EP3701132A1 - Brennkraftmaschine mit einer abgasanlage - Google Patents

Brennkraftmaschine mit einer abgasanlage

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EP3701132A1
EP3701132A1 EP18773943.8A EP18773943A EP3701132A1 EP 3701132 A1 EP3701132 A1 EP 3701132A1 EP 18773943 A EP18773943 A EP 18773943A EP 3701132 A1 EP3701132 A1 EP 3701132A1
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EP
European Patent Office
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internal combustion
combustion engine
exhaust gas
exhaust system
exhaust
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Withdrawn
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EP18773943.8A
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Stephan Rubbert
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine having an exhaust system with the features of the preamble of patent claim 1.
  • the technical environment is, for example, the German
  • an exhaust system for internal combustion engines with particle filter is known.
  • the exhaust system for an internal combustion engine has an exhaust line, which is connectable to an outlet side of the internal combustion engine, wherein in the exhaust system in the downstream direction
  • At least one catalyst is arranged and this is followed by a particle filter.
  • a secondary air inlet opening for introducing secondary air via at least one controllable valve into the exhaust gas line is provided in the exhaust gas line upstream of the particle filter and the secondary air is compressed air.
  • the secondary air is a partial flow of
  • Exhaust system wherein the secondary air inlet opening is arranged in the flow direction of the exhaust gas to the particle filter in the exhaust system.
  • Object of the present invention is to eliminate the CO emission as completely as possible and to oxidize in CO2.
  • the internal combustion engine can continue to be operated with a mixture enrichment and the CO are oxidized via the oxidation catalyst. Since the oxidation of the
  • the second emission control system should be as far away from the Internal combustion engine are installed, z. B. integrated in the
  • the exhaust gas temperature can be lowered as far as possible when entering the second emission control device.
  • the secondary air should be taken after the turbocharger compressor and before the intercooler.
  • the secondary air mass flow can be adjusted by the wastegate of the exhaust gas turbocharger and the throttle valve fresh air side.
  • the secondary air can also be provided by an electric compressor (e-booster).
  • the second emission control system can also be designed as a particle filter.
  • the secondary air system may be further used to regenerate a particulate filter.
  • Exhaust gas turbocharger and the throttle valve may be arranged in the secondary air line and a valve.
  • the first emission control system is preferably a three-way catalytic converter or a NOx storage catalytic converter.
  • the second emission control system may also be an SCR catalytic converter (Selective Catalytic Reduction).
  • the internal combustion engine can continue to be operated with a mixture enrichment in thermally critical map areas, without causing a high CO emission. With the mixture enrichment, the internal combustion engine can continue
  • the filter can be regenerated largely independent of the operating condition of the internal combustion engine, since the required
  • Oxygen excess can be effected by the secondary air system.
  • the invention is explained in more detail below with reference to an embodiment in a single figure.
  • Figure 1 shows schematically an internal combustion engine with an exhaust system.
  • FIG 1 shows schematically an internal combustion engine 1 with an exhaust system 2.
  • the exhaust system 2 is used for discharging exhaust gas
  • the exhaust gas flows first through a turbine 3 of an exhaust gas turbocharger and further through an exhaust pipe and through a first emission control system 4.
  • the exhaust gas flows through an exhaust pipe and through a silencer 6 and further through a second emission control system 7.
  • the exhaust gas leaves the exhaust gas through two tailpipes 8, the exhaust system 2 and flows into the open.
  • the two tailpipes 8 apply to this embodiment, the function is independent of the number of tailpipes 8.
  • a flow direction of the exhaust gas is shown schematically by two arrows.
  • a secondary air line 5 is provided with a not
  • a fresh air mass flow through the secondary air line 5 can with a non-illustrated
  • Throttle or a bypass, not shown, of the exhaust gas turbocharger or by a likewise not shown valve in the secondary air line 5 are regulated.
  • the first emission control system 4 is a three-way catalyst, in a second embodiment, it may be a NOx storage catalyst.
  • the second emission control system 7 is preferably a three-way
  • Catalyst may also be an SCR catalyst (Selective Catalytic Reduction) or a particulate filter, wherein the particulate filter may also be coated and may additionally work as a catalyst.
  • SCR catalyst Selective Catalytic Reduction
  • particulate filter may also be coated and may additionally work as a catalyst.
  • At least a portion of the exhaust pipes of the exhaust system 2 is profiled, so that the exhaust gas flowing through the exhaust system 2 is cooled as far as possible until it hits the second emission control system 7.
  • the exhaust pipe between the turbine outlet and the first exhaust gas purification system 4 is designed as an inlet funnel for the first exhaust gas purification system 4, so that this
  • Exhaust pipe section is omitted.
  • the exhaust pipe should be profiled between the first exhaust gas purification system 4 and the muffler 6 for better cooling.
  • the muffler 6 and the second emission control system 7 are arranged in a common housing in the flow direction of the exhaust gas spaced from each other.
  • a separate housing may be provided for the muffler 6 and the second emission control system 7, respectively.
  • the internal combustion engine can continue to be operated with a mixture enrichment in thermally critical map areas, without causing high CO emissions. With the mixture enrichment, the internal combustion engine can continue
  • the filter can be regenerated largely independent of the operating condition of the internal combustion engine, since the required
  • Oxygen excess can be adjusted by the secondary air system.

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Abstract

Brennkraftmaschine (1) mit einer Abgasanlage (2), zum Abführen von Abgas der Brennkraftmaschine (1), wobei die Brennkraftmaschine (1) einen Abgasturbolader mit einer Turbine (3) und einem Verdichter aufweist, wobei die Turbine (3) in der Abgasanlage (2) zwischen der Brennkraftmaschine (1) und einer ersten Abgasreinigungsvorrichtung (4) und der Verdichter in einem Frischluftstrang der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist und wobei eine Sekundärluftleitung (5) vorgesehen ist, mit der der Frischluftstrang zwischen dem Verdichter und der Brennkraftmaschine (1) mit der Abgasanlage (2) Frischgas führend verbindbar ist, wobei in der Abgasanlage (2) in Strömungsrichtung des Abgases hinter der ersten Abgasreinigungsvorrichtung (4) ein Schalldämpfer (6) vorgesehen ist, wobei in der Abgasanlage (2), in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Schalldämpfer (6) eine zweite Abgasreinigungsvorrichtung (7) angeordnet ist und die Sekundärluftleitung (5) zwischen dem Schalldämpfer (6) und der zweiten Abgasreinigungsvorrichtung (7) in die Abgasanlage (2) mündet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Brennkraftmaschine (1) bei hoher Last mit Gemischanreicherung betrieben werden.

Description

Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die Deutsche
Offenlegungsschrift DE 10 2010 044 102 A1 hingewiesen. Aus dieser Offenlegungsschrift ist eine Abgasanlage für Brennkraftmaschinen mit Partikelfilter bekannt. Die Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine weist einen Abgasstrang auf, der mit einer Auslassseite der Brennkraftmaschine verbindbar ist, wobei im Abgasstrang in stromabwärtiger Richtung
wenigstens ein Katalysator angeordnet ist und diesem ein Partikelfilter nachgeschaltet ist. Weiter ist im Abgasstrang stromauf des Partikelfilters eine Sekundärlufteinlassöffnung zum Einleiten von Sekundärluft über wenigstens ein regelbares Ventil in den Abgasstrang vorgesehen und die Sekundärluft ist verdichtete Luft. Bevorzugt ist die Sekundärluft ein Teilstrom der
eingangsseitige Ladeluft einer aufgeladenen Brennkraftmaschine.
Auch aus der Deutschen, noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2017 203 267 ist eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage bekannt. Aus dieser Schrift, von der die vorliegende Erfindung ausgeht, ist eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage bekannt, zum Abführen von Abgas der Brennkraftmaschine, wobei in der Abgasanlage ein Partikelfilter angeordnet ist und wobei eine Sekundärlufteinlassöffnung vorgesehen ist zum Einleiten von Sekundärluft über ein Verschlusselement in die
Abgasanlage, wobei die Sekundärlufteinlassöffnung in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Partikelfilter in der Abgasanlage angeordnet ist.
Bei hoher Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine wird die
Abgastemperatur, insbesondere einer nach dem Ottoprinzip arbeitenden Brennkraftmaschine, durch eine Gemischanreicherung kontrolliert. Dies führt speziell bei Brennkraftmaschinen mit Abgasturboaufladung dazu, dass ca. ein Drittel des Betriebsbereichs der Brennkraftmaschine mit
Kraftstoffüberschuss betrieben wird.
Der Kraftstoff ü bersch uss führt zu einem hohen Kraftstoffverbrauch und exzessiver CO-Emission, da diese in dem Katalysator nicht zu CO2 oxidiert werden kann. Dieser Mangel gefährdet die Erfüllung neuerer
Gesetzesanforderungen zur Abgasemission.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die CO-Emission möglichst vollständig zu eliminieren und in CO2 zu oxidieren.
Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Mit der nachgeschalteten, zweiten Abgasreinigungsvorrichtung, die insbesondere ein Oxidationskatalysator ist, und der Sekundärluftzufuhr vor der zweiten Abgasreinigungsanlage kann die Brennkraftmaschine weiterhin mit einer Gemischanreicherung betrieben werden und das CO über den Oxidationskatalysator nachoxidiert werden. Da die Oxidation die
Abgastemperatur in der zweiten Abgasreinigungsanlage deutlich erhöht, sollte die zweite Abgasreinigungsanlage möglichst weit entfernt von der Brennkraftmaschine verbaut werden, z. B. integriert in den
Nachschalldämpfer. Durch ein profiliertes Abgasrohr zwischen der ersten Abgasreinigungsanlage und dem Schalldämpfer, bzw. der zweiten
Abgasreinigungsvorrichtung, kann die Abgastemperatur bei Eintritt in die zweite Abgasreinigungsvorrichtung möglichst weit abgesenkt werden. Die Sekundärluft sollte nach dem Verdichter des Turboladers und vor dem Ladeluftkühler entnommen werden. Der Sekundärluftmassenstrom kann durch das Wastegate des Abgasturboladers und die Drosselklappe frischluftseitig eingestellt werden. Alternativ kann die Sekundärluft auch durch einen elektrischen Verdichter (E-Booster) bereitgestellt werden. Die zweite Abgasreinigungsanlage kann gleichzeitig als Partikelfilter ausgebildet sein. Das Sekundärluftsystem kann weiter dazu verwendet werden, einen Partikelfilter zu regenerieren.
Anstelle einer Sekundärluftregelung mittels dem Wastegate des
Abgasturboladers und der Drosselklappe kann in der Sekundärluftleitung auch ein Ventil angeordnet sein.
Die erste Abgasreinigungsanlage ist bevorzugt ein Drei-Wege Katalysator oder ein NOx-Speicherkataiysator.
In einer weiteren Ausführungsform kann die zweite Abgasreinigungsanlage auch ein SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) sein.
Mit dem erfindungsgemäßen System kann die Brennkraftmaschine weiterhin mit einer Gemischanreicherung in thermisch kritischen Kennfeldbereichen betrieben werden, ohne eine hohe CO Emission zu verursachen. Mit der Gemischanreicherung kann die Brennkraftmaschine weiterhin
Leistungsoptimal eingestellt werden. In der Kombination mit einem
Partikelfilter kann der Filter weitgehend unabhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine regeneriert werden, da der erforderliche
Sauerstoffüberschuss durch das Sekundärluftsystem bewirkt werden kann. Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer einzigen Figur näher erläutert.
Figur 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage.
Figur 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Abgasanlage 2. Die Abgasanlage 2 dient zum Abführen von Abgas der
Brennkraftmaschine 1 . Hierbei strömt das Abgas zuerst durch eine Turbine 3 eines Abgasturboladers und weiter durch ein Abgasrohr und durch eine erste Abgasreinigungsanlage 4. Nach der ersten Abgasreinigungsanlage 4 strömt das Abgas weiter durch ein Abgasrohr und durch einen Schalldämpfer 6 und weiter durch eine zweite Abgasreinigungsanlage 7. Danach verlässt das Abgas durch zwei Endrohre 8 die Abgasanlage 2 und strömt ins Freie. Die zwei Endrohre 8 gelten für dieses Ausführungsbeispiel, die Funktion ist unabhängig von der Zahl der Endrohre 8. Eine Strömungsrichtung des Abgases ist durch zwei Pfeile schematisch dargestellt.
Weiter ist eine Sekundärluftleitung 5 vorgesehen, mit der ein nicht
dargestellter Frischluftstrang der Brennkraftmaschine 1 zwischen einem Verdichter des Abgasturboladers und der Brennkraftmaschine 1 mit der Abgasanlage 2 frischgasführend verbindbar ist. Die Sekundärluftleitung 5 mündet zwischen dem Schalldämpfer 6 und der zweiten
Abgasreinigungsanlage 7 in die Abgasanlage 2. Ein Frischluftmassenstrom durch die Sekundärluftleitung 5 kann mit einer nicht dargestellten
Drosselklappe bzw. einem nicht dargestellten Bypass des Abgasturboladers oder durch ein ebenfalls nicht dargestelltes Ventil in der Sekundärluftleitung 5 geregelt werden.
In einem ersten Ausführungsbeispiel ist die erste Abgasreinigungsanlage 4 ein Drei-Wege Katalysator, in einem zweiten Ausführungsbeispiel kann es sich um einen NOx -Speicherkatalysator handeln. Die zweite Abgasreinigungsanlage 7 ist bevorzugt ein Drei-Wege
Katalysator, kann jedoch in anderen Ausführungsbeispielen auch ein SCR- Katalysator (Selective Catalytic Reduction) oder ein Partikelfilter sein, wobei der Partikelfilter auch beschichtet sein kann und zusätzlich als Katalysator arbeiten kann.
Bevorzugt ist zumindest ein Abschnitt der Abgasrohre der Abgasanlage 2 profiliert, damit das Abgas welches durch die Abgasanlage 2 strömt bis zum Auftreffen auf die zweite Abgasreinigungsanlage 7 möglichst weit abgekühlt ist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Abgasrohr zwischen dem Turbinenaustritt und der ersten Abgasreinigungsanlage 4 als Einlauftrichter für die erste Abgasreinigungsanlage 4 ausgebildet, sodass dieser
Abgasrohrabschnitt entfällt. In diesem Fall sollte das Abgasrohr zwischen der ersten Abgasreinigungsanlage 4 und dem Schalldämpfer 6 zur besseren Kühlung profiliert werden.
Bevorzugt sind der Schalldämpfer 6 und die zweite Abgasreinigungsanlage 7 in einem gemeinsamen Gehäuse in Strömungsrichtung des Abgases voneinander beabstandet angeordnet. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann für den Schalldämpfer 6 und die zweite Abgasreinigungsanlage 7 auch jeweils ein separates Gehäuse vorgesehen werden.
Mit dem erfindungsgemäßen System kann die Brennkraftmaschine weiterhin mit einer Gemischanreicherung in thermisch kritischen Kennfeldbereichen betrieben werden, ohne hohe CO-Emissionen zu verursachen. Mit der Gemischanreicherung kann die Brennkraftmaschine weiterhin
leistungsoptimal eingestellt werden. In der Kombination mit einem
Partikelfilter kann der Filter weitgehend unabhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine regeneriert werden, da der erforderliche
Sauerstoffüberschuss durch das Sekundärluftsystem eingestellt werden kann.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 . Brennkraftmaschine
2. Abgasanlage
3. Turbine
4. erste Abgasreinigungsvorrichtung
5. Sekundärluftleitung
6. Schalldämpfer
7. zweite Abgasreinigungsvorrichtung
8. Endrohr

Claims

Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage PATENTANSPRÜCHE
1 . Brennkraftmaschine (1 ) mit einer Abgasanlage (2), zum Abführen von Abgas der Brennkraftmaschine (1 ), wobei die Brennkraftmaschine (1 ) einen Abgasturbolader mit einer Turbine (3) und einem Verdichter aufweist, wobei die Turbine (3) in der Abgasanlage (2) zwischen der Brennkraftmaschine (1 ) und einer ersten Abgasreinigungsvorrichtung (4) und der Verdichter in einem Frischluftstrang der Brennkraftmaschine (1 ) angeordnet ist und wobei eine Sekundärluftleitung (5) vorgesehen ist, mit der der Frischluftstrang zwischen dem Verdichter und der Brennkraftmaschine (1 ) mit der Abgasanlage (2) Frischgas führend verbindbar ist, wobei in der Abgasanlage (2) in Strömungsrichtung des Abgases hinter der ersten Abgasreinigungsvorrichtung (4) ein
Schalldämpfer (6) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (2), in
Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Schalldämpfer (6) eine zweite Abgasreinigungsvorrichtung (7) angeordnet ist und die
Sekundärluftleitung (5) zwischen dem Schalldämpfer (6) und der zweiten Abgasreinigungsvorrichtung (7) in die Abgasanlage (2) mündet.
2. Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Sekundärluftleitung (5) ein Ventil angeordnet ist.
3. Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage nach Patentanspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abgasreinigungsanlage (4) ein Drei-Wege-Katalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator ist.
4. Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage nach einem der
Patentansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abgasreinigungsanlage (7) ein Drei-Wege-Katalysator oder ein SCR-Katalysator (selective catalytic reduction) oder ein Partikelfilter ist.
5. Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage nach einem der
Patentansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasanlage (2) für eine hohe Wärmeabfuhr profiliert ist.
EP18773943.8A 2017-10-23 2018-09-06 Brennkraftmaschine mit einer abgasanlage Withdrawn EP3701132A1 (de)

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