DE19626836A1 - Diesel engine with nitrous oxide storage catalyser - has exhaust gas diverted along by-pass line during regeneration of catalyser by fuel injected into preceding electrically-heated catalyser - Google Patents
Diesel engine with nitrous oxide storage catalyser - has exhaust gas diverted along by-pass line during regeneration of catalyser by fuel injected into preceding electrically-heated catalyserInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Dieselbrennkraftmaschine mit NOx- Speicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine entsprechende Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15.The invention relates to a method for operating a diesel internal combustion engine with NOx Memory according to the preamble of claim 1 and a corresponding arrangement according to the preamble of claim 15.
Für Otto-Magermotoren sind NOx-Speicherkatalysatoren bekannt, die im mageren Betrieb die Stickoxide zunächst bis zur von der Katalysatorauslegung abhängigen Belastungsgrenze einlagern. Anschließend erfolgt ein kurzer stöchiometrischer oder leicht fetter Betrieb zur Regeneration des NOx-Speicherkatalysators, mit nachfolgend wieder magerer Betriebs weise. Der Rückhaltegrad dieser NOx-Speicherkatalysatoren ist sehr hoch, die gesamte NOx-Reduktion mit Speicherentladung und NOx-Umsetzung bei λ 1 beträgt bei Mager- Ottomotoren im Neuzustand < 90%. Prinzipiell sind solche NOx-Speicherkatalysatoren auch bei Dieselfahrzeugen einsetzbar, wobei eine gewisse größere Dimensionierung zur Kompensation der SOx-Einlagerungen vorteilhaft ist. Im Gegensatz zu Ottomotoren arbeiten Dieselmotoren jedoch stets mit Luftüberschuß, so daß während allen Betriebszuständen λ < 1 ist. Eine Beladung des NOx-Speicherkatalysators wäre somit zwar problemlos möglich, eine Regeneration durch Anfetten des Abgases mittels beispielsweise Einspritzung von Kraftstoff in den Abgasstrang würde aber einerseits zu einem nicht tolerierbaren Ver brauchsanstieg und andererseits, wegen des hohen Sauerstoffgehalts der Dieselabgase, zu einer hohen Oxidationswärme führen, da vor der Umsetzung des gespeicherten NOx der eingedüste Kraftstoff oxidiert wird. Hierdurch besteht die Gefahr einer Zerstörung des Kata lysators.NOx storage catalytic converters are known for lean lean-burn engines which operate in lean operation the nitrogen oxides initially up to the load limit dependent on the catalyst design store. This is followed by a short stoichiometric or slightly rich operation Regeneration of the NOx storage catalytic converter, with subsequent lean operation wise. The degree of retention of these NOx storage catalytic converters is very high, the whole NOx reduction with storage discharge and NOx conversion at λ 1 for lean Petrol engines in new condition <90%. In principle, such NOx storage catalysts are also can be used in diesel vehicles, with a certain larger dimension for Compensation of SOx inclusions is advantageous. In contrast to gasoline engines work Diesel engines, however, always with excess air, so that λ <during all operating conditions 1 is. Loading the NOx storage catalytic converter would thus be possible without any problems, regeneration by enriching the exhaust gas by means of, for example, injection of Fuel in the exhaust system would, on the one hand, become an intolerable ver consumption increase and on the other hand, due to the high oxygen content of the diesel exhaust a high heat of oxidation, because before the stored NOx is converted injected fuel is oxidized. This creates the risk of kata destruction lysators.
Aus der DE 43 42 062 A ist eine Abgasreinigungsvorrichtung für Dieselbrennkraftmaschinen bekannt, bei der der NOx-Speicher zum Regenerieren vom Abgasstrom abgesperrt wird. Dies geschieht regelmäßig dann, wenn der Speicher seine Kapazität erreicht hat. Um während des Regenerierens weiterhin keine NOx-Emissionen zu haben, wird der Abgas strom über einen zweiten NOx-Speicher geführt. Alternativ wird der Abgasstrom gedrosselt und ein komplizierter Regenerierungsalgorithmus eingeleitet. Hierbei ist die Funktionssicher heit problematisch. Außerdem bedingt die Verdoppelung des NOx-Speichers einen erhebli chen Aufwand, wobei trotz des Aufwands nur bedingt eine gute Abgasreinigung erreicht wird.DE 43 42 062 A describes an exhaust gas purification device for diesel internal combustion engines is known in which the NOx storage is blocked for regeneration from the exhaust gas flow. This happens regularly when the memory has reached its capacity. Around during the regeneration still have no NOx emissions, the exhaust gas current via a second NOx storage. Alternatively, the exhaust gas flow is throttled and initiated a complicated regeneration algorithm. Here, the function is reliable problematic. In addition, the doubling of the NOx storage requires a considerable amount Chen effort, although good exhaust gas purification is only partially achieved despite the effort becomes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dieselbrennkraftmaschine mit einem einfachen NOx-Speichersystem auszurüsten, wobei gute Abgasreinigungswerte erzielt wer den sollen. Aufgabe ist auch ein entsprechendes Verfahren.The object of the present invention is to provide a diesel internal combustion engine with a to equip a simple NOx storage system, with good emission control values being achieved that should. A corresponding procedure is also a task.
Bei dem eingangs beschriebenen Verfahren wird diese Aufgabe gelöst mit den kennzeich nenden Maßnahmen des Anspruchs 1 und/oder 3; bei der Dieselbrennkraftmaschine wird die Aufgabe gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 15.In the method described in the introduction, this object is achieved with the characteristics measures of claim 1 and / or 3; in the diesel engine solved the problem with the characterizing features of claim 15.
NOx-Speicherkatalysatoren enthalten beispielsweise Oxide bzw. Carbonate der Alkali, Erdalkali und/oder Seltenerdmetallen, die bei Durchströmung mit einem mageren Abgas Stickoxide in Form von Nitrat oder Nitrit einlagern und bei Durchströmung mit stöchiometri schem oder fettem Abgas diese wieder freisetzen, wobei in einer mit 3-Wege-Katalysatoren vergleichbaren Arbeitsweise bei der Reduktion der Stickoxide zu Stickstoff Kohlenwasser stoffe zu Wasser und Kohlendioxid oxidiert werden. Ein solcher üblicher NOx-Speicher katalysator, wie er auch in der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann, ist in der DE 43 42 062 A beschrieben.NOx storage catalysts contain, for example, oxides or carbonates of the alkali, Alkaline earth and / or rare earth metals that flow through with a lean exhaust gas Store nitrogen oxides in the form of nitrate or nitrite and flow through with stoichiometry chemical or rich exhaust gas release them again, in one with 3-way catalytic converters comparable procedure for the reduction of nitrogen oxides to nitrogen hydrocarbon substances are oxidized to water and carbon dioxide. Such a conventional NOx storage catalyst, as it can also be used in the present invention, is in the DE 43 42 062 A described.
Erfindungsgemäß wird beim Eindüsen von Kraftstoff (oder Durchleiten von Abgasen mit hohem oxidierbaren Anteil) die Oxidationskatalysatorwirkung des NOx-Speichers ausgenutzt oder diesem ein Oxidationskatalysator vorgeschaltet, in dem in Gegenwart von Sauerstoff die oxidierbaren Bestandteile (Kraftstoff) unter Wärmeentwicklung oxidiert werden, um den NOx-Speicher aufzuheizen. Dies ist insbesondere bei wirkungsgradoptimierten Diesel motoren und besonders bei Turboaufladung zweckmäßig, da hier hohe Abgasmassenströme bei geringen Temperaturen vorliegen. Bei solchen Dieselmotoren kann während Schwach lastphasen die für die NOx-Speicherung erforderliche Mindesttemperatur (üblicherweise mindestens 200°C) unterschritten werden. Ferner verstreicht auch beim Kaltstart (kalter Katalysator) stets eine gewisse Zeit bis zum Erreichen dieser Mindesttemperatur. Durch die beschriebene Maßnahme wird eine zusätzliche NOx-Speicherheizung zur Verfügung gestellt, die sowohl die Aufheizzeit verkürzt als auch bei zu geringen Abgastemperaturen beim Betrieb der Brennkraftmaschine hinreichende Katalysatortemperaturen gewährleistet. In einer weiteren Ausführungsform kann dies auch mit einem Brenner erreicht werden. Üblicherweise haben Brenner für Dieselkraftstoff eine leicht magere Abstimmung, so daß zur Regeneration des NOx-Speichers eine zusätzliche Kraftstoffeindüsung erforderlich ist. Falls durch brennerseitige Maßnahmen auch ein Betrieb bei λ < 1 zumindest kurzzeitig möglich ist, kann diese Eindüsung entfallen.According to the invention, when fuel is injected (or exhaust gases are passed through) high oxidizable portion) exploited the oxidation catalyst effect of the NOx storage or upstream of this an oxidation catalyst in which in the presence of oxygen the oxidizable constituents (fuel) are oxidized to generate heat Heating up NOx storage. This is particularly the case with efficiency-optimized diesel engines and especially useful for turbocharging, because here high exhaust gas mass flows exist at low temperatures. Such diesel engines can be weak during load phases the minimum temperature required for NOx storage (usually at least 200 ° C). Furthermore, even when cold starting (cold Catalyst) always a certain time until this minimum temperature is reached. Through the measure described, an additional NOx storage heater is available which both shortens the heating-up time and if the exhaust gas temperatures are too low sufficient catalyst temperatures guaranteed during operation of the internal combustion engine. In a further embodiment, this can also be achieved with a burner. Usually, burners for diesel fuel have a slightly lean vote, so that for Regeneration of the NOx storage requires an additional fuel injection. If Operation at λ <1 is possible at least for a short time due to burner-side measures this injection can be omitted.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die NOx-Speicherbeheizung auch mit einem E-Kat (elektrisch beheizter Katalysator) erfolgen. Elektrisch beheizte Vorkatalysatoren sind bei Ottomotoren seit längerem bekannt und erprobt. Bei Dieselmotoren ist die Verwendung eines Vollstrom-E-Kats nicht sinnvoll, da zum einen der Abgasmassenstrom wesentlich höher ist als bei Ottomotoren und überdies vergleichsweise geringe CO- und HC-Rohemis sionen zur katalytischen Verbrennung bereitstehen. Zur Erzielung der gleichen Wirksamkeit wie bei vergleichbaren Ottomotoren sind wegen der Auskühlung durch den hohen Abgas massenstrom sowie als Folge der geringen katalytischen Umsetzung insbesondere bei auf geladenen direkt einspritzenden Dieselmotoren E-Kat-Ströme von 300 bis 500 A bei 12 V erforderlich. Bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch der Einsatz einer E-Kat-Beheizung des NOx-Speichers möglich. In diesem Fall kann der E-Kat einerseits bei der Regeneration des NOx-Speichers betrieben werden, d. h. dem E-Kat werden über einen geringen Teil strom des Abgasstromes und/oder durch eine zusätzliche Lufteinblasung sauerstoffhaltige Gase zugeführt, die er mit zusätzlich eingedüstem Kraftstoff katalytisch unter Wärme entwicklung umsetzt. Die Gesamtheizleistung sowie das eventuell vorliegende Luft-Abgas teilstrom-Verhältnis wird durch die Kraftstoffeindüsung bestimmt. Durch diese Maßnahme wird einerseits der Sauerstoffanteil bei der Regeneration gesenkt (die Regeneration ist nur bei einem geringen Sauerstoffanteil im Gasstrom durch den Katalysator möglich) und andererseits wird die zur Regeneration erforderliche Temperatur sichergestellt. Darüber hin aus kann der E-Kat auch beim Durchführen des überwiegenden Teils des Abgasmassen stroms durch den NOx-Speicher (NOx-Speicher wirkt als Speicher) eingesetzt werden, hier bei ebenfalls mit Kraftstoffeindüsung, wobei bei dieser Verfahrensweise der E-Kat nur eine solche Temperatur erreichen muß, daß der eingedüste Kraftstoff oxidiert wird, wobei wiederum die entstehende Wärme zur Sicherung der notwendigen NOx-Speicherungs temperatur dient. Die Stromaufnahme eines solchen E-Kats, insbesondere im Teilstrom betrieb, kann mit ca. 30-60 A angesetzt werden und stellt somit gegenüber Otto-E-Kats geringere Anforderungen an das Bordnetz und die Ansteuerung.In a further embodiment, the NOx storage heater can also be equipped with an E-cat (electrically heated catalyst). Electrically heated pre-catalysts are included Gasoline engines have been known and tested for a long time. The use is with diesel engines a full-flow e-cat does not make sense, because on the one hand the exhaust gas mass flow is essential is higher than that of gasoline engines and, moreover, comparatively low CO and HC raw emissions ions are available for catalytic combustion. To achieve the same effectiveness as with comparable gasoline engines are due to the cooling due to the high exhaust gas mass flow and as a result of the low catalytic conversion, in particular at charged direct-injection diesel engines E-cat currents from 300 to 500 A at 12 V. required. In the present invention, however, the use of an E-cat heating of the NOx storage possible. In this case, the E-Kat can be used for regeneration the NOx storage are operated, d. H. the E-Kat will have a small part flow of the exhaust gas stream and / or oxygen-containing through an additional air injection Gases supplied, which he catalytically with additional fuel under heat development. The total heating output and any air exhaust gas that may be present Partial flow ratio is determined by the fuel injection. By this measure on the one hand the oxygen content is reduced during regeneration (the regeneration is only possible with a low oxygen content in the gas flow through the catalyst) and on the other hand, the temperature required for regeneration is ensured. Beyond that The E-Kat can also be used when carrying out the majority of the exhaust gas masses currents through the NOx storage (NOx storage acts as storage) can be used here also with fuel injection, with this procedure the E-cat only one must reach such temperature that the injected fuel is oxidized, whereby again the heat generated to secure the necessary NOx storage temperature serves. The current consumption of such an e-cat, especially in the partial flow operation, can be set at approx. 30-60 A and thus compares Otto-E-Kats less demands on the on-board electrical system and the control.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Dieselbrennkraftmaschine, bei dem der Abgasstrom der Dieselbrennkraftmaschine über einen NOx-Speicher geschickt wird, erfolgt die Regeneration vorteilhaft unter einem Teilabgasstrom oder unter völligem Aus schluß des Dieselabgasstroms, d. h. zumindest der überwiegende Anteil des Abgasstroms der Dieselbrennkraftmaschine wird bei der Regeneration des NOx-Speichers vor diesem abgezweigt.In the method according to the invention for operating a diesel internal combustion engine, in which the exhaust gas flow from the diesel engine is sent via a NOx accumulator, The regeneration advantageously takes place under a partial exhaust gas stream or with complete shutdown termination of the diesel exhaust stream, d. H. at least the majority of the exhaust gas flow The diesel engine is in front of the regeneration of the NOx storage branched off.
Vorteilhaft werden maximal 25% der während der Regeneration von der Dieselbrennkraft maschine ausgestoßenen Abgase und insbesondere werden maximal 10% des Abgas stroms bei der Regeneration durch den NOx-Speicher geleitet.A maximum of 25% of the diesel fuel during regeneration will be advantageous exhaust gases emitted by the machine and in particular a maximum of 10% of the exhaust gas during regeneration through the NOx storage.
Erfindungsgemäß wird der NOx-Speicher - anders als im Stand der Technik - vorteilhaft nicht erst dann regeneriert, wenn seine NOx-Speicherfähigkeit droht zu erschöpfen, sondern bereits gezielt bei bestimmten Betriebsbedingungen der Dieselbrennkraftmaschine. Diese Betriebsbedingungen sind solche mit einem durchschnittlich geringen NOx-Gehalt im Abgasstrom, wobei insbesondere Schubphasen, aber auch Leerlaufphasen geeignet sind. Ebenso kann die Regeneration auch temperaturbestimmt sein, wobei hier zwei Kriterien eine Rolle spielen, nämlich zum einen abnehmende Abgastemperatur und zum anderen das Unterschreiten eines vorbestimmten Temperaturwertes. Der vorbestimmte Temperaturwert kann ein Erfahrungswert sein, wobei insbesondere Temperaturwerte 200°C geeignet sind, er kann jedoch auch ein Wert sein, der sich nach der Speicherfähigkeit des NOx-Speichers in Abhängigkeit der Temperatur bestimmt, wobei hier auf die abnehmende NOx-Speicher fähigkeit mit abnehmender Temperatur abgestellt wird. Vorzugsweise erfolgt das Regenerie ren bei oder unterhalb einer Temperatur, bei der die NOx-Speicherfähigkeit auf 90% und insbesondere 80% der NOx-Speicherfähigkeit des NOx-Speichers bei 300°C abgesunken ist. Vorteilhafterweise liegt die Temperatur nicht unterhalb der Temperatur, bei der der NOx- Speicher noch mindestens 30% und insbesondere noch mindestens 40% seiner NOx- Speicherfähigkeit (bezogen auf 300°C) hat.According to the invention, the NOx storage device — unlike in the prior art — is advantageous not regenerated only when its NOx storage capacity threatens to exhaust, but instead already targeted at certain operating conditions of the diesel engine. This Operating conditions are those with an average low NOx content in the Exhaust gas flow, in particular overrun phases, but also idle phases are suitable. Likewise, the regeneration can also be temperature-determined, with two criteria here Play a role, namely the decreasing exhaust gas temperature and the other Falling below a predetermined temperature value. The predetermined temperature value can be an empirical value, in particular temperature values of 200 ° C. are suitable, however, it can also be a value that depends on the storage capacity of the NOx store determined depending on the temperature, whereby here the decreasing NOx storage ability is turned off with decreasing temperature. Regeneration is preferred ren at or below a temperature at which the NOx storage capacity to 90% and in particular 80% of the NOx storage capacity of the NOx storage at 300 ° C. is. The temperature is advantageously not below the temperature at which the NOx Store at least 30% and in particular at least 40% of its NOx Storage capacity (based on 300 ° C).
Bei einem Regenerieren unter diesen Betriebsbedingungen kann für den von dem NOx- Speicher gesperrten Abgasstrom auf eine NOx-Speicherung oder Drosselung in aller Regel verzichtet werden, da dieser Abgasstrom kaum NOx enthält. Ein Verzicht auf einen NOx- Speicher herkömmlicher Art kann hierbei sogar vorteilhaft sein, da der kalte Abgasstrom zu einer Abkühlung des NOx-Speichers führt, der hierdurch in seiner NOx-Speicherfähigkeit stark nach läßt. Aus diesem Grunde kann es auch vorteilhaft sein, wenn das Absperren andauert, bis mindestens eine der oben beschriebenen Bedingungen für das Absperren nicht mehr vorliegt.When regenerating under these operating conditions, the NOx Storage blocked exhaust gas flow on a NOx storage or throttling as a rule be dispensed with, since this exhaust gas stream contains hardly any NOx. A waiver of a NOx Storage of a conventional type can even be advantageous here because the cold exhaust gas flow increases a cooling of the NOx storage leads, which in this way in its NOx storage capacity strongly decreases. For this reason, it can also be advantageous if the shut-off continues until at least one of the shut-off conditions described above is no longer available.
Neben den oben beschriebenen Auswahlkriterien für den Beginn der Regeneration kann - wie bisher üblich - auch ein Regenerieren erfolgen, wenn die oben genannten Kriterien nicht vorliegen, der NOx-Speicher jedoch weitgehend oder vollständig erschöpft ist. Dies kann beispielsweise bei einer anhaltenden hohen Last der Dieselbrennkraftmaschine der Fall sein. Vorteilhaft fallen jedoch mindestens 50% und insbesondere mindestens 75% der Regene rierzeit beim durchschnittlichen Betrieb der Brennkraftmaschine unter die erfindungs gemäßen Kriterien.In addition to the selection criteria for the start of regeneration described above, - as usual so far - regeneration can also be carried out if the above criteria are not met are present, but the NOx storage is largely or completely exhausted. This can for example, with a sustained high load of the diesel engine. However, at least 50% and in particular at least 75% of the rain fall advantageously Rierzeit in the average operation of the engine under the Invention according to criteria.
Mit den besonderen Regenerierungsbedingungen der vorliegenden Erfindung wird erreicht, daß die kalten Abgase des an sich betriebswarmen Motors, die einen nur sehr geringen NOx-Anteil enthalten, den NOx-Speicher nicht auskühlen, so daß dieser seine NOx- Speicherfähigkeit behält, um bei einem anschließenden Anstieg des NOx im Abgas eine hohe Wirksamkeit zu besitzen.With the particular regeneration conditions of the present invention, that the cold exhaust gases of the engine, which is warm to operation, have a very low level Contain NOx, do not cool the NOx storage, so that it stores its NOx Retains its storage capacity in order to avoid a subsequent increase in NOx in the exhaust gas possess high effectiveness.
Zweckmäßigerweise wird zur Regeneration des NOx-Speichers vor diesen in die Abgas anlage Kraftstoff eingespritzt, der beim Durchströmen des NOx-Speichers wie oben beschrieben reagiert. Vorteilhaft wird hierbei der Abgasstrom so weit reduziert, daß er als Trägerstrom für den eingedüsten Kraftstoff ausreicht. Statt des Abgasstroms oder zusätzlich können auch Luft oder beispielsweise Brennerabgase als Trägerstrom für den eingedüsten Kraftstoff diesem und dem NOx-Speicher zugeführt werden. Statt der Kraftstoffeindüsung kann ein NOx-Reduktionsmittel auch auf andere Weise zugeführt werden, beispielsweise in Form von fetten Abgasen einer Brennvorrichtung, beispielsweise eines Brenners. Vorzugsweise wird jedoch die Kraftstoffeindüsung zur Regeneration eingesetzt, da diese verhältnismäßig wenig aufwendig und gut dosierbar ist.It is useful to regenerate the NOx storage in front of the exhaust gas System injected fuel, which flows through the NOx storage as above described reacts. Advantageously, the exhaust gas flow is reduced so far that it as Carrier current is sufficient for the injected fuel. Instead of the exhaust gas flow or additionally can also air or, for example, burner gases injected as a carrier stream for the Fuel this and the NOx storage are supplied. Instead of fuel injection a NOx reducing agent can also be supplied in another way, for example in Form of rich exhaust gases from a burner, for example a burner. However, the fuel injection is preferably used for regeneration, since this is relatively inexpensive and easy to dose.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sitzt der NOx-Speicher in einem ersten Zweig der Abgasanlage und bei der Regeneration wird der zumindest überwiegende Teil des vorlie genden Abgasstroms über einen zweiten Zweig unter Umgehung des NOx-Speichers geführt. In einer weiteren günstigen Ausgestaltung können die beiden Abgaszweige wieder nach dem NOx-Speicher vereinigt werden, wobei vorteilhaft in dem wiedervereinigten Teil der Abgasanlage weitere Abgasbehandlungen hinsichtlich Geräusch und/oder Abgasentgif tung vorgenommen werden. Insbesondere lassen sich in diesem wiedervereinigten Teil ein Oxidationskatalysator und/oder ein Rußfilter unterbringen. In dem zweiten Zweig kann vorteilhaft ein zweiter NOx-Speicher untergebracht sein, der gleich dem ersten NOx-Spei cher ausgebildet sein kann, vorzugsweise jedoch, insbesondere wenn die Regeneration des ersten NOx-Speichers bei geringem NOx-Gehalt im Abgasstrom je Zeiteinheit erfolgt, kann der zweite NOx-Speicher kleiner ausgeführt sein. Dieser zweite NOx-Speicher läßt sich analog dem ersten NOx-Speicher regenerieren, wenn durch den ersten NOx-Speicher überwiegende Teile (analog wie oben beschrieben) des Abgasstroms geführt werden. In einer weiteren Ausgestaltung kann in dem zweiten Zweig auch ein Oxidationskatalysator untergebracht sein, der dann aufgrund seiner Nähe zum Motor schneller anspringt als ein in dem zusammengeführten Teil der Abgasanlage untergebrachter Oxidationskatalysator. Da auch der NOx-Speicher im mageren Abgas eine Wirkung als Oxidationskatalysator hat, ist eine Oxidation von CO und HC während des NOx-Speicherns und der Regeneration des NOx-Speichers stets sichergestellt. Die Verwendung eines Oxidationskatalysators im zusammengeführten Teil der Abgasanlage bringt insbesondere bei der Regeneration und bei hoher Motorlast den Vorteil, daß zwei Oxidationskatalysatoren (NOx-Speicher und Oxida tionskatalysator im zusammengeführten Teil) hintereinander geschaltet sind und somit eine besonders effektive CO- und HC-Reinigung stattfindet.In an advantageous embodiment, the NOx storage is located in a first branch of the Exhaust system and during regeneration, the at least predominant part of the exhaust gas flow via a second branch bypassing the NOx storage guided. In a further advantageous embodiment, the two exhaust branches can again be combined after the NOx storage, being advantageous in the reunited part the exhaust system further exhaust treatment with regard to noise and / or exhaust gas detox tion can be made. In particular, get involved in this reunited part Place the oxidation catalyst and / or a soot filter. In the second branch you can advantageously be housed a second NOx storage, which is the same as the first NOx storage cher can be formed, but preferably, especially if the regeneration of first NOx storage takes place with a low NOx content in the exhaust gas stream per unit of time the second NOx accumulator can be made smaller. This second NOx store can be regenerate analogously to the first NOx store, if through the first NOx store predominant parts (analogous to that described above) of the exhaust gas flow. In In a further embodiment, an oxidation catalyst can also be provided in the second branch be housed, which then starts faster than an in due to its proximity to the engine oxidation catalyst housed in the merged part of the exhaust system. There the NOx storage in the lean exhaust gas also has an effect as an oxidation catalyst oxidation of CO and HC during NOx storage and regeneration of the NOx storage always ensured. The use of an oxidation catalyst in the merged part of the exhaust system brings in particular in the regeneration and high engine load the advantage that two oxidation catalysts (NOx storage and Oxida tion catalyst in the merged part) are connected in series and thus a particularly effective CO and HC cleaning takes place.
Die Heizsysteme bieten den Vorteil, daß neben der Beheizung des NOx-Speichers auch das Aufheizverhalten eines nachgeschalteten Oxidationskatalysators verbessert wird. Vorteilhaft können beide Heizsysteme auch Wärme zur Regeneration möglicher Sulfateinlagerungen in dem NOx-Speicher und zum Regeneration eines nachgeschalteten Partikelfilters (Rußfilter) zur Verfügung stellen. So kann beispielsweise durch den Brenner bzw. den E-Kat mit Kraftstoffeindüsung eine Temperatur von oberhalb 700°C im Gasstrom durch den NOx- Speicher erreicht werden, wodurch Sulfateinlagerungen bei Lambden < 1 entfernt werden. Zweckmäßigerweise wird eine so hohe Temperatur nur bei Bedarf oder, falls der nur schwer feststellbar ist, nach einer festgelegten Zahl von NOx-Speicherregenerationen (NOx-Entfer nung) durchgeführt werden. Hierdurch wird das System nicht zu stark belastet. Die Sulfat regeneration kann beispielsweise bei jeder zehnten, zwanzigsten oder auch fünfzigsten NOx-Regeneration stattfinden.The heating systems offer the advantage that in addition to heating the NOx storage device, that too Heating behavior of a downstream oxidation catalyst is improved. Advantageous Both heating systems can also use heat to regenerate possible sulfate deposits the NOx storage and for the regeneration of a downstream particle filter (soot filter) provide. For example, with the burner or e-cat Fuel injection a temperature of above 700 ° C in the gas flow through the NOx Storage can be achieved, whereby sulfate deposits at lambda <1 are removed. Such a high temperature is expediently only when necessary or, if only with difficulty can be determined after a specified number of NOx storage regenerations (NOx removal tion). As a result, the system is not overloaded. The sulfate Regeneration can occur every tenth, twentieth or even fiftieth NOx regeneration take place.
Vorteilhaft erfolgt die Regeneration des NOx-Speichers - wie oben ausgeführt - bei einem geringen NOx-Gehalt im Abgasstrom je Zeiteinheit, d. h. insbesondere in Schubphasen und ggf. (je nach Dieselkraftmaschine) auch/oder in Leerlaufphasen. Diese Phasen machen bei dem üblichen Betrieb eines Kraftfahrzeuges einen hohen Zeitanteil aus, wobei hier die NOx- Emissionen nur bei etwa 10% liegen. Die nachfolgende Tabelle zeigt den Zeitanteil und die NOx-Emissionen bei einem VW Golf III mit 66 kW Turbodiesel-Direkteinspritzermotor im MVEG-Zyklus.The regeneration of the NOx store advantageously takes place - as explained above - in one low NOx content in the exhaust gas stream per unit of time, d. H. especially in overrun phases if necessary (depending on the diesel engine) also / or in idle phases. These phases contribute the usual operation of a motor vehicle from a high proportion of time, the NOx Emissions are only around 10%. The table below shows the percentage of time and the NOx emissions from a VW Golf III with a 66 kW turbo diesel direct injection engine in the MVEG cycle.
Hieraus ist ersichtlich, daß wenn ausschließlich im Schubbetrieb der NOx-Speicher regene riert wird (ggf. auch mit gewissen Anteilen im Leerlaufbetrieb), praktisch keine NOx-Emis sionen bzw. zumindest eine Reduzierung der NOx-Emissionen um etwa 90% erreichbar sind.From this it can be seen that if the NOx accumulator only regenerates in overrun mode is practically no NOx emissions (possibly also with certain proportions in idle mode) ions or at least a reduction in NOx emissions of around 90% are.
Die zu der Erfindung gehörende Dieselbrennkraftmaschine weist eine Abgasanlage auf, in der ein NOx-Speicher angeordnet ist. In Strömungsrichtung vor dem NOx-Speicher ist eine Abzweigung vorgesehen, durch die wahlweise zumindest ein Teil des Abgasstromes führbar ist. Der durch die Abzweigung geführte (Teil-)Strom strömt nicht durch den NOx-Speicher. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, die den Abgasstrom an der Abzweigung aufteilen. Diese Mittel enthalten eine Steuerung, die in Zusammenwirkung mit den Mitteln den Abgasstrom bei einer NOx-Speicherung zumindest überwiegend, vorzugsweise zu mindestens 75% und insbesondere zu mindestens 90% über den NOx-Speicher führt und zumindest zeitweilig bei der Regeneration des NOx-Speichers den überwiegenden Anteil des Abgasstroms, vorteilhaft zu mindestens 75% und insbesondere mindestens 90% des Abgasstromes über die Abzweigung an dem NOx-Speicher vorbeiführt. Erfindungsgemäß ist dem NOx-Speicher ein Oxidationskatalysator vorgeschaltet, bzw. der NOx-Speicher hat die Eigenschaften eines Oxidationskatalysators, wobei der Oxidationskatalysator insbesondere elektrisch beheizbar ist und der Erwärmung des NOx-Speichers dient. Die Kriterien für das Abzweigen des Abgasstromes sind hierbei vorteilhaft die des oben beschriebenen Verfahrens.The diesel internal combustion engine belonging to the invention has an exhaust system, in which is arranged a NOx storage. In the direction of flow in front of the NOx accumulator Branch is provided, through which at least part of the exhaust gas flow can optionally be guided is. The (partial) current led through the branch does not flow through the NOx storage. Means are also provided which divide the exhaust gas flow at the junction. This Means contain a controller that, in cooperation with the means, the exhaust gas flow with NOx storage at least predominantly, preferably at least 75% and leads in particular to at least 90% via the NOx storage and at least temporarily the regeneration of the NOx storage, the major part of the exhaust gas flow, advantageous to at least 75% and in particular at least 90% of the exhaust gas flow the branch past the NOx storage. According to the NOx storage an oxidation catalyst upstream, or the NOx storage has the properties of Oxidation catalyst, the oxidation catalyst in particular electrically heated is and serves to heat the NOx storage. The criteria for branching the Exhaust gas stream are advantageous here that of the method described above.
Die Dieselbrennkraftmaschine enthält vorteilhaft weiterhin noch die oben beim Verfahren beschriebenen Elemente. Die Vorrichtung und das Verfahren finden vorzugsweise Einsatz in einem Kraftfahrzeug.The diesel internal combustion engine advantageously also contains the above in the process described elements. The device and the method are preferably used in a motor vehicle.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher beschrieben.The invention is explained in more detail below with the aid of exemplary embodiments and drawings described.
Es zeigenShow it
Fig. 1 eine Abgasreinigung mit NOx-Speicher und Oxidationskatalysator; Fig. 1 with an exhaust gas purifying NOx trap and the oxidation catalyst;
Fig. 2 die Abgasreinigung gemäß Fig. 1 mit einem Brenner; FIG. 2 shows the exhaust gas purification according to FIG. 1 with a burner;
Fig. 3 die Abgasreinigung gemäß Fig. 1 mit einem E-Kat; Fig. 3, the exhaust gas purification according to Figure 1 with an E-Cat.;
Fig. 4 eine Abgasreinigung mit zwei NOx-Speichern; FIG. 4 shows an exhaust gas purifying NOx with two memories;
Fig. 5 die Abgasreinigung gemäß Fig. 4 mit einem Brenner; Fig. 5, the exhaust gas purification according to Fig 4 with a burner.
Fig. 6 die Abgasreinigung gemäß Fig. 4 mit E-Kat; und Fig. 6 is the exhaust gas purification according to Figure 4, E-Cat.; and
Fig. 7 ein NOx-Abgastemperatur-Diagramm. Fig. 7 is a NOx exhaust gas temperature diagram.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Abgasanlage 1 werden die Abgase von einer (nicht dargestellten) Dieselbrennkraftmaschine (Selbstzünder) über einen Turbolader 2 zu einer Abgasweiche 3 geführt. Die Abgasweiche 3 weist zwei Klappen auf, die wechselseitig offen bzw. geschlossen sind. Hierdurch werden ein erster Zweig 4 oder ein zweiter Zweig 5 der Abgasanlage 1 für den Abgasstrom freigegeben. Dargestellt ist eine Freigabe des ersten Zweigs 4, in den in Strömungsrichtung gesehen (Pfeil) nach der Abgasweiche 3 eine Kraft stoffeindüsung 6 mündet. Weiter in Strömungsrichtung abwärts von der Kraftstoffeindüsung 6 ist ein NOx-Speicherkatalysator in den ersten Zweig 4 eingesetzt, der in Strömungsrich tung für den Abgasstrom durchlässig ist und im wesentlichen vom gesamten Abgasstrom, der durch den ersten Zweig 4 geführt wird, durchströmt wird. Weiter stromabwärts ist nach dem NOx-Speicherkatalysator 7 eine Lambda- und/oder Temperatursonde in den ersten Zweig 4 geführt. Strom abwärts von der Sonde 8 werden die beiden Zweige 4 und 5 wieder vereinigt 9 (auch hier könnte die Abgasweiche vorgesehen sein), so daß der gesamte Abgasstrom durch ein Endrohr 10 der Abgasanlage geführt wird. Nach dem Endrohr 10 kön nen noch Schalldämpfer oder andere Teile von Abgasanlagen angeschlossen sein.In the embodiment shown in FIG. 1, the exhaust system 1, the exhaust gases (not shown) guided by a diesel engine (compression-ignition engine) via a turbocharger 2 to an exhaust filter 3. The exhaust switch 3 has two flaps that are alternately open or closed. This releases a first branch 4 or a second branch 5 of the exhaust system 1 for the exhaust gas flow. Shown is a release of the first branch 4 , in the seen in the direction of flow (arrow) after the exhaust switch 3 a fuel injection 6 opens. Further in the flow direction downward from the fuel injector 6 , a NOx storage catalytic converter is used in the first branch 4 , which is permeable to the exhaust gas flow in the flow direction and essentially flows through the entire exhaust gas flow which is passed through the first branch 4 . Further downstream, a lambda and / or temperature probe is guided into the first branch 4 after the NOx storage catalytic converter 7 . Downstream from the probe 8 , the two branches 4 and 5 are reunited 9 (the exhaust gas separator could also be provided here), so that the entire exhaust gas flow is led through an end pipe 10 of the exhaust system. After the tail pipe 10 nen muffler or other parts of exhaust systems can still be connected.
In dem zweiten Zweig 5 und/oder im Endrohr 10 können Oxidationskatalysatoren 11 und 12 vorgesehen sein.Oxidation catalysts 11 and 12 can be provided in the second branch 5 and / or in the tail pipe 10 .
Bei dieser Abgasanlage 1 wird über die zwei alternierend gekoppelten Klappen 3 jeweils nur ein Zweig der parallel laufenden Abgasstränge 4 und 5 freigegeben. Während Beschleu nigungsvorgängen der Brennkraftmaschine und in Konstantfahrphasen ist der erste Zweig 4 geöffnet, so daß der Abgasstrom zunächst den NOx-Speicherkatalysator 7 durchströmt, in dem anfallende Stickoxide eingelagert werden. Überdies wirkt der NOx-Speicherkat in dem mageren Dieselabgas als Oxidationskatalysator, so daß gleichzeitig eine CO- und HC- Umsetzung stattfindet. Sofern diese nicht ausreichend ist, wird zusätzlich noch der Oxida tionskatalysator 12 vorgesehen. In einer anschließenden Schub- und ggf. auch Leerlauf phase der Dieselbrennkraftmaschine wird die Abgasweiche 3 umgeschaltet, so daß der erste Zweig 4 geschlossen und der zweite Zweig 5 geöffnet ist. Sofern bei diesen Betriebsphasen zuviel CO und/oder HC im Abgas ist, kann hier in den zweiten Zweig 5 der Oxidationskatalysator 11 - insbesondere wenn kein Oxidationskatalysator 12 vorgesehen ist - eingesetzt werden.In this exhaust system 1 , only one branch of the exhaust gas lines 4 and 5 running in parallel is released via the two alternately coupled flaps 3 . During acceleration processes of the internal combustion engine and in constant driving phases, the first branch 4 is opened, so that the exhaust gas stream first flows through the NOx storage catalytic converter 7 , in which nitrogen oxides are stored. In addition, the NOx storage cat acts as an oxidation catalyst in the lean diesel exhaust gas, so that a CO and HC conversion takes place simultaneously. If this is not sufficient, the oxidation catalyst 12 is additionally provided. In a subsequent overrun and possibly also idle phase of the diesel engine, the exhaust switch 3 is switched so that the first branch 4 is closed and the second branch 5 is open. If there is too much CO and / or HC in the exhaust gas during these operating phases, the oxidation catalytic converter 11 can be used here in the second branch 5 , in particular if no oxidation catalytic converter 12 is provided.
Die Abgasweiche 3 schließt zumindest den zweiten Zweig 5 möglichst vollständig vom Abgasstrom ab wenn der erste Zweig 4 geöffnet ist, anders herum wird der erste Zweig 4 vorzugsweise nur weitgehend vom Abgasstrom abgeschlossen, so daß auch bei offenem zweiten Zweig 5 ein kleiner Teilstrom des Abgasstroms durch den ersten Zweig 4 strömt. Diese Grundströmung dient als Raumgeschwindigkeit (Mindestdurchströmung) um über die Kraftstoffeindüsung 6 eingedüsten Kraftstoff durch den NOx-Speicherkatalysator 7 zu beför dern. Alternativ oder zusätzlich kann mit der Kraftstoffeindüsung auch eine Luftzufuhr erfol gen, die wiederum zum Erreichen der Mindestdurchströmung des NOx-Speicherkatalysators 7 dient. Der eingedüste Kraftstoff setzt sich in dem NOx-Speicherkatalysator 7 zum Teil unter Erwärmung desselben mit dem im Grundstrom noch vorhandenen Sauerstoff um, die verbleibenden Kraftstoffanteile (HC) reagieren mit dem eingelagerten NOx zu Stickstoff, Wasser und Kohlendioxid. Das Ende dieser NOx-Umsetzung (und entsprechender Kraft stoffzudüsung) wird mit der Sonde 8 erkannt, die als Lambdasonde ein λ < 1 und als Tempe ratursonde einen Temperaturabfall (die Reaktion ist exotherm) registriert. Vorteilhaft werden beide Sonden eingesetzt und abgefragt. Eventuell bei dieser Umsetzung nicht verbrauchte HC-Bestandteile vermischen sich wieder mit dem Hauptabgasstrom, der durch den zweiten Zweig 5 strömt, und werden mit dem hierin enthaltenen Sauerstoff in dem Oxidationskataly sator 12 zu Wasser und CO₂ umgesetzt.The exhaust switch 3 closes at least the second branch 5 as completely as possible from the exhaust gas flow when the first branch 4 is open, the other way around, the first branch 4 is preferably only largely closed off from the exhaust gas flow, so that even with the second branch 5 open, a small partial flow of the exhaust gas flow through the first branch 4 flows. This basic flow serves as space velocity (minimum flow) in order to convey fuel injected via the fuel injection 6 through the NOx storage catalytic converter 7 . Alternatively or additionally, an air supply can also take place with the fuel injection, which in turn serves to achieve the minimum flow rate of the NOx storage catalytic converter 7 . The injected fuel converts in the NOx storage catalytic converter 7, partly by heating the same, with the oxygen still present in the base stream, the remaining fuel components (HC) react with the stored NOx to form nitrogen, water and carbon dioxide. The end of this NOx conversion (and corresponding fuel injection) is detected with the probe 8 , which registers a λ <1 as a lambda probe and a temperature drop as the temperature probe (the reaction is exothermic). Both probes are advantageously used and queried. Possibly not used in this implementation HC components mix again with the main exhaust gas stream which flows through the second branch 5 , and are converted with the oxygen contained therein in the Oxidationskataly sator 12 to water and CO₂.
Nach der Regeneration des NOx-Speichers 7 kann die Abgasweiche 3 wieder umgestellt werden, so daß der Abgasstrom durch den ersten Zweig 4 strömt, auch wenn die Diesel brennkraftmaschine sich noch im Schubbetrieb oder in einer Leerlaufphase befindet, so daß auch die hier gering anfallenden Stickoxide wieder gespeichert werden. Da der Regenerati onsvorgang in ca. 0,2 bis 20 sec. beendet ist, insbesondere in 0,5 bis 10 sec., besteht in einem normalen Kraftfahrzeugbetrieb genügend Zeit zur Regeneration im Schubbetrieb. Um auch bei lang anhaltenden Beschleunigungs- und Konstantfahrten eine weitgehende Beseitigung der Stickoxide sicherzustellen, kann eine Zeit- und/oder Dieselbrennkraft maschine-Betriebszustand-Steuerung vorgesehen werden, die dazu führt, daß zusätzlich zu dem oben beschriebenen Verfahren Regenerationszyklen stattfinden (beispielsweise auch während Konstantfahrten und/oder Beschleunigungen). Da die Regenerationszeit wesentlich kürzer ist als die Beladungszeit des NOx-Speicherkatalysators 7, wird auch hier eine weitgehende Säuberung von den Stickoxiden erreicht.After the regeneration of the NOx accumulator 7 , the exhaust gas switch 3 can be switched over again, so that the exhaust gas stream flows through the first branch 4 , even if the diesel engine is still in overrun mode or in an idling phase, so that the nitrogen oxides which are low here are also present be saved again. Since the regeneration process ends in approximately 0.2 to 20 seconds, in particular in 0.5 to 10 seconds, there is sufficient time for regeneration in overrun operation in normal motor vehicle operation. In order to ensure extensive elimination of the nitrogen oxides even during long acceleration and constant runs, a time and / or diesel internal combustion engine operating state control can be provided, which leads to regeneration cycles taking place in addition to the method described above (for example, also during constant runs and / or accelerations). Since the regeneration time is significantly shorter than the loading time of the NOx storage catalytic converter 7 , extensive cleaning of the nitrogen oxides is also achieved here.
Die in Fig. 2 dargestellte Abgasanlage 101 hat, wie auch an den Bezugszeichen zu erken nen ist, prinzipiell den gleichen Aufbau wie in Fig. 1 beschrieben. Zusätzlich ist hier ein Brenner 113 vorgesehen, dessen erhitzte Brennergase (Doppelpfeil) in Strömungsrichtung gesehen nach der Abgasweiche 3 in den ersten Zweig 4 eingeleitet werden. Mit dem Bren ner kann einerseits bei einem Fahrzeugkaltstart der kalte NOx-Speicherkatalysator 7 und der eventuell vorhandene Oxidationskatalysator 12 schnell auf Betriebstemperatur gebracht werden, andererseits kann auch bei Schwachlastphasen der Dieselbrennkraftmaschine (hier kann die Abgastemperatur deutlich unter 200° liegen) die für die NOx-Speicherung erforder liche Mindesttemperatur sichergestellt werden. Für den letzteren Zweck ist nur eine sehr geringe Brennerleistung erforderlich.The exhaust system 101 shown in FIG. 2, as can also be seen from the reference numerals, has in principle the same structure as described in FIG. 1. In addition, a burner 113 is provided here, the heated burner gases (double arrow), seen in the flow direction, are introduced into the first branch 4 after the exhaust gas switch 3 . With the Bren ner, the cold NOx storage catalytic converter 7 and the oxidation catalytic converter 12, if present, can be quickly brought up to operating temperature on the one hand when the vehicle is cold started, and on the other hand, even during low-load phases of the diesel internal combustion engine (here the exhaust gas temperature can be significantly below 200 °), the NOx Required minimum temperature can be ensured. Only a very low burner output is required for the latter purpose.
Da beim Betrieb des Brenners 113 mit Dieselkraftstoff eine leicht magere Abstimmung üblich ist, ist zur Regeneration des NOx-Speicherkatalysators 7 eine zusätzliche Kraftstoff eindüsung 106 - wie oben beschrieben - erforderlich. Falls durch brennerseitige Maßnahmen auch ein zumindest kurzfristiger Betrieb bei λ < 1 möglich ist, kann diese Eindüsung entfallen.Since a slightly lean tuning is common when operating the burner 113 with diesel fuel, an additional fuel injection 106 - as described above - is required for the regeneration of the NOx storage catalytic converter 7 . If at least short-term operation at λ <1 is also possible due to burner-side measures, this injection can be omitted.
Die in Fig. 3 dargestellte Abgasanlage 201 unterscheidet sich wiederum von der Abgas anlage 1 aus Fig. 1 nur geringfügig. Hier ist der Oxidationskatalysator 11 (der grundsätzlich optional ist) weggelassen und als Abgasweiche kommt eine Einklappenlösung 203 zum Ein satz. Außerdem ist vor dem NOx-Speicherkatalysator 7 ein E-Kat 214 (elektrisch geheizter Oxidationskatalysator) vorgesehen, der die Funktion des in Fig. 2 beschriebenen Brenners 113 übernimmt. Der E-Kat 214 kommt mit einer geringen Heizleistung (ca. 40 A bei 12 V) aus, da er im Betrieb nur die Temperatur erreichen muß, die notwendig ist damit zugedüster Kraftstoff oxidiert wird. Hierdurch tritt dann eine Selbsterwärmung ein, die mit dem Abgas strom an die nachfolgenden Katalysatoren abgegeben wird. Bei dieser Ausführungsform sollte bei der Regeneration möglichst wenig Sauerstoff in der Grundströmung vorhanden sein, damit sich der E-Kat hier nicht überhitzt, grundsätzlich kann der E-Kat (die Strom versorgung) bei der Regeneration abgeschaltet sein.The exhaust system 201 shown in FIG. 3 in turn differs only slightly from the exhaust system 1 from FIG. 1. Here the oxidation catalytic converter 11 (which is basically optional) is omitted and a flap solution 203 is used as an exhaust switch. In addition, an E-cat 214 (electrically heated oxidation catalytic converter) is provided in front of the NOx storage catalytic converter 7 and takes over the function of the burner 113 described in FIG. 2. The E-Kat 214 manages with a low heating output (approx. 40 A at 12 V), since in operation it only has to reach the temperature that is necessary to oxidize sprayed fuel. This then causes self-heating, which is released with the exhaust gas stream to the subsequent catalysts. In this embodiment, as little oxygen as possible should be present in the basic flow during the regeneration, so that the E-cat does not overheat here, in principle the E-cat (the power supply) can be switched off during the regeneration.
Bei den oben und nachfolgend beschriebenen Heizsystemen (Brenner und E-Kat) für den NOx-Speicherkatalysator 7 werden üblicherweise so wenig Brennergase und oder Kraftstoff zugeführt, daß die resultierende Temperatur im Abgas bei 250° bis 400°, insbesondere 300° bis 350° liegt.In the heating systems described above and below (burner and e-cat) for the NOx storage catalytic converter 7 , so little burner gas and or fuel are usually supplied that the resulting temperature in the exhaust gas is 250 ° to 400 °, in particular 300 ° to 350 ° .
In Fig. 4 ist eine Abgasanlage 301 dargestellt, die in beiden Zweigen 4 und 5 einen Speicherkatalysator 7 mit Kraftstoffeindüsung 6 und nachgeschalteter Sonde 8 aufweist; ein im Endrohr 10 nachgeschalteter Oxidationskatalysator (12) ist nicht dargestellt, kann aber vorgesehen werden. Auch hier ist der prinzipielle Ablauf wie in Fig. 1 beschrieben, mit dem Unterschied, daß bei einer gleichwertigen Auslegung der NOx-Katalysatoren 7 die Umschal tung der Abgasweiche 3 nicht durch die Fahrphasen, sondern allein durch Zeit und/oder dieselbrennkraftmaschinenbetriebszustandsabhängig erfolgt. Hinsichtlich der Speicher kapazität kann einer der NOx-Speicherkatalysatoren 7 auch schwächer ausgelegt werden, unter Berücksichtigung dieser geringeren Kapazität kann dann ebenfalls wie oben beschrie ben, aber auch nach der in Fig. 1 beschriebenen Regeneration in unterschiedlichen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine verfahren werde, wobei der schwächer ausgelegte NOx-Speicherkatalysator vorteilhaft in den Schub- und/oder Leerlaufphasen der Diesel brennkraftmaschine die NOx-Speicherung übernimmt, während der stärker ausgelegte NOx- Speicherkatalysator regeneriert wird. FIG. 4 shows an exhaust system 301 which has a storage catalytic converter 7 with fuel injection 6 and a downstream probe 8 in both branches 4 and 5 ; an oxidation catalytic converter ( 12 ) connected downstream in the end pipe 10 is not shown, but can be provided. Here, too, is the basic procedure as described in FIG. 1, with the difference that with an equivalent design of the NOx catalytic converters 7, the switching of the exhaust gas switch 3 is not dependent on the driving phases, but solely on the basis of time and / or the diesel engine operating state. With regard to the storage capacity, one of the NOx storage catalytic converters 7 can also be designed to be weaker, taking this lower capacity into account can also be carried out as described above, but also after the regeneration described in FIG. 1 in different operating phases of the internal combustion engine, the weaker designed NOx storage catalytic converter advantageously takes over the NOx storage in the overrun and / or idling phases of the diesel internal combustion engine, while the more strongly designed NOx storage catalytic converter is regenerated.
Auch eine solche Abgasanlage kann, wie in Fig. 5 mit 401 dargestellt, mit einem Brenner system 413 ausgerüstet werden. Zur getrennten Versorgung der beiden Zweige 4 und 5 mit den erhitzten Brennergasen werden diese über ein Klappensystem 415 je nach Betriebs zustand in den Zweigen 4 und 5 diesen getrennt zugeführt. Hierdurch kommt man mit einer Kraftstoffeindüsung 406 aus. Sofern der Brenner nicht nur zur Regeneration der NOx- Speicherkatalysator 7 eingesetzt wird (falls hierbei auch Sulfateinlagerungen entfernt werden sollen, muß die Regenerationstemperatur auf oberhalb 700°C angehoben werden), erfolgt die Steuerung der Verteilerklappen 415 entsprechend so, daß jeder Zweig die für ihn günstige Wärme und Kraftstoffmenge bekommt.Such an exhaust system can, as shown in FIG. 5 with 401 , be equipped with a burner system 413 . For separate supply of the two branches 4 and 5 with the heated burner gases, these are fed separately via a flap system 415 depending on the operating state in the branches 4 and 5 . This makes it possible to use a fuel injection 406 . If the burner is not only used for the regeneration of the NOx storage catalytic converter 7 (if sulfate deposits are also to be removed here, the regeneration temperature must be raised to above 700 ° C.), the distribution flaps 415 are controlled accordingly so that each branch has the required for it gets cheap heat and fuel.
In Fig. 6 ist eine entsprechend Fig. 4 und 5 aufgebaute Abgasanlage 501 dargestellt, die statt mit einem Brennersystem mit E-Katalysatoren 414 ausgerüstet ist. Prinzipiell ist die Funktion hier wie in Fig. 5 beschrieben, wobei hier wiederum individuelle Kraftstoff eindüsungen 6 vorgesehen sind. Auch wird hier nur eine Lambdasonde 8 eingesetzt, die die in Fig. 1 beschriebene Funktion erfüllt. Hier ist außerdem wiederum ein Oxidationskatalysa tor 12 in dem Endrohr 10 vorgesehen um insbesondere eine Oxidation von eventuell zuviel eingedüstem Kraftstoff sicherzustellen. FIG. 6 shows an exhaust system 501 constructed in accordance with FIGS. 4 and 5, which is equipped with E-catalysts 414 instead of a burner system. In principle, the function here is as described in FIG. 5, here again individual fuel injections 6 are provided. Here too, only one lambda probe 8 is used, which fulfills the function described in FIG. 1. Here, in addition, an oxidation catalytic converter 12 is also provided in the end pipe 10 in order to ensure in particular oxidation of possibly too much injected fuel.
Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Abgastempera tur und dem NOx-Ausstoß der Dieselbrennkraftmaschine besteht. Bei einem Absinken der Abgastemperatur auf 200°C (dieser Wert kann je nach Dieselbrennkraftmaschine etwas variieren, wobei bei kleinen Temperaturen immer der beschriebene Effekt vorliegt) ist der NOx-Ausstoß besonders gering (bei betriebswarmer Brennkraftmaschine), so daß hier eine weitere Befreiung der Abgase von den Stickoxiden bezüglich der Gesamtemission an Stickoxiden nahezu ohne Bedeutung ist ( 10%). Entsprechen kann bei einem Absinken der Abgastemperatur unterhalb 200°C, bzw. auf Werte, bei denen eine nur geringe NOx- Emission gegeben ist, der NOx-Speicher vom Abgasstrom getrennt und regeneriert werden. Im normalen Fahrbetrieb liegen genügend solcher Phasen mit niedrigeren Abgastemperatu ren vor, insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen mit einem hohen Wirkungsgrad, wie es bei Turbodieseldirekteinspritzern der Fall ist. Entsprechend eignet sich die vorliegende Erfindung insbesondere bei solchen Dieselaggregaten.From Fig. 7 it can be seen that there is a clear connection between the exhaust gas temperature and the NOx emissions of the diesel engine. If the exhaust gas temperature drops to 200 ° C (this value can vary somewhat depending on the diesel engine, whereby the described effect is always present at low temperatures), the NOx emissions are particularly low (with the engine at operating temperature), so that the exhaust gases are further freed of nitrogen oxides is almost insignificant with regard to the total emission of nitrogen oxides (10%). If the exhaust gas temperature drops below 200 ° C, or to values at which there is only a small NOx emission, the NOx storage can be separated from the exhaust gas stream and regenerated. In normal driving, there are enough such phases with lower exhaust gas temperatures, especially in diesel engines with high efficiency, as is the case with turbo diesel direct injection engines. Accordingly, the present invention is particularly suitable for such diesel units.
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