Unterbodensystems kann somit schneller erreicht werden als die Betriebsbereitschaft der Lambdasonde vor dem motornahen Drei-Wege-Katalysator und insbesondere der Sprungantwortsonde nach dem motornahen Drei-Wege-Katalysator.For such heating, however, an optimal mixture composition is required for the highest conversion rates. In underbody arrangements, the underbody system with burner-typical 15 - 25 kW heat output is warmed up faster than the upstream components of the exhaust gas cleaning system, i.e. catalytic converters and lambda sensors. The minimum temperature of the underbody system can thus be reached faster than the operational readiness of the lambda probe before the close-coupled three-way catalytic converter and in particular the step response probe after the close-coupled three-way catalytic converter.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung sowie ein Abgasnachbehandlungssystem anzugeben, bei denen alle Komponenten der Abgasnachbehandlung möglichst schnell auf ihre Betriebstemperatur gebracht werden können, um die Kaltstartemissionen möglichst effektiv zu verringern.The invention is therefore based on the object of specifying a method for exhaust gas aftertreatment and an exhaust gas aftertreatment system in which all components of the exhaust gas aftertreatment can be brought to their operating temperature as quickly as possible in order to reduce cold start emissions as effectively as possible.
Diese Aufgabe ist bei der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 zunächst dadurch gelöst, dass mindestens eine motorische und/oder außermotorische Maßnahme zum Aufheizen der motornahen Abgasreinigungseinrichtung zusätzlich zu den Heizmaßnahmen an der Unterboden-Abgasreinigung durchgeführt wird.This object is achieved in the present invention by the features of the characterizing part of patent claim 1 in that at least one engine and/or extra-engine measure for heating the exhaust gas purification device close to the engine is carried out in addition to the heating measures on the underbody exhaust gas purification.
Unter einer motornahen Position ist in diesem Zusammenhang eine Position in dem Abgasnachbehandlungssystem mit einer Abgaslauflänge von einem stirnseitigen Eingang des Drei-Wege-Katalysators von weniger als 80 cm, vorzugsweise von weniger als 50 cm, ab einem Auslass des Verbrennungsmotors zu verstehen.In this context, a position close to the engine is a position in the exhaust gas aftertreatment system with an exhaust gas flow length from a front inlet of the three-way catalytic converter of less than 80 cm, preferably less than 50 cm, from an outlet of the internal combustion engine.
Ein Drei-Wege-Katalysator ist im Rahmen dieser Anmeldung als ein Material zu verstehen, das in der Lage ist, zumindest teilweise Kohlenstoffmonoxid (CO), Stickoxide (NOx) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) zu Kohlenstoffdioxid (CO2), Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) umzuwandeln.In the context of this application, a three-way catalytic converter is to be understood as a material that is able to at least partially convert carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx) and unburned hydrocarbons (HC) to form carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O).
Unter einer motorischen Maßnahme zum Aufheizen der motornahen Abgasreinigungseinrichtung ist ein Verfahren zu verstehen, das durch Einstellungen, die am Verbrennungsmotor vorgenommen werden, zu einem Aufheizen der motornahen Abgasreinigungseinrichtung führt. Unter einer außermotorischen Maßnahme zum Aufheizen der motornahen Abgasreinigungseinrichtung ist ein Verfahren zu verstehen, bei dem externe Einflüsse außerhalb des Verbrennungsmotors genutzt oder gezielt eingesetzt werden, um ein Aufheizen der motornahen Abgasreinigungseinrichtung zu erzielen.An engine-related measure for heating up the exhaust gas cleaning device close to the engine is to be understood as meaning a method which, as a result of adjustments made to the internal combustion engine, leads to the exhaust gas cleaning device close to the engine being heated up. A measure outside of the engine for heating the exhaust gas cleaning device close to the engine is to be understood as a method in which external influences outside of the internal combustion engine are used or used in a targeted manner in order to heat up the exhaust gas cleaning device close to the engine.
Bei der Heizvorrichtung für den zweiten Drei-Wege-Katalysator kann es sich bevorzugt um einen im Vollstrom oder günstiger im Nebenstrom angeordneten Brenner mit 10 bis 60 kW, bevorzugt 15 bis 25 kW thermischer Heizleistung am Brennerausgang handeln. Alternativ kann es sich um eine durchströmbare, elektrische Heizscheibe handeln, die im Abgaskanal angeordnet ist. Die Heizscheibe kann mit einer ersten Kontaktfläche an einem Drei-Wege-Katalysator anliegen, um das Aufheizen des Katalysators zu optimieren.The heating device for the second three-way catalytic converter can preferably be a burner arranged in full flow or, more favorably, in side flow, with 10 to 60 kW, preferably 15 to 25 kW, thermal heating output at the burner outlet. Alternatively, it can be a flow-through, electric heating disk, which is arranged in the exhaust gas duct. The heating disc can bear against a three-way catalytic converter with a first contact surface in order to optimize the heating of the catalytic converter.
Ein erster Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch die Kombination verschiedener Maßnahmen zum Aufheizen verschiedener Katalysatoren in einem Abgasnachbehandlungssystem die Zeit zum Aufheizen aller Katalysatoren und Messsonden beim Kaltstart wesentlich reduziert wird, wodurch die beim Kaltstart emittierten Schadstoffe deutlich verringert werden.A first advantage of the method according to the invention is that the combination of different measures for heating up different catalysts in an exhaust gas aftertreatment system significantly reduces the time it takes to heat up all the catalysts and measuring probes during a cold start, thereby significantly reducing the pollutants emitted during a cold start.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred configurations of the invention result from the remaining features mentioned in the dependent claims.
Bei einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine motorische Maßnahme mittels Momentenreserve realisiert wird. In einem modernen Kraftfahrzeug, dessen Verbrennungsmotor von einem elektronischen Motormanagementsystem gesteuert wird, wird im Leerlauf des Verbrennungsmotors eine sogenannte Momentenreserve genutzt. Durch die Momentenreserve können Drehzahlschwankungen des Verbrennungsmotors vermieden werden. Drehzahlschwankungen können beispielsweise bei Lastaufschaltung, die beispielsweise durch eine Klimaanlage, die Lenkung und/oder durch den Betrieb eines Fensterhebers entstehen, hervorgerufen werden.In a first embodiment of the method according to the invention, provision is made for a motor measure to be implemented by means of a torque reserve. In a modern motor vehicle whose internal combustion engine is controlled by an electronic engine management system, a so-called torque reserve is used when the internal combustion engine is idling. Thanks to the torque reserve, speed fluctuations in the internal combustion engine can be avoided. RPM fluctuations can be caused, for example, when the load is applied, which are caused, for example, by an air conditioning system, the steering and/or by the operation of a window lifter.
Daneben können auch quasi-stationäre Schwankungen der Drehzahl, die mit einer Geräuschentwicklung einhergehen, vermieden werden. Die Momentenreserve wird durch das stationäre Aufschalten einer vergrößerten Verbrennungsluftmasse in Verbindung mit einer Neutralisierung des zusätzlichen Moments durch wirkungsgradverschlechternde, verspätete Zündwinkel realisiert. Auf diese Weise erhöht sich zwar der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors, es ist aber auch möglich, eine Aufheizung des motornahen Drei-Wege-Katalysators zu erzielen.In addition, it is also possible to avoid quasi-steady-state fluctuations in the rotational speed, which are associated with the development of noise. The torque reserve is realized by the stationary injection of an increased combustion air mass in connection with a neutralization of the additional torque through delayed ignition angles that degrade efficiency. Although this increases the fuel consumption of the internal combustion engine, it is also possible to heat up the three-way catalytic converter close to the engine.
Bei einer alternativen oder zusätzlich Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine motorische Maßnahme mittels einer Kombination von Sekundärlufteinblasung, motorischem Fettbetrieb und einer Zündwinkelspätverstellung realisiert wird. Sekundärluft in der Abgasleitung des Motors reduziert den Gehalt an Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen durch Nachverbrennung. Die Temperaturen der Nachverbrennung liegen im Bereich von etwa 500°C bis 700°C. Bei der Nachverbrennung entsteht Wasser und Kohlendioxid. Aufgrund der chemischen Reaktionen, wird auch simultan die Abgastemperatur erhöht. Die erhöhte Abgastemperatur trägt dazu bei, dass der Katalysator beim Starten eines Ottomotors entsprechend schneller aufgewärmt wird und schneller seine optimale Betriebstemperatur erreichtIn an alternative or additional embodiment of the method according to the invention, it is provided that an engine-based measure is implemented by means of a combination of secondary air injection, engine-based rich operation and an ignition angle retardation. Secondary air in the engine's exhaust pipe reduces the content of carbon monoxide and hydrocarbons through post-combustion. Post combustion temperatures range from about 500°C to 700°C. Afterburning produces water and carbon dioxide. Due to the chemical reactions, the exhaust gas temperature is also increased simultaneously. The increased exhaust gas temperature contributes to the fact that the catalytic converter is heated up correspondingly faster when starting a petrol engine and reaches its optimum operating temperature more quickly
Bei einem stöchiometrischen Kraftstoffverhältnis ist genau die Luftmenge vorhanden, die theoretisch benötigt wird, um den Kraftstoff vollständig zu verbrennen. Dies wird als Ä = 1 bezeichnet. Ein motorischer Fettbetrieb bedeutet in diesem Zusammenhang, dass in Bezug auf das stöchiometrische Kraftstoffverhältnis mehr Kraftstoff vorhanden ist. Bei einem motorischen Fettbetrieb wird die Abgastemperatur eigentlich reduziert. Durch zusätzliche Sekundärlufteinblasung wird das ideale stöchiometrische Verhältnis wieder hergestellt und die zu verbrennende Menge insgesamt erhöht. Auf diese Weise kann ein schnelleres Aufheizen der motornahen Abgasreinigungseinrichtung erreicht werden. Alternativ kann die Sekundärlufteinblasung so bemessen werden, dass sich ein überstöchiometrisches Luftverhältnis einstellt, z. B. Lambda = 1.01 - 1,1.With a stoichiometric fuel ratio, there is exactly the amount of air that is theoretically needed to completely burn the fuel. This is denoted as λ=1. In this context, rich engine operation means that more fuel is available in relation to the stoichiometric fuel ratio. In the case of rich engine operation, the exhaust gas temperature is actually reduced. Additional injection of secondary air restores the ideal stoichiometric ratio and increases the total amount to be burned. In this way, the exhaust gas cleaning device close to the engine can be heated up more quickly. Alternatively, the secondary air injection can be dimensioned in such a way that an over-stoichiometric air ratio is set, e.g. B. Lambda = 1.01 - 1.1.
Ebenfalls kann zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass eine außermotorische Maßnahme durch eine elektrische Heizvorrichtung vor dem motornahen Drei-Wege-Katalysator realisiert wird. Wie bei der optionalen elektrischen Heizvorrichtung für den zweiten Drei-Wege-Katalysator kann es sich bei der elektrischen Heizvorrichtung vor dem motornahen Drei-Wege-Katalysator auch um eine durchströmbare, elektrische Heizscheibe handeln, die im Abgaskanal angeordnet ist. Die Heizscheibe kann mit einer ersten Kontaktfläche an einem Drei-Wege-Katalysator anliegen, um das Aufheizen des Katalysators zu optimieren. Somit kann eine kompakte Bauweise realisiert werden.Additionally or alternatively, it can also be provided that an extra-engine measure is implemented by an electrical heating device in front of the close-coupled three-way catalytic converter. As with the optional electrical heating device for the second three-way catalytic converter, the electrical heating device in front of the close-coupled three-way catalytic converter can also be an electric heating disc through which flow can take place, which is arranged in the exhaust gas duct. The heating disc can bear against a three-way catalytic converter with a first contact surface in order to optimize the heating of the catalytic converter. A compact design can thus be implemented.
Für eine optimale Nutzung der elektrischen Heizvorrichtung ist bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die elektrische Heizvorrichtung in Strömungsrichtung vor oder im ersten Drei-Wege-Katalysator angeordnet ist.For an optimal use of the electrical heating device is in a further embodiment the invention provides that the electric heater is arranged in the direction of flow before or in the first three-way catalytic converter.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine zylinderindividuelle Lambdaregelung durchgeführt wird.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, provision is made for cylinder-specific lambda control to be carried out.
Die zuvor genannte Aufgabe wird außerdem gelöst von einem vorgenannten Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, mit einem Einlass zur Aufnahme des Abgases des Verbrennungsmotors, mit mindestens einem Abgaskanal, wobei stromabwärts des Einlasses im Abgaskanal eine motornahe Abgasreinigungseinrichtung angeordnet ist, wobei die motornahe Abgasreinigungseinrichtung mindestens einen ersten Drei-Wege-Katalysator umfasst, wobei stromabwärts des motornahen ersten Drei-Wege-Katalysators im Abgaskanal mindestens ein zweiter Drei-Wege-Katalysator angeordnet ist und wobei mindestens eine Heizvorrichtung, bevorzugt thermische Heizvorrichtung, zum Aufheizen des zweiten Drei-Wege-Katalysators vorgesehen ist. Es ist vorgesehen, dass das Abgasnachbehandlungssystem dazu ausgestaltet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen. Die obigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren gelten entsprechend auch für das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem.The aforementioned object is also achieved by an aforementioned exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine, with an inlet for receiving the exhaust gas of the internal combustion engine, with at least one exhaust gas duct, an exhaust gas purification device close to the engine being arranged downstream of the inlet, the exhaust gas purification device close to the engine having at least one first three -Way catalytic converter, wherein at least one second three-way catalytic converter is arranged downstream of the close-coupled first three-way catalytic converter in the exhaust gas duct and at least one heating device, preferably a thermal heating device, is provided for heating the second three-way catalytic converter. Provision is made for the exhaust gas aftertreatment system to be designed to carry out a method according to one of Claims 1 to 6. The above statements on the method according to the invention also apply correspondingly to the exhaust gas aftertreatment system according to the invention.
Das Abgasnachbehandlungssystem ist mit dem Einlass mit einem Auslass eines Verbrennungsmotors verbindbar, sodass vom Motor emittierte Abgase direkt in das Abgasnachbehandlungssystem geleitet werden. Der Abgaskanal ist bevorzugt als Rohrleitung ausgestaltet, durch die das Abgas strömen kann. Die verschiedenen Einbauten, wie der erste Drei-Wege-Katalysator und der zweite Drei-Wege-Katalysator, können in der Rohrleitung angeordnet oder selbst Teil der Rohrleitung sein.The exhaust aftertreatment system is connectable to the inlet with an outlet of an internal combustion engine such that exhaust gases emitted by the engine are directed into the exhaust aftertreatment system. The exhaust gas duct is preferably designed as a pipeline through which the exhaust gas can flow. The various internals, such as the first three-way catalytic converter and the second three-way catalytic converter, can be arranged in the pipeline or themselves be part of the pipeline.
Für die Positionierung des Abgasnachbehandlungssystems ist die Unterbodenanordnung für die thermische Heizvorrichtung bevorzugt, da motornahe Anordnungen des Brenners insbesondere bei quer eingebauten Motoren signifikante Bauraumprobleme aufweisen können. The underbody arrangement for the thermal heating device is preferred for the positioning of the exhaust gas aftertreatment system, since arrangements of the burner close to the engine can have significant installation space problems, particularly in the case of transversely installed engines.
Bei einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass die motornahe Abgasreinigungseinrichtung mindestens einen Partikelfilter umfasst. Der Partikelfilter kann als Ottopartikelfilter ausgestaltet sein, in dem eine hochporöse hitzebeständige Cordierit-Keramik eingesetzt ist. Die im Abgas enthaltenen Rußpartikel bleiben auf der rauen Keramikoberfläche haften.In a first embodiment of the exhaust gas aftertreatment system according to the invention, it is provided that the exhaust gas cleaning device close to the engine comprises at least one particle filter. The particle filter can be designed as an Otto particle filter in which a highly porous, heat-resistant cordierite ceramic is used. The soot particles contained in the exhaust gas stick to the rough ceramic surface.
Um die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems weiter zu verbessern, ist bei einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass stromaufwärts des ersten Drei-Wege-Katalysators eine erste Lambdasonde, stromabwärts des ersten Drei-Wege-Katalysators eine zweite Lambdasonde und zusätzlich stromabwärts des zweiten Drei-Wege-Katalysators eine dritte Lambdasonde angeordnet ist und dass die erste Lambdasonde und/oder die zweite Lambdasonde als taupunktendefreie Sonde ausgestaltet ist. Eine Lambdasonde ist dazu ausgestaltet, den Restsauerstoffgehalt im Abgas mit einem Referenzsauerstoffgehalt zu vergleichen. Meist wird der Sauerstoffgehalt der momentanen Atmosphärenluft als Referenzsauerstoffgehalt verwendet. Mit Kenntnis des Restsauerstoffgehalts kann das Verbrennungsluftverhältnis Ä bestimmt und entsprechend eingestellt werden.In order to further improve the functioning of the exhaust gas aftertreatment system according to the invention, a further embodiment provides for a first lambda probe to be installed upstream of the first three-way catalytic converter, a second lambda probe downstream of the first three-way catalytic converter and additionally downstream of the second three-way catalytic converter. Catalyst is arranged a third lambda probe and that the first lambda probe and / or the second lambda probe is designed as a dew point end-free probe. A lambda sensor is designed to compare the residual oxygen content in the exhaust gas with a reference oxygen content. The oxygen content of the current atmospheric air is usually used as the reference oxygen content. With knowledge of the residual oxygen content, the combustion air ratio Ä can be determined and adjusted accordingly.
Bei einer taupunktendefreien Sonde ist der Betrieb nicht nur bei einem betriebswarmen Motor möglich. Die Sonde kann auch bei kaltem Abgas, das heißt vor Erreichen des sogenannten Taupunktendes, bei dem im Abgas Wassertröpfchen enthalten sind, die einen auf Betriebstemperatur beheizten Abgassensor zerstören oder das Messergebnis dieser Sensoren erheblich negativ beeinflussen würden, betrieben werden. Bevorzugt ist die Lambdasonde stromauf- und stromabwärts des ersten Drei-Wege-Katalysators als taupunktendefreie Sonde ausgestaltet. Nachteilig bei dieser Sondenausführung ist, dass zum Schutz der Messkörper in der Sonde die umgebende Schutzhülle das Eindringen von flüssigem Wasser in den Sondenkörper verhindern soll. Dafür wird die Gaszufuhr an den Messkörper über Umlenkungen geführt und die Durchströmung der Sonde gegenüber nicht-taupunktendefreien Ausführungen reduziert. Die schnelle Betriebsbereitschaft der taupunktendefreien Sonde geht somit einher mit einer schlechteren Messdynamik im Betrieb.With a dew point end-free probe, operation is not only possible with a warm engine. The probe can also be operated when the exhaust gas is cold, i.e. before the so-called end of the dew point is reached, at which point the exhaust gas contains water droplets that would destroy an exhaust gas sensor heated to operating temperature or would have a significantly negative effect on the measurement result of these sensors. The lambda probe upstream and downstream of the first three-way catalytic converter is preferably configured as a probe without a dew point end. The disadvantage of this probe design is that the surrounding protective cover is intended to prevent liquid water from penetrating into the probe body in order to protect the measuring body in the probe. For this purpose, the gas supply to the measuring body is routed via deflections and the flow through the probe is reduced compared to designs without a dew point end. The quick readiness for operation of the dew point-free probe is therefore accompanied by poorer measurement dynamics during operation.
Vorteilhafterweise ist bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems vorgesehen, dass mindestens eine Turbine im Abgaskanal zwischen dem Einlass und dem ersten Drei-Wege-Katalysator angeordnet ist. Die Turbine kann beispielsweise Teil eines Turboladers sein. Ein Turbolader ist ein Bauteil zur Erzeugung von Motoraufladung. Er steigert die Motorleistung beziehungsweise die Effizienz des Verbrennungsmotors. Seine Arbeitsweise besteht darin, einen Teil der Energie des Motorabgases mittels der Turbine innerhalb der Abgasanlage zu nutzen, um einen Verdichter anzutreiben.In a further embodiment of the exhaust gas aftertreatment system according to the invention, it is advantageously provided that at least one turbine is arranged in the exhaust gas duct between the inlet and the first three-way catalytic converter. The turbine can be part of a turbocharger, for example. A turbocharger is a component for generating engine supercharging. It increases engine performance and the efficiency of the combustion engine. It works by harnessing some of the energy in the engine exhaust via the turbine inside the exhaust system to drive a compressor.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application are, Unless stated otherwise in individual cases, they can be advantageously combined with one another.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung erläutert. Es zeigt:
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1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Darstellung.
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1 a preferred exemplary embodiment of an exhaust gas aftertreatment system according to the invention for an internal combustion engine for carrying out a method according to the invention in a schematic representation.
Der zweite Drei-Wege-Katalysator 14 weist eine katalytische Schicht auf. Die katalytische Schicht ist in der Lage, bei Kontakt mit dem Abgas zumindest teilweise im Abgas enthaltenes Kohlenstoffmonoxid (CO), Stickoxide (NOx) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) zu Kohlenstoffdioxid (CO2), Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) umzuwandeln.The second three-
Damit der zweite Drei-Wege-Katalysator 14 seine katalytische Wirkung optimal entfalten kann, muss er auf seine optimale Betriebstemperatur gebracht werden. Insbesondere in der Kaltstartphase emittieren Ottomotoren signifikante Mengen gasförmiger Schadstoffe. Darum ist es notwendig, dass der zweite Drei-Wege-Katalysator 14 möglichst schnell auf die entsprechende Betriebstemperatur gebracht wird. Die Drei-Wege-Katalysatoren 12, 14 werden zwar unter anderem durch das heiße Abgas aufgewärmt, zusätzlich ist stromaufwärts des zweiten Drei-Wege-Katalysator 14 eine Heizvorrichtung, vorzugsweise thermische Heizvorrichtung 16 vorgesehen.So that the second three-way
Insgesamt wird durch die motornahe Abgasreinigungseinrichtung 10 und den zweiten Drei-Wege-Katalysator 14 sowie die thermische Heizvorrichtung 16 ein Abgasnachbehandlungssystem 18 gebildet. Das Abgasnachbehandlungssystem 18 weist einen Einlass 20 zur Aufnahme der Abgase des Verbrennungsmotors M auf, die über einen Abgaskanal 22 zu den einzelnen Bauteilen des Abgasnachbehandlungssystems 18 geleitet werden.Overall, an exhaust
Die motornahe Abgasreinigungseinrichtung 10 kann zusätzlich einen Partikelfilter 24 aufweisen, der stromabwärts des ersten Drei-Wege-Katalysators 12 angeordnet ist. Der Partikelfilter 24 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Ottopartikelfilter. Der Partikelfilter 24 kann eine katalytisch wirksame Beschichtung aufweisen, sodass der Partikelfilter 24 als Vier-Wege-Katalysator ausgestaltet sein kann. Auf diese Weise wird die Funktionalität eines Drei-Wege-Katalysators und des Ottopartikelfilters in einem Bauteil vereint.The exhaust
Stromaufwärts des ersten Drei-Wege-Katalysators 12 ist eine erste Lambdasonde 26 angeordnet. Die erste Lambdasonde 26 ist als Breitbandsonde ausgestaltet. Stromabwärts des ersten Drei-Wege-Katalysators 12 ist eine zweite Lambdasonde 27 angeordnet. Die zweite Lambdasonde 27 ist als Sprungantwortsonde ausgestaltet. Stromabwärts des zweiten Drei-Wege-Katalysators 14 ist eine dritte Lambdasonde 28 angeordnet. Die dritte Lambdasonde 28 ist als Sprungsonde ausgestaltet. Die Lambdasonden 26, 27, 28 sind dazu ausgestaltet, den Restsauerstoffgehalt im Abgas mit einem Referenzsauerstoffgehalt zu vergleichen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Sauerstoffgehalt der momentanen Atmosphärenluft als Referenzsauerstoffgehalt verwendet. Mit Kenntnis des Restsauerstoffgehalts wird das Verbrennungsluftverhältnis Ä bestimmt und entsprechend eingestellt.A
Die motornahe Abgasreinigungseinrichtung 10 wird zum einen durch das Abgas aufgeheizt. Zusätzlich sind bei diesem Ausführungsbeispiel aber auch motorische Maßnahmen vorgesehen, um das Aufheizen der motornahen Abgasreinigungseinrichtung 10, also insbesondere des Drei-Wege-Katalysators 12, zu beschleunigen, sodass der erste Drei-Wege-Katalysator 12 seine Betriebstemperatur schnell erreichen kann und die Betriebsbereitschaft der Lambdasonden 26, 27 frühzeitig erreicht wird.The exhaust
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwei motorische Maßnahmen vorgesehen, die über eine Motorsteuerung 30 einstellbar und steuerbar sind. Eine erste Maßnahme besteht darin, dass ein Aufheizen des ersten Drei-Wege-Katalysators 12 mittels Momentenreserve realisiert wird. In this exemplary embodiment, two motor measures are provided, which can be set and controlled via a
Der Verbrennungsmotor M, der von der Motorsteuerung 30 gesteuert wird, hat im Leerlauf des Verbrennungsmotors M eine Momentenreserve inne. Durch die Momentenreserve können Drehzahlschwankungen des Verbrennungsmotors M vermieden werden. Drehzahlschwankungen können beispielsweise bei Lastaufschaltung, die beispielsweise durch eine Klimaanlage, die Lenkung und/oder durch den Betrieb eines Fensterhebers entstehen, hervorgerufen werden.Internal combustion engine M, which is controlled by
Die Momentenreserve wird durch das stationäre Aufschalten einer vergrößerten Verbrennungsluftmasse in Verbindung mit einer Neutralisierung des zusätzlichen Moments durch wirkungsgradverschlechternde, verspätete Zündwinkel realisiert. Auf diese Weise erhöht sich zwar der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors M, es ist aber auch möglich, eine Aufheizung des motornahen Drei-Wege-Katalysators 12 zu erzielen.The torque reserve is achieved by stationary injection of an increased combustion air mass in conjunction with neutralization of the additional torque through delayed ignition angles that degrade efficiency. Although this increases the fuel consumption of the internal combustion engine M, it is also possible to heat up the three-way
Eine weitere motorische Maßnahme zur Aufheizung des ersten Drei-Wege-Katalysators 12 besteht in einer Kombination von Sekundärlufteinblasung und motorischem Fettbetrieb. Sekundärluft in der Abgasleitung des Verbrennungsmotors M reduziert den Gehalt an Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen durch Nachverbrennung. Die Temperaturen der Nachverbrennung liegen im Bereich von etwa 500°C bis 700°C. Bei der Nachverbrennung entsteht Wasser und Kohlendioxid. Aufgrund der chemischen Reaktionen, wird auch simultan die Abgastemperatur erhöht. Die erhöhte Abgastemperatur trägt dazu bei, dass der erste Drei-Wege-Katalysator 12 beim Starten eines Ottomotors entsprechend schneller aufgewärmt wird und schneller seine optimale Betriebstemperatur erreichtA further engine measure for heating the first three-way
Durch das schnelle Erreichen der Betriebstemperatur in der motornahen Abgasreinigungsvorrichtung 10 infolge der vorstehend beschriebenen motorischen Maßnahmen können die Lambdasonden 26, 27 bevorzugt als nicht-taupunktendefreie Sonden ausgeführt werden. Der Nachteil der gegenüber taupunktendefreien Sonden späteren Betriebsbereitschaft wird durch die motorischen Maßnahmen minimiert und die Vorteile der besseren Regeldynamik kann im betriebswarmen Zustand genutzt werden.Because the operating temperature is quickly reached in the exhaust
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Motornahe AbgasreinigungseinrichtungExhaust gas purification device close to the engine
- 1212
- Erster Drei-Wege-KatalysatorFirst three-way catalytic converter
- 1414
- Zweiter Drei-Wege-KatalysatorSecond three-way catalyst
- 1616
- Elektrische HeizvorrichtungElectric heater
- 1818
- Abgasnachbehandlungssystemexhaust aftertreatment system
- 2020
- Einlassinlet
- 2222
- Abgaskanalexhaust duct
- 2424
- Partikelfilterparticle filter
- 2626
- Erste LambdasondeFirst lambda probe
- 2727
- Zweite LambdasondeSecond lambda probe
- 2828
- Dritte LambdasondeThird lambda probe
- 3030
- Motorsteuerungengine control
- MM
- Verbrennungsmotorcombustion engine
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- WO 9934902 A1 [0005]WO 9934902 A1 [0005]
Claims (10)
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Applications Claiming Priority (1)
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Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999034902A1 (en) | 1998-01-09 | 1999-07-15 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Heatable catalytic converter arrangement having a water trap located upstream |
DE10065300A1 (en) | 2000-12-29 | 2002-07-04 | Bosch Gmbh Robert | Method for control of motor vehicle internal combustion engine has dwell angle and air intake regulated to allow stable catalytic reaction in exhaust |
DE10162115A1 (en) | 2001-11-16 | 2003-06-26 | Volkswagen Ag | Method and device for catalyst heating |
DE102010008048A1 (en) | 2009-02-23 | 2010-11-04 | GM Global Technology Operations, Inc., Detroit | Process for exhaust aftertreatment in an internal combustion engine |
DE102010008472A1 (en) | 2009-02-27 | 2010-12-09 | GM Global Technology Operations, Inc., Detroit | Torque model-based cold start diagnostic systems and methods |
DE102017118215A1 (en) | 2017-08-10 | 2019-02-14 | Volkswagen Ag | Exhaust gas aftertreatment system and method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine |
DE102019100754A1 (en) | 2019-01-14 | 2020-07-16 | Volkswagen Ag | Process for exhaust gas aftertreatment of a motor vehicle with hybrid drive and serial hybrid drive |
-
2021
- 2021-03-29 DE DE102021203097.1A patent/DE102021203097A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999034902A1 (en) | 1998-01-09 | 1999-07-15 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Heatable catalytic converter arrangement having a water trap located upstream |
DE10065300A1 (en) | 2000-12-29 | 2002-07-04 | Bosch Gmbh Robert | Method for control of motor vehicle internal combustion engine has dwell angle and air intake regulated to allow stable catalytic reaction in exhaust |
DE10162115A1 (en) | 2001-11-16 | 2003-06-26 | Volkswagen Ag | Method and device for catalyst heating |
DE102010008048A1 (en) | 2009-02-23 | 2010-11-04 | GM Global Technology Operations, Inc., Detroit | Process for exhaust aftertreatment in an internal combustion engine |
DE102010008472A1 (en) | 2009-02-27 | 2010-12-09 | GM Global Technology Operations, Inc., Detroit | Torque model-based cold start diagnostic systems and methods |
DE102017118215A1 (en) | 2017-08-10 | 2019-02-14 | Volkswagen Ag | Exhaust gas aftertreatment system and method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine |
DE102019100754A1 (en) | 2019-01-14 | 2020-07-16 | Volkswagen Ag | Process for exhaust gas aftertreatment of a motor vehicle with hybrid drive and serial hybrid drive |
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