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DE102020116160B3 - Process for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine and exhaust aftertreatment system - Google Patents

Process for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine and exhaust aftertreatment system Download PDF

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DE102020116160B3
DE102020116160B3 DE102020116160.3A DE102020116160A DE102020116160B3 DE 102020116160 B3 DE102020116160 B3 DE 102020116160B3 DE 102020116160 A DE102020116160 A DE 102020116160A DE 102020116160 B3 DE102020116160 B3 DE 102020116160B3
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exhaust
internal combustion
duct
combustion engine
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German (de)
Inventor
Johannes Bunkus
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Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einer Abgasanlage (40), in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors (10) durch einen Abgaskanal (42) der Abgasanlage (40) eine Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und stromabwärts dieser Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) ein Sperrkatalysator (58) angeordnet ist. Von dem Abgaskanal (42) zweigt stromaufwärts der Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) an einer Verzweigung (76) ein Bypass (62) ab, welcher stromabwärts der Verzweigung (76) und stromaufwärts der Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) an einer Einmündung (92) wieder in den Abgaskanal (42) mündet. In dem Bypass (62) ist ein passiver NOx-Adsorber (88) angeordnet. Am Abgaskanal (42) ist ein Stellelement (78) vorgesehen, mit welchem der Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) wahlweise durch einen Hauptkanal (94) des Abgaskanals (42) oder durch den Bypass (62) geleitet werden kann. Dabei wird der passive NOx-Adsorber in einer Kaltstartphase des Verbrennungsmotors (10) mit Stickoxiden beladen und bei einsatzbereites Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) wieder regeneriert.The invention relates to a method and a system for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (10) with an exhaust system (40), in which an exhaust gas aftertreatment component (52, 54) through an exhaust duct (42) of the exhaust system (40) in the flow direction of an exhaust gas stream of the internal combustion engine (10) , 56) for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides and downstream of this exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) a blocking catalytic converter (58) is arranged. A bypass (62) branches off from the exhaust gas duct (42) upstream of the exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) at a junction (76) which, downstream of the junction (76) and upstream of the exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) at a The confluence (92) opens again into the exhaust gas duct (42). A passive NOx adsorber (88) is arranged in the bypass (62). An adjusting element (78) is provided on the exhaust gas duct (42), with which the exhaust gas flow from the internal combustion engine (10) can be routed either through a main duct (94) of the exhaust gas duct (42) or through the bypass (62). The passive NOx adsorber is loaded with nitrogen oxides in a cold start phase of the internal combustion engine (10) and regenerated again when the exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) is ready for use.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, sowie ein Abgasnachbehandlungssystem zur Durchführung eines solchen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, as well as an exhaust gas aftertreatment system for carrying out such a method according to the preamble of the independent claims.

Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellen hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen Stickoxid-Emissionen eine Herausforderung für die Motorenentwickler dar. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator, sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren aufweisen. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt Ammoniak verwendet. Weil der Umgang mit reinem Ammoniak aufwendig ist, wird bei Fahrzeugen üblicherweise eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wobei die wässrige Harnstofflösung Ammoniak im Abgaskanal freisetzt. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sich im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen.The current exhaust gas legislation, and one that will become increasingly strict in the future, place high demands on the engine-related raw emissions and the exhaust gas aftertreatment of internal combustion engines. The demands for a further decrease in consumption and the further tightening of the exhaust gas standards with regard to the permissible nitrogen oxide emissions represent a challenge for the engine developers. Upstream and downstream catalytic converters. Exhaust gas aftertreatment systems are currently used in diesel engines which have an oxidation catalytic converter, a catalytic converter for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR catalytic converter) and a particle filter for separating out soot particles and possibly other catalytic converters. Ammonia is preferably used as the reducing agent. Because dealing with pure ammonia is complex, a synthetic, aqueous urea solution is usually used in vehicles, which is mixed with the hot exhaust gas flow in a mixing device upstream of the SCR catalytic converter. As a result of this mixing, the aqueous urea solution is heated, the aqueous urea solution releasing ammonia in the exhaust gas duct. A commercially available, aqueous urea solution generally consists of 32.5% urea and 67.5% water.

Jede Vorrichtung zur katalytischen Abgasreinigung benötigt zum Erreichen einer Wirksamkeit das Überschreiten einer Mindesttemperatur, der sogenannten Light-off-Temperatur. Bei einem Kaltstart eines Kraftfahrzeugs liegen der Verbrennungsmotor und die Komponenten zur Abgasnachbehandlung im Temperaturniveau etwa auf Umgebungstemperatur. Auch mit einem hohen Energieeintrag in die Abgasanlage müssen zunächst die thermisch träge Masse der Abgasanlage überwunden und die Strahlungs- beziehungsweise Konvektionsverluste kompensiert werden, um zumindest eine Teilwirksamkeit der Abgasnachbehandlungskomponenten zu erreichen. In dieser Zeit werden die Rohemissionen des Verbrennungsmotors weitgehend ungereinigt emittiert. Abhängig vom Energieeintrag in die Abgasanlage kann dieser Zeitraum verkürzt werden, jedoch niemals auf Null abgesenkt werden.Every device for catalytic exhaust gas cleaning requires that a minimum temperature, the so-called light-off temperature, be exceeded in order to be effective. During a cold start of a motor vehicle, the internal combustion engine and the components for exhaust gas aftertreatment have a temperature level approximately at ambient temperature. Even with a high energy input into the exhaust system, the thermally inert mass of the exhaust system must first be overcome and the radiation or convection losses compensated in order to achieve at least a partial effectiveness of the exhaust gas aftertreatment components. During this time, the raw emissions of the internal combustion engine are emitted largely uncleaned. Depending on the energy input into the exhaust system, this period can be shortened, but never reduced to zero.

Beim Dieselmotor ist bekannt, einem SCR-Abgasreinigungssystem einen NOx-Speicherkatalysator vorzuschalten, der bereits im Bereich 120 - 200°C eine gute Konvertierungsleistung erbringt, während der SCR-Katalysator erst ab ca. 180°C eine Konvertierung von Stickoxid-Emissionen ermöglicht. Die Abgasnachbehandlungskomponenten können einzeln oder insgesamt während ihrer Aufheizphase, insbesondere bis zur jeweiligen Light-off-Temperatur durch elektrische Heizelemente oder thermische Abgasbrenner unterstützt werden.In diesel engines, it is known to connect a NOx storage catalytic converter upstream of an SCR exhaust gas purification system, which already provides good conversion performance in the 120-200 ° C range, while the SCR catalytic converter only enables nitrogen oxide emissions to be converted from around 180 ° C. The exhaust gas aftertreatment components can be supported individually or as a whole during their heating phase, in particular up to the respective light-off temperature, by electrical heating elements or thermal exhaust gas burners.

Die DE 698 17 090 T2 offenbart ein Abgasnachbehandlungssystem mit einer Abgasanlage, welche einen Hauptkanal und einen Bypass aufweist, wobei der Bypass stromaufwärts eines De-NOx-Katalysators wieder in den Hauptkanal der Abgasanlage einmündet, wobei in dem Bypass ein NOx-Adsorber angeordnet ist. Dabei ist an der Verzweigung von dem Hauptkanal und dem Bypass ein Stellventil angeordnet, mit welchem der Gasstrom durch den Hauptkanal oder den Bypass geleitet werden kann. An dem NOx-Adsorber ist ein elektrisches Heizelement vorgesehen, mit welchem der NOx-Adsorber beheizt werden kann.the DE 698 17 090 T2 discloses an exhaust gas aftertreatment system with an exhaust system which has a main duct and a bypass, the bypass opening back into the main duct of the exhaust system upstream of a De-NOx catalyst, a NOx adsorber being arranged in the bypass. In this case, a control valve is arranged at the branching from the main channel and the bypass, with which the gas flow can be directed through the main channel or the bypass. An electrical heating element with which the NOx adsorber can be heated is provided on the NOx adsorber.

Aus der DE 197 40 702 C1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor bekannt. Das Abgasnachbehandlungssystem umfasst eine Abgasanlage mit einer Hauptabgasleitung und einem Bypass, wobei in der Hauptabgasleitung eine Abgasklappe angeordnet ist, mit welcher ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors wahlweise durch die Hauptabgasleitung oder den Bypass geleitet werden kann. Dabei mündet der Bypass stromaufwärts eines SCR-Katalysators in die Hauptabgasleitung. In dem Bypass ist ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet, welchem ein Hydrolysekatalysator vorgeschaltet ist, über welchen der NOx-Speicherkatalysator regeneriert werden kann.From the DE 197 40 702 C1 an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine is known. The exhaust gas aftertreatment system comprises an exhaust system with a main exhaust line and a bypass, with an exhaust flap being arranged in the main exhaust line, with which an exhaust gas flow from the internal combustion engine can optionally be directed through the main exhaust line or the bypass. The bypass opens into the main exhaust line upstream of an SCR catalytic converter. A NOx storage catalytic converter is arranged in the bypass, upstream of which a hydrolysis catalytic converter, via which the NOx storage catalytic converter can be regenerated.

Die US 2013/0 118 150 A1 offenbart ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors. Dabei werden die Abgase des Verbrennungsmotors in einem passiven NOx-Adsorber eingespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt, wenn ein SCR-Katalysator seine Betriebstemperatur erreicht hat, wieder freigesetzt und durch diesen SCR-Katalysator konvertiert.the US 2013/0 118 150 A1 discloses an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine and a method for exhaust gas aftertreatment of the internal combustion engine. The exhaust gases from the internal combustion engine are stored in a passive NOx adsorber and are released again at a later point in time, when an SCR catalytic converter has reached its operating temperature, and converted by this SCR catalytic converter.

Aus der DE 10 2018 122 875 A1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem für einen selbstzündenden Verbrennungsmotor nach dem Dieselprinzip bekannt. In der Abgasanlage des Verbrennungsmotors sind in Strömungsrichtung des Abgases ein erster Katalysator, stromabwärts des ersten Katalysators eine erste Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und weiter stromabwärts eine zweite Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet. Dabei ist stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente und stromaufwärts der zweiten Abgasnachhandlungskomponente ein Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator angeordnet. Es ist vorgesehen, dass in einer Kaltstartphase des Verbrennungsmotors die Stickoxide in dem Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator eingelagert werden und bevor die Stickoxide aus diesem Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator desorbieren, zumindest eine weitere stickoxidmindernde Abgasnachbehandlungskomponente auf ihre Light-Off-Temperatur aufgeheizt ist, um aus dem Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator freigesetzte Stickoxide zu konvertieren.From the DE 10 2018 122 875 A1 an exhaust gas aftertreatment system for a compression ignition internal combustion engine based on the diesel principle is known. In the exhaust system of the internal combustion engine, there is a first catalytic converter in the flow direction of the exhaust gas, and a first catalytic converter downstream of the first catalytic converter Exhaust aftertreatment component for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides and further downstream a second exhaust aftertreatment component for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides. A low-temperature NOx storage catalytic converter is arranged downstream of the first exhaust gas aftertreatment component and upstream of the second exhaust gas aftertreatment component. It is provided that in a cold start phase of the internal combustion engine, the nitrogen oxides are stored in the low-temperature NOx storage catalytic converter and, before the nitrogen oxides desorb from this low-temperature NOx storage catalytic converter, at least one further nitrogen oxide-reducing exhaust gas aftertreatment component is heated to its light-off temperature in order to to convert nitrogen oxides released from the low-temperature NOx storage catalytic converter.

EP 3 428 415 A1 beschreibt ein Abgasnachbehandlungssystem zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem SCR-Katalysator und einem stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten Sperrkatalysator, wobei stromaufwärts des SCR-Katalysators ein passiver NOx-Adsorber angeordnet ist, welcher mit einem Bypass überbrückt werden kann. EP 3 428 415 A1 describes an exhaust gas aftertreatment system for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine with an SCR catalytic converter and a blocking catalytic converter arranged downstream of the SCR catalytic converter, a passive NOx adsorber being arranged upstream of the SCR catalytic converter, which can be bypassed with a bypass.

Aus der DE 101 52 187 A1 ist eine Abgasreinigungsanlage zur Reinigung des Abgases einer überwiegend mager betriebenen Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einer Abgasleitung, in der in Strömungsrichtung hintereinander ein Drei-Wege-Katalysator, ein Stickoxid-Speicherkatalysator und ein SCR-Katalysator angeordnet sind, bekannt. Dabei weist die Abgasreinigungseinrichtung eine Umgehungsleitung auf, mit der aus dem Drei-Wege-Katalysator strömendes Abgas unter Umgehung des Stickoxid-Speicherkatalysators dem SCR-Katalysator zuführbar ist.From the DE 101 52 187 A1 an exhaust gas purification system for purifying the exhaust gas of a predominantly lean-burn internal combustion engine, in particular a motor vehicle, with an exhaust line in which a three-way catalytic converter, a nitrogen oxide storage catalytic converter and an SCR catalytic converter are arranged one behind the other in the direction of flow is known. The exhaust gas cleaning device has a bypass line with which exhaust gas flowing out of the three-way catalytic converter can be fed to the SCR catalytic converter while bypassing the nitrogen oxide storage catalytic converter.

Die DE 10 2007 030 235 B4 beschreibt ein Verfahren zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, bei welchem das vom Verbrennungsmotor zugeführte Abgas einem NOx-Speicherkatalysator zum Speichern von Stickoxiden und einem stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators angeordneten SCR-Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden zugeführt wird. Dabei ist der NO-Speicherkatalysator in einer parallel zu einer primären Abgasleitung verlaufenden sekundären Abgasleitung des Abgassystems angeordnet, wobei eine Abgasströmung über den NO-Speicherkatalysator in Abhängigkeit vom Betriebszustand des SCR-Katalysators und/oder des NO-Speicherkatalysators selektiv unterbrochen oder ermöglicht wird.the DE 10 2007 030 235 B4 describes a method for treating exhaust gases from an internal combustion engine, in which the exhaust gas supplied by the internal combustion engine is fed to a NOx storage catalytic converter for storing nitrogen oxides and an SCR catalytic converter arranged downstream of the NOx storage catalytic converter for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides. The NO storage catalytic converter is arranged in a secondary exhaust gas line of the exhaust system that runs parallel to a primary exhaust gas line, with an exhaust gas flow over the NO storage catalytic converter being selectively interrupted or enabled depending on the operating state of the SCR catalytic converter and / or the NO storage catalytic converter.

Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, eine oder mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten stromaufwärts einer Turbine eines Abgasturboladers anzuordnen, um die vor der Turbine höhere Abgastemperatur für ein schnelleres Aufheizen auf die Light-Off-Temperatur dieser Abgasnachbehandlungskomponente zu nutzen. Ebenso bekannt sind Isolierungen zur Verminderung der Wärmeverluste an den Wänden der Abgasanlage. Alle diese Vorrichtungen benötigen einen gewissen Zeitraum bis zur Aktivierung. In diesem Zeitraum kann eine besonders schadstoffreiche Fahrweise bereits zu einem Überschreiten der zulässigen Emissionsgrenzwerte einer RDE-Fahrt (Real Driving Emissions) führen, sodass selbst bei einer anschließend 100 %-Konvertierungsrate der Gesamtfahrzyklus als „nicht bestanden“ gewertet werden müsste. Besonders kritisch sind hier die NOx-Emissionen zu bewerten, die mit steigender Fahrdynamik überproportional zunehmen.It is also known from the prior art to arrange one or more exhaust gas aftertreatment components upstream of a turbine of an exhaust gas turbocharger in order to use the higher exhaust gas temperature upstream of the turbine for faster heating to the light-off temperature of this exhaust gas aftertreatment component. Insulations for reducing heat losses on the walls of the exhaust system are also known. All of these devices take some time to activate. During this period, a particularly high-pollutant driving style can already lead to the permissible emission limit values for an RDE trip (Real Driving Emissions) being exceeded, so that even with a subsequent 100% conversion rate, the entire driving cycle would have to be rated as "failed". The NOx emissions, which increase disproportionately with increasing driving dynamics, are particularly critical here.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Abgasanlage des Verbrennungsmotors derart weiterzuentwickeln, dass eine verbesserte Abgasnachbehandlung möglich ist und insbesondere die Stickoxid-Emissionen nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors verringert werden können.The invention is now based on the object of further developing the exhaust system of the internal combustion engine in such a way that improved exhaust gas aftertreatment is possible and, in particular, the nitrogen oxide emissions can be reduced after a cold start of the internal combustion engine.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasanlage in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors durch einen Abgaskanal der Abgasanlage eine Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und stromabwärts dieser Abgasnachbehandlungskomponente ein Sperrkatalysator angeordnet ist, gelöst. Von dem Abgaskanal zweigt stromaufwärts der Abgasnachbehandlungskomponente an einer Verzweigung ein Bypass ab, welcher stromabwärts der Verzweigung und stromaufwärts der Abgasnachbehandlungskomponente an einer Einmündung wieder in den Abgaskanal mündet. In dem Bypass ist ein passiver NOx-Adsorber angeordnet. Am Abgaskanal ist ein Stellelement vorgesehen, mit welchem der Abgasstrom des Verbrennungsmotors wahlweise durch einen Hauptkanal des Abgaskanals oder durch den Bypass geleitet werden kann. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

  • - Starten des Verbrennungsmotors, wobei der gesamte Abgasstrom des Verbrennungsmotors durch den Bypass geleitet wird und die Stickoxide im passiven NOx-Adsorber eingespeichert werden,
  • - Ermitteln einer Abgastemperatur oder eines Füllstands des passiven NOx-Adsorbers, wobei bei Überschreiten eines ersten Schwellenwertes für die Abgastemperatur oder eines Schwellenwertes des Füllstands der Abgasstrom des Verbrennungsmotors durch den Hauptkanal geleitet wird, und
  • - Regenerieren des passiven NOx-Adsorbers, indem der Abgasstrom des Verbrennungsmotors zumindest anteilig durch den Bypass geleitet wird, wenn die Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion ihre Betriebstemperatur erreicht hat und die Abgastemperatur einen zweiten Schwellenwert erreicht hat.
According to the invention, this object is achieved by a method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine with an exhaust system in which an exhaust gas aftertreatment component for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides is arranged in the flow direction of an exhaust gas flow of the internal combustion engine through an exhaust gas duct of the exhaust system and a blocking catalyst is arranged downstream of this exhaust gas aftertreatment component. A bypass branches off from the exhaust gas duct at a branch upstream of the exhaust gas aftertreatment component, which bypass opens again into the exhaust gas duct at a junction downstream of the branch and upstream of the exhaust gas aftertreatment component. A passive NOx adsorber is arranged in the bypass. An adjusting element is provided on the exhaust gas duct, with which the exhaust gas flow from the internal combustion engine can optionally be directed through a main duct of the exhaust gas duct or through the bypass. The process consists of the following steps:
  • - Starting the internal combustion engine, whereby the entire exhaust gas flow of the internal combustion engine is passed through the bypass and the nitrogen oxides are stored in the passive NOx adsorber,
  • - Determining an exhaust gas temperature or a fill level of the passive NOx adsorber, the exhaust gas flow of the internal combustion engine being passed through the main duct when a first threshold value for the exhaust gas temperature or a threshold value for the fill level is exceeded, and
  • - Regeneration of the passive NOx adsorber by the exhaust gas flow of the internal combustion engine at least partially through the bypass is routed when the exhaust gas aftertreatment component for selective catalytic reduction has reached its operating temperature and the exhaust gas temperature has reached a second threshold value.

Dabei kann die Aufteilung des Abgasstroms zwischen dem Bypass und dem Hauptkanal durch das Stellelement auch anteilig erfolgen. Der Anteil des Abgasstroms über den NOx-Adsorber richtet sich dabei nach der Differenz aus dem möglichen NOx-Umsatz des nachgeschalteten SCR-Systems und des aktuellen Roh-NOx-Niveaus.The distribution of the exhaust gas flow between the bypass and the main channel can also be done proportionally by the adjusting element. The proportion of the exhaust gas flow through the NOx adsorber depends on the difference between the possible NOx conversion of the downstream SCR system and the current raw NOx level.

Durch ein solches Verfahren können die Stickoxidemissionen in der Kaltstartphase gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen verringert werden. Dabei werden die Stickoxidemissionen in einer ersten Phase nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors in dem passiven NOx-Adsorber eingelagert. Der passive NOx-Adsorber speichert Stickoxide in einem Temperaturbereich von 80°C bis etwa 200°C ein und setzt sie oberhalb dieser Temperatur wieder frei. Somit können die in der Kaltstartphase entstehenden Stickoxide zwischengespeichert werden, bis der SCR-Katalysator seine Betriebstemperatur erreicht hat und eine Konvertierung von Stickoxiden durch eine selektive, katalytische Reduktion ermöglicht. Unter einer Betriebstemperatur des SCR-Katalysators ist in diesem Zusammenhang der Temperaturbereich zu verstehen, in welchem eine effiziente Konvertierung der Stickoxide mittels selektiver katalytischer Reduktion möglich ist. Dieser Temperaturbereich liegt bei bekannten SCR-Katalysatoren im Bereich von 200°C - 380°C. Im Anschluss an die Kaltstartphase erfolgt die Abgasnachbehandlung in bekannter Weise vorzugsweise über einen Partikelfilter mit einer SCR-Beschichtung und einen nachgeschalteten SCR-Katalysator.Such a method can reduce the nitrogen oxide emissions in the cold start phase compared to the solutions known from the prior art. The nitrogen oxide emissions are stored in the passive NOx adsorber in a first phase after the cold start of the internal combustion engine. The passive NOx adsorber stores nitrogen oxides in a temperature range of 80 ° C to around 200 ° C and releases them again above this temperature. In this way, the nitrogen oxides produced in the cold start phase can be temporarily stored until the SCR catalytic converter has reached its operating temperature and enables nitrogen oxides to be converted by means of a selective, catalytic reduction. An operating temperature of the SCR catalytic converter is to be understood in this context as the temperature range in which an efficient conversion of the nitrogen oxides is possible by means of selective catalytic reduction. With known SCR catalytic converters, this temperature range is between 200 ° C and 380 ° C. After the cold start phase, the exhaust gas aftertreatment takes place in a known manner, preferably via a particle filter with an SCR coating and a downstream SCR catalytic converter.

Der passive NOx-Adsorber kann bereits sehr zeitnah nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors eine gute, jedoch nur temporäre NOx-Minderung ermöglichen. Durch die Kombination mit einem Partikelfilter mit SCR-Beschichtung oder einem SCR-Katalysator, welcher während der Kaltstartphase auf seine Light-Off-Temperatur aufgeheizt wird und diese erreicht, bevor es zu einer Desorption der Stickoxide aus dem passiven NOx-Adsorber kommt, können die Stickoxidemissionen in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors deutlich verringert werden. Durch die Position des passiven NOx-Adsorbers in einem Bypass zum Abgaskanal wird sichergestellt, dass der passive NOx-Adsorber nach der Kaltstartphase aus dem Abgasstrom entkoppelt werden kann bzw. durch eine gezielte Ansteuerung regeneriert werden kann, sodass der passive NOx-Adsorber bei einem erneuten Startvorgang im Wesentlichen vollständig entleert ist und eine hinreichende Menge an Stickoxiden einspeichern kann.The passive NOx adsorber can enable a good, but only temporary, NOx reduction very soon after a cold start of the internal combustion engine. By combining it with a particle filter with an SCR coating or an SCR catalytic converter, which is heated to its light-off temperature during the cold start phase and reaches this before the nitrogen oxides are desorbed from the passive NOx adsorber, the Nitrogen oxide emissions in the cold start phase of the internal combustion engine are significantly reduced. The position of the passive NOx adsorber in a bypass to the exhaust gas duct ensures that the passive NOx adsorber can be decoupled from the exhaust gas flow after the cold start phase or can be regenerated through a targeted control so that the passive NOx adsorber when a new one occurs Starting process is essentially completely emptied and can store a sufficient amount of nitrogen oxides.

Ferner kann der passive NOx-Adsorber bei höheren Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen oberhalb der Desorptionstemperatur der im passiven NOx-Adsorber eingespeicherten Stickoxide, aus dem Abgasstrom entkoppelt werden, um eine thermische Alterung des passiven NOx-Adsorbers zu verringern und/oder den Strömungswiderstand in der Abgasanlage zu reduzieren.Furthermore, the passive NOx adsorber can be decoupled from the exhaust gas flow at higher temperatures, in particular at temperatures above the desorption temperature of the nitrogen oxides stored in the passive NOx adsorber, in order to reduce thermal aging of the passive NOx adsorber and / or the flow resistance in the Reduce exhaust system.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Merkmale sind vorteilhafte Weiterentwicklungen und nicht triviale Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung möglich.The features mentioned in the dependent claims enable advantageous further developments and non-trivial improvements of the method for exhaust gas aftertreatment specified in the independent claim.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Schwellenwert unterhalb des zweiten Schwellenwerts der Abgastemperatur liegt. Dadurch kann verhindert werden, dass die Stickoxide in größerem Umfang thermisch desorbieren, bevor die Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ihre Betriebstemperatur erreicht hat.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the first threshold value is below the second threshold value of the exhaust gas temperature. This can prevent the nitrogen oxides from thermally desorbing to a greater extent before the exhaust gas aftertreatment component for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides has reached its operating temperature.

Bevorzugt ist dabei, wenn der erste Schwellenwert der Abgastemperatur im Bereich von 150°C - 250°C, vorzugsweise im Bereich von 150°C - 200°C liegt. Bevorzugt liegt der zweite Schwellenwert der Abgastemperatur im Bereich von 200°C - 350°C, besonders bevorzugt im Bereich von 220°C - 300°C.It is preferred here if the first threshold value for the exhaust gas temperature is in the range from 150 ° C. to 250 ° C., preferably in the range from 150 ° C. to 200 ° C. The second threshold value for the exhaust gas temperature is preferably in the range from 200 ° C. to 350 ° C., particularly preferably in the range from 220 ° C. to 300 ° C.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Schwellenwert für den Füllstand des passiven NOx-Adsorber im Bereich von 50% - 100%, vorzugsweise bei mindestens 80%, besonders bevorzugt bei 90% liegt.In an advantageous embodiment of the method it is provided that the threshold value for the fill level of the passive NOx adsorber is in the range of 50% -100%, preferably at least 80%, particularly preferably 90%.

Ein weiterer Teilaspekt der Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasanlage, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors durch einen Abgaskanal der Abgasanlage eine Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und stromabwärts dieser Abgasnachbehandlungskomponente ein Sperrkatalysator angeordnet ist. Von dem Abgaskanal zweigt stromaufwärts der Abgasnachbehandlungskomponente an einer Verzweigung ein Bypass ab, welcher stromabwärts der Verzweigung und stromaufwärts der Abgasnachbehandlungskomponente an einer Einmündung wieder in den Abgaskanal mündet, wobei in dem Bypass ein passiver NOx-Adsorber angeordnet ist. Am Abgaskanal ist ein Stellelement vorgesehen, mit welchem der Abgasstrom des Verbrennungsmotors wahlweise durch einen Hauptkanal des Abgaskanals oder durch den Bypass geleitet werden kann.Another aspect of the invention relates to an exhaust gas aftertreatment system for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine with an exhaust system, in which an exhaust gas aftertreatment component for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides is arranged in the flow direction of an exhaust gas flow of the internal combustion engine through an exhaust duct of the exhaust system and a blocking catalyst is arranged downstream of this exhaust gas aftertreatment component. Upstream of the exhaust gas aftertreatment component, a bypass branches off from the exhaust gas duct at a junction which, downstream of the branch and upstream of the exhaust gas aftertreatment component, opens again into the exhaust duct at a confluence, a passive NOx adsorber being arranged in the bypass. An adjusting element is provided on the exhaust gas duct, with which the exhaust gas flow from the internal combustion engine can optionally be directed through a main duct of the exhaust gas duct or through the bypass.

Unter einem passiven NOx-Adsorber ist in diesem Zusammenhang ein Speicherkatalysator zu verstehen, welcher in einem Temperaturbereich von 80°C - 200°C eine hohe NOx-Speicherfähigkeit aufweist, jedoch bei höheren Temperaturen die eingelagerten Stickoxide wieder unkonvertiert emittiert. Ein solcher passiver NOx-Adsorber kann daher bereits sehr zeitnah nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors eine gute, jedoch nur temporäre NOx-Minderung ermöglichen. Durch die Kombination mit einem Partikelfilter mit SCR-Beschichtung oder einem SCR-Katalysator, welcher während der Kaltstartphase auf seine Light-Off-Temperatur aufgeheizt wird und diese erreicht, bevor es zu einer Desorption der Stickoxide aus dem passiven NOx-Adsrober kommt, können die Stickoxidemissionen in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors deutlich verringert werden. Ferner kann der passive NOx-Adsorber bei höheren Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen oberhalb der Desorptionstemperatur der im passiven NOx-Adsorber eingespeicherten Stickoxide, aus dem Abgasstrom entkoppelt werden, um eine thermische Alterung des passiven NOx-Adsorbers zu verringern und/oder den Strömungswiderstand in der Abgasanlage zu reduzieren.In this context, a passive NOx adsorber is to be understood as a storage catalytic converter which has a high NOx storage capacity in a temperature range of 80 ° C - 200 ° C, but which emits the stored nitrogen oxides again unconverted at higher temperatures. Such a passive NOx adsorber can therefore enable a good, but only temporary, NOx reduction very soon after a cold start of the internal combustion engine. By combining it with a particle filter with an SCR coating or an SCR catalytic converter, which is heated to its light-off temperature during the cold start phase and reaches this before the nitrogen oxides are desorbed from the passive NOx adsorber, the Nitrogen oxide emissions in the cold start phase of the internal combustion engine are significantly reduced. Furthermore, the passive NOx adsorber can be decoupled from the exhaust gas flow at higher temperatures, in particular at temperatures above the desorption temperature of the nitrogen oxides stored in the passive NOx adsorber, in order to reduce thermal aging of the passive NOx adsorber and / or the flow resistance in the Reduce exhaust system.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an der Verzweigung eine Abgasrückführungsleitung einer Niederdruck-Abgasrückführung aus dem Abgaskanal abzweigt, wobei der passive NOx-Adsorber in der Abgasrückführungsleitung angeordnet ist. Die Abgasrückführungsleitung weist eine weitere Verzweigung auf, an welcher ein Bypass aus der Abgasrückführungsleitung abzweigt, welcher die Abgasrückführungsleitung mit dem Abgaskanal stromabwärts des Stellelements und stromaufwärts der Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden verbindet. Durch eine Anordnung des passiven NOx-Adsorbers in der Niederdruckabgasrückführung kann der Bauraum optimal genutzt werden. Zudem kann die Anzahl an zusätzlichen Bauteilen verringert werden, wodurch sich die Mehrkosten reduzieren lassen. Durch eine Reduzierung der NOx-Emissionen im zurückgeführten Abgasstrom des Verbrennungsmotors können zudem die Rohemissionen des Verbrennungsmotors verringert werden, wodurch die Endrohremissionen insbesondere in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors minimiert werden können.According to the invention it is provided that an exhaust gas recirculation line of a low-pressure exhaust gas recirculation branches off from the exhaust gas duct at the branch, the passive NOx adsorber being arranged in the exhaust gas recirculation line. The exhaust gas recirculation line has a further branch at which a bypass branches off from the exhaust gas recirculation line, which connects the exhaust gas recirculation line to the exhaust gas duct downstream of the control element and upstream of the exhaust gas aftertreatment component for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides. The installation space can be optimally used by arranging the passive NOx adsorber in the low-pressure exhaust gas recirculation system. In addition, the number of additional components can be reduced, whereby the additional costs can be reduced. By reducing the NOx emissions in the recirculated exhaust gas flow of the internal combustion engine, the raw emissions of the internal combustion engine can also be reduced, whereby the tailpipe emissions can be minimized, especially in the cold start phase of the internal combustion engine.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in der Abgasrückführungsleitung stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers und stromaufwärts der weiteren Verzweigung eine Einrichtung zur Abgaswärmerückgewinnung, insbesondere ein Abgasrückführungskühler der Niederdruck-Abgasrückführung angeordnet ist. Dabei kann das Kühlmittel des Verbrennungsmotors durch das zurückgeführte Abgas schneller erwärmt werden, wodurch die Reibung des Verbrennungsmotors verringert werden kann. Dies führt zu einem Verbrauchsvorteil und geringeren Rohemissionen in der Kaltstartphase.According to the invention it is provided that a device for exhaust gas heat recovery, in particular an exhaust gas recirculation cooler for the low pressure exhaust gas recirculation, is arranged in the exhaust gas recirculation line downstream of the passive NOx adsorber and upstream of the further branch. The coolant of the internal combustion engine can be heated more quickly by the recirculated exhaust gas, whereby the friction of the internal combustion engine can be reduced. This leads to a consumption advantage and lower raw emissions in the cold start phase.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass das Abgasnachbehandlungssystem eine motornahe erste Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und eine stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente angeordnete zwei Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden aufweist, wobei der Bypass stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente aus dem Abgaskanal abzweigt und stromaufwärts der zwei Abgasnachbehandlungskomponente wieder in den Abgaskanal einmündet. Da sich die motornahe Abgasnachbehandlungskomponente schneller aufheizt als die motorferne zweite Abgasnachbehandlungskomponente, kann die erste Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion ihre Betriebstemperatur erreichen, bevor es zu einer signifikanten Desorption von Stickoxiden aus dem passiven NOx-Adsorber kommt. Somit ist stets mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente zur Minderung der Stickoxidemissionen aktiv, wodurch die Kaltstartemissionen weiter verringert werden können.In an advantageous embodiment of the exhaust aftertreatment system it is provided that the exhaust aftertreatment system has a first exhaust aftertreatment component close to the engine for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides and a two exhaust aftertreatment component arranged downstream of the first exhaust aftertreatment component for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides, the bypass branching off the first exhaust gas duct downstream of the first exhaust gas duct and opens up into the exhaust duct again upstream of the two exhaust gas aftertreatment components. Since the exhaust aftertreatment component close to the engine heats up faster than the second exhaust aftertreatment component remote from the engine, the first exhaust aftertreatment component can reach its operating temperature for selective catalytic reduction before there is significant desorption of nitrogen oxides from the passive NOx adsorber. Thus, at least one exhaust gas aftertreatment component is always active to reduce nitrogen oxide emissions, which means that cold start emissions can be further reduced.

In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass stromabwärts ein Auslass des Verbrennungsmotors und stromaufwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein erstes Dosierelement und stromabwärts der Einmündung und stromaufwärts der zwei Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein zweites Dosierelement angeordnet ist. Dadurch kann der Betriebsbereich des Abgasnachbehandlungssystems erweitert werden, sodass auch in einem Hochlast- oder Volllastbereich zumindest eine Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in einem zur Konvertierung der Stickoxide idealen Temperaturbereich betrieben wird.In a further improvement of the invention it is provided that an outlet of the internal combustion engine is arranged downstream and a first metering element is arranged upstream of the first exhaust gas aftertreatment component for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides and a second metering element is arranged downstream of the confluence and upstream of the two exhaust gas aftertreatment components for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides. As a result, the operating range of the exhaust gas aftertreatment system can be expanded so that at least one exhaust gas aftertreatment component for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides is operated in a temperature range ideal for converting the nitrogen oxides even in a high load or full load range.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der in Strömungsrichtung letzten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein Sperrkatalysator nachgeschaltet ist. Dadurch kann verhindert werden, dass unverbrauchtes Ammoniak in die Umwelt emittiert wird.In an advantageous embodiment of the exhaust gas aftertreatment system, it is provided that the last exhaust gas aftertreatment component in the flow direction is followed by a barrier catalytic converter for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides. This can prevent unused ammonia from being emitted into the environment.

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 can be advantageously combined with one another, unless stated otherwise in the individual case.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:

  • 1 einen Verbrennungsmotor mit einem Luftversorgungssystem und einer Abgasanlage mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem;
  • 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Abgasnach behand lungssystem;
  • 3 bis 5 das Abgasnachbehandlungssystem aus 2 in drei verschiedenen Betriebszuständen; und
  • 6 bis 8 das Abgasnachbehandlungssystem aus 1 in drei verschiedenen Betriebszuständen.
The invention is explained below in exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. The same components or components with the same function are identified with the same reference symbols. Show it:
  • 1 an internal combustion engine with an air supply system and an exhaust system with an exhaust gas aftertreatment system according to the invention;
  • 2 a further embodiment for an inventive exhaust gas treatment system;
  • 3 until 5 the exhaust aftertreatment system 2 in three different operating states; and
  • 6th until 8th the exhaust aftertreatment system 1 in three different operating states.

1 zeigt die schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 10. Der Verbrennungsmotor 10 ist als direkteinspritzender Dieselmotor ausgeführt. Der Verbrennungsmotor 10 weist mehrere Brennräume 12 auf. An den Brennräumen 12 ist jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 zur Einspritzung eines Kraftstoffes in den jeweiligen Brennraum 12 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Einlass 16 mit einem Luftversorgungssystem 20 und mit seinem Auslass 18 mit einer Abgasanlage 40 verbunden. Der Verbrennungsmotor 10 umfasst ferner eine Hochdruck-Abgasrückführung 30 mit einer Abgasrückführungsleitung 36 und einem Hochdruck-Abgasrückführungsventil 38, über welches ein Abgas des Verbrennungsmotors 10 von dem Auslass 18 zum Einlass 16 zurückgeführt werden kann. An den Brennräumen 12 sind Einlassventile und Auslassventile angeordnet, mit welchen eine fluidische Verbindung vom Luftversorgungssystem 20 zu den Brennräumen 12 oder von den Brennräumen 12 zur Abgasanlage 40 geöffnet oder verschlossen werden kann. 1 shows the schematic representation of an internal combustion engine 10 . The internal combustion engine 10 is designed as a direct injection diesel engine. The internal combustion engine 10 has several combustion chambers 12th on. At the combustion chambers 12th is a fuel injector each 14th for injecting a fuel into the respective combustion chamber 12th arranged. The internal combustion engine 10 is with his inlet 16 with an air supply system 20th and with its outlet 18th with an exhaust system 40 tied together. The internal combustion engine 10 further comprises a high pressure exhaust gas recirculation 30th with an exhaust gas recirculation line 36 and a high pressure EGR valve 38 , via which an exhaust gas from the internal combustion engine 10 from the outlet 18th to the inlet 16 can be traced back. At the combustion chambers 12th inlet valves and outlet valves are arranged, with which a fluidic connection from the air supply system 20th to the combustion chambers 12th or from the combustion chambers 12th to the exhaust system 40 can be opened or closed.

Das Luftversorgungssystem 20 umfasst einen Ansaugkanal 28, in welchem in Strömungsrichtung von Frischluft durch den Ansaugkanal 28 ein Luftfilter 22, stromabwärts des Luftfilters 22 ein Luftmassenmesser 24, insbesondere ein Heißfilmluftmassenmesser, stromabwärts des Luftmassenmessers 24 ein Verdichter 26 eines Abgasturboladers 60, stromabwärts des Verdichters 26 ein Ladeluftkühler 32 angeordnet sind. Dabei kann der Luftmassenmesser 24 auch in einem Filtergehäuse des Luftfilters 22 angeordnet sein, sodass der Luftfilter 22 und der Luftmassenmesser 24 eine Baugruppe ausbilden. Stromabwärts des Luftfilters 22 und stromaufwärts des Verdichters 26 ist eine Einmündung 34 vorgesehen, an welcher eine Abgasrückführungsleitung 86 einer Niederdruck-Abgasrückführung 80 in den Ansaugkanal 28 mündet.The air supply system 20th includes an intake duct 28 , in which in the direction of flow of fresh air through the intake duct 28 an air filter 22nd , downstream of the air filter 22nd an air mass meter 24 , in particular a hot film air mass meter, downstream of the air mass meter 24 a compressor 26th of an exhaust gas turbocharger 60 , downstream of the compressor 26th an intercooler 32 are arranged. The air mass meter can do this 24 also in a filter housing of the air filter 22nd be arranged so that the air filter 22nd and the air mass meter 24 form an assembly. Downstream of the air filter 22nd and upstream of the compressor 26th is a confluence 34 provided on which an exhaust gas recirculation line 86 a low pressure exhaust gas recirculation 80 in the intake duct 28 flows out.

Die Abgasanlage 40 umfasst einen Abgaskanal 42, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch den Abgaskanal 42 eine Turbine 44 des Abgasturboladers 60 angeordnet ist, welche den Verdichter 26 im Luftversorgungssystem 20 über eine Welle antreibt. Der Abgasturbolader 60 ist vorzugsweise als Abgasturbolader 60 mit variabler Turbinengeometrie ausgeführt. Dazu sind einem Turbinenrad der Turbine 44 verstellbare Leitschaufeln vorgeschaltet, über welche die Anströmung des Abgases auf die Schaufeln der Turbine 44 variiert werden kann. Stromabwärts der Turbine 44 sind mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58 vorgesehen. Dabei ist unmittelbar stromabwärts der Turbine 44 als erste Komponente der Abgasnachbehandlung ein erster Katalysator 46, insbesondere ein NOx-Speicherkatalysator 48 oder ein Oxidationskatalysator 40 angeordnet. Stromabwärts des ersten Katalysators 46 ist ein Partikelfilter 52 mit einer Beschichtung 54 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet. Stromabwärts des Partikelfilters 52 ist ein weiterer SCR-Katalysator 56 angeordnet, welchem ein Sperrkatalysator 58 nachgeschaltet ist. Stromabwärts des Partikelfilters 52 ist in dem Abgaskanal 42 eine Abgasklappe 78 vorgesehen, mit welcher der Querschnitt des Abgaskanals 42 zumindest teilweise versperrt werden kann, um den Abgasgegendruck im Abgaskanal 42 zu erhöhen. Stromabwärts des Partikelfilters 52 und stromaufwärts der Abgasklappe 78 ist am Abgaskanal 42 eine Verzweigung 76 vorgesehen, an welcher eine Abgasrückführungsleitung 86 einer Niederdruck-Abgasrückführung 80 aus dem Abgaskanal 42 abzweigt.The exhaust system 40 includes an exhaust duct 42 , in which in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine 10 through the exhaust duct 42 a turbine 44 of the exhaust gas turbocharger 60 is arranged, which the compressor 26th in the air supply system 20th drives over a shaft. The exhaust gas turbocharger 60 is preferably used as an exhaust gas turbocharger 60 designed with variable turbine geometry. To do this are a turbine wheel of the turbine 44 adjustable guide vanes are connected upstream, via which the flow of the exhaust gas onto the blades of the turbine 44 can be varied. Downstream of the turbine 44 are several exhaust aftertreatment components 46 , 48 , 50 , 52 , 54 , 56 , 58 intended. This is immediately downstream of the turbine 44 as the first component of the exhaust gas aftertreatment, a first catalytic converter 46 , in particular a NOx storage catalytic converter 48 or an oxidation catalytic converter 40 arranged. Downstream of the first catalyst 46 is a particulate filter 52 with a coating 54 arranged for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides. Downstream of the particulate filter 52 is another SCR catalytic converter 56 arranged, which a blocking catalyst 58 is downstream. Downstream of the particulate filter 52 is in the exhaust duct 42 an exhaust flap 78 provided with which the cross section of the exhaust duct 42 can be at least partially blocked to reduce the exhaust gas back pressure in the exhaust gas duct 42 to increase. Downstream of the particulate filter 52 and upstream of the exhaust flap 78 is on the exhaust duct 42 a branch 76 provided on which an exhaust gas recirculation line 86 a low pressure exhaust gas recirculation 80 from the exhaust duct 42 branches off.

Die Niederdruck-Abgasrückführung 80 umfasst neben der Abgasrückführungsleitung 86 einen Niederdruck-Abgasrückführungskühler 82 und ein Abgasrückführungsventil 84, über welches die Abgasrückführung durch die Abgasrückführungsleitung 86 steuerbar ist. Ferner ist in der Niederdruck-Abgasrückführung 80 stromabwärts der Verzweigung 76 und stromaufwärts des Abgasrückführungskühlers 82 ein passiver NOx-Adsorber 88 angeordnet. Stromabwärts des Abgasrückführungskühlers 82 ist an der Abgasrückführungsleitung 86 eine weitere Verzweigung 74 ausgebildet, an welcher ein Bypass aus der Abgasrückführungsleitung 86 abzweigt, welcher den Abgasrückführungskanal 86 mit dem Abgaskanal 42 stromabwärts der Abgasklappe 78 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 56 verbindet.The low-pressure exhaust gas recirculation 80 includes in addition to the exhaust gas recirculation line 86 a low pressure exhaust gas recirculation cooler 82 and an exhaust gas recirculation valve 84 , via which the exhaust gas recirculation through the exhaust gas recirculation line 86 is controllable. It is also in the low-pressure exhaust gas recirculation 80 downstream of the branch 76 and upstream of the EGR cooler 82 a passive NOx adsorber 88 arranged. Downstream of the EGR cooler 82 is on the exhaust gas recirculation line 86 another branch 74 formed on which a bypass from the exhaust gas recirculation line 86 branches off which the exhaust gas recirculation duct 86 with the exhaust duct 42 downstream of the exhaust flap 78 and upstream of the SCR catalyst 56 connects.

In dem Bypass 62 ist ein Steuerelement 64 angeordnet, mit welchem der Bypass 62 geöffnet und verschlossen werden kann. An der Abgasrückführungsleitung 86 der Niederdruck-Abgasrückführung 80 ist ein Temperatursensor 70 vorgesehen, über welchen eine Abgastemperatur in der Niederdruck-Abgasrückführung 80 ermittelt werden kann, um die Niederdruck-Abgasrückführung 80 zu aktivieren, sobald die Abgastemperatur in der Niederdruck-Abgasrückführung 80 einen definierten Schwellenwert überschritten hat. Somit kann verhindert werden, dass Wasserdampf oder im Abgas enthaltenes Reduktionsmittel zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, insbesondere flüssige Harnstofflösung, auskondensiert und in der Niederdruck-Abgasrückführung 80 oder im Luftversorgungssystem 20 zu Beschädigungen oder Ablagerungen führt.In the bypass 62 is a control 64 arranged with which the bypass 62 can be opened and closed. On the exhaust gas recirculation line 86 the low-pressure exhaust gas recirculation 80 is a temperature sensor 70 provided, over which an exhaust gas temperature in the low-pressure exhaust gas recirculation 80 can be determined to the low pressure exhaust gas recirculation 80 to Activate as soon as the exhaust gas temperature is in the low-pressure exhaust gas recirculation 80 has exceeded a defined threshold. It can thus be prevented that water vapor or reducing agent contained in the exhaust gas for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides, in particular liquid urea solution, condenses out and in the low-pressure exhaust gas recirculation 80 or in the air supply system 20th leads to damage or deposits.

In dem Abgaskanal 42 ist, vorzugsweise an einer der Abgasnachbehandlungskomponenten 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, insbesondere am Partikelfilter 52 oder am SCR-Katalysator 56, ein Temperatursensor 70 vorgesehen, mit welchem eine Abgastemperatur in der Abgasanlage 40 überwacht werden kann, um eine effektive und effiziente Abgasnachbehandlung des Abgases des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen. Ferner sind Differenzdrucksensoren 72 vorgesehen, um eine Druckdifferenz über den Partikelfilter 52 zu bestimmen. Auf diese Weise kann der Beladungszustand des Partikelfilters 52 ermittelt und bei Überschreiten eines definierten Beladungsniveaus eine Regeneration des Partikelfilters 52 eingeleitet werden. Ferner ist am Abgaskanal 42 mindestens ein Dosiermodul 66, 68 vorgesehen, um ein Reduktionsmittel, insbesondere wässrige Harnstofflösung, stromaufwärts des SCR-Katalysators 56 und/oder stromaufwärts des Partikelfilters 52 in den Abgaskanal 42 zu dosieren. Vorzugsweise sind zwei Dosierelemente 66, 68 vorgesehen, wobei das erste Dosierelement 66 stromabwärts des ersten Katalysators 46 und stromaufwärts des Partikelfilters 52 und das zweite Dosierelement 68 stromabwärts der Abgasklappe 78 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 56 angeordnet ist. Jedem Dosierelement 66, 68 kann ein Abgasmischer 94 nachgeschaltet sein, um eine verbesserte Durchmischung des Abgasstroms mit dem Reduktionsmittel zu erzielen.In the exhaust duct 42 is, preferably on one of the exhaust aftertreatment components 46 , 48 , 50 , 52 , 54 , 56 , 58 , especially on the particle filter 52 or on the SCR catalytic converter 56 , a temperature sensor 70 provided with which an exhaust gas temperature in the exhaust system 40 can be monitored to ensure effective and efficient exhaust gas aftertreatment of the exhaust gas of the internal combustion engine 10 to enable. There are also differential pressure sensors 72 provided to create a pressure difference across the particulate filter 52 to determine. In this way, the loading status of the particle filter 52 and a regeneration of the particle filter when a defined load level is exceeded 52 be initiated. It is also on the exhaust duct 42 at least one dosing module 66 , 68 provided to a reducing agent, in particular aqueous urea solution, upstream of the SCR catalytic converter 56 and / or upstream of the particulate filter 52 in the exhaust duct 42 to dose. There are preferably two metering elements 66 , 68 provided, the first metering element 66 downstream of the first catalyst 46 and upstream of the particulate filter 52 and the second metering element 68 downstream of the exhaust flap 78 and upstream of the SCR catalyst 56 is arranged. Every dosing element 66 , 68 can be an exhaust mixer 94 be connected downstream in order to achieve an improved mixing of the exhaust gas flow with the reducing agent.

Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Motorsteuergerät 90 verbunden, welches über nicht dargestellte Signalleitungen mit den Druck- und Temperatursensoren 70, 72 sowie mit den Kraftstoffinjektoren 14 des Verbrennungsmotors 10 und den Steuereinrichtungen 24, 38, 64, 66, 68, 78, 84 des Luftversorgungssystems 20 sowie der Abgasanlage 40 verbunden ist.The internal combustion engine 10 is with an engine control unit 90 connected, which via signal lines, not shown, with the pressure and temperature sensors 70 , 72 as well as with the fuel injectors 14th of the internal combustion engine 10 and the control devices 24 , 38 , 64 , 66 , 68 , 78 , 84 of the air supply system 20th as well as the exhaust system 40 connected is.

In 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau ist in diesem Ausführungsbeispiel nur der in Strömungsrichtung eines Abgasstroms durch die Abgasanlage 40 hintere Abschnitt der Abgasanlage 40 dargestellt. Die Abgasanlage 40 umfasst einen Abgaskanal 42, welcher sich an einer Verzweigung 76 in einen Hauptkanal 94 und einen Bypass 62 verzweigt. In dem Hauptkanal 94 ist eine Abgasklappe 78 angeordnet, mit welcher der Hauptkanal 94 versperrt werden kann. In dem Bypass 62 ist ein passiver NOx-Adsorber 88 angeordnet. Der Bypass 62 mündet an einer Einmündung 92 wieder in den Abgaskanal 42 ein. Stromabwärts der Einmündung 92 ist ein Dosierelement 66, 68, insbesondere ein zweites Dosierelement 68 angeordnet, welchem ein Abgasmischer 98 nachgeschaltet ist. Stromabwärts des Abgasmischers 98 ist eine Abgasnachbehandlungskomponente 52, 54, 56 zu selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, insbesondere ein SCR-Katalysator 56 angeordnet. Dem SCR-Katalysator 56 ist in Strömungsrichtung des Abgasstroms ein Sperrkatalysator 58, insbesondere ein Oxidationskatalysator oder ein Ammoniak-Sperrkatalysator, angeordnet, um einen Austritt von Reduktionsmittel und eine damit verbundene Umweltemission zu verhindern.In 2 an alternative embodiment of an exhaust gas aftertreatment system according to the invention is shown. With essentially the same structure, in this exemplary embodiment only the one in the flow direction of an exhaust gas flow through the exhaust system 40 rear section of the exhaust system 40 shown. The exhaust system 40 includes an exhaust duct 42 , which is at a branch 76 in a main channel 94 and a bypass 62 branched. In the main channel 94 is an exhaust flap 78 arranged with which the main channel 94 can be locked. In the bypass 62 is a passive NOx adsorber 88 arranged. The bypass 62 opens at a confluence 92 back into the exhaust duct 42 a. Downstream of the confluence 92 is a dosing element 66 , 68 , in particular a second metering element 68 arranged, which an exhaust mixer 98 is downstream. Downstream of the exhaust mixer 98 is an exhaust aftertreatment component 52 , 54 , 56 on selective catalytic reduction of nitrogen oxides, in particular an SCR catalytic converter 56 arranged. The SCR catalytic converter 56 is a blocking catalyst in the flow direction of the exhaust gas flow 58 , in particular an oxidation catalytic converter or an ammonia barrier catalytic converter, arranged in order to prevent an escape of reducing agent and an associated environmental emission.

In 3 ist das in 2 beschriebene Abgasnachbehandlungssystem in einem ersten Betriebszustand dargestellt, welcher einen Betrieb bei kalter Abgasanlage 40, beispielsweise unmittelbar nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotor 10 darstellt. In dem ersten Betriebszustand ist die Abgasklappe 78 geschlossen, sodass der gesamte Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 durch den Bypass 62 geleitet wird, wobei die Stickoxidemissionen in dem passiven NOx-Adsorber 88 eingespeichert werden.In 3 is that in 2 Exhaust aftertreatment system described shown in a first operating state, which allows operation with a cold exhaust system 40 , for example immediately after a cold start of the internal combustion engine 10 represents. The exhaust flap is in the first operating state 78 closed, so that the entire exhaust gas flow of the internal combustion engine 10 through the bypass 62 is conducted, the nitrogen oxide emissions in the passive NOx adsorber 88 can be saved.

In 4 ist ein zweiter Betriebszustand des Abgasnachbehandlungssystem dargestellt. Dieser Betriebszustand wird gewählt, wenn die Abgastemperatur einen ersten Schwellenwert TEGS1 überschritten hat und/oder der passive NOx-Adsorber 88 einen Schwellenwert FpNAS für den Füllstand FpNA des passiven NOx-Adsorbers 88 erreicht hat, insbesondere wenn der passive NOx-Adsrober fast vollständig befüllt ist und keine weitere Speicherkapazität zur Aufnahme von Stickoxiden aufweist. In diesem zweiten Betriebszustand wird die Abgasklappe 78 geöffnet und der Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 durch den Hauptkanal 94 geführt, sodass der passive NOx-Adsorber 88 im Wesentlichen aus dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 ausgekoppelt ist.In 4th a second operating state of the exhaust gas aftertreatment system is shown. This operating state is selected when the exhaust gas temperature has exceeded a first threshold value T EGS1 and / or the passive NOx adsorber 88 a threshold value F pNAS for the level F pNA of the passive NOx adsorber 88 has achieved, especially when the passive NOx adsorber is almost completely filled and has no further storage capacity to absorb nitrogen oxides. The exhaust flap is in this second operating state 78 opened and the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10 through the main channel 94 out, so the passive NOx adsorber 88 essentially from the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10 is decoupled.

In diesem Betriebszustand werden die Stickoxide durch die (in den 2 - 5) nicht dargestellte motornahe Abgasnachbehandlungskomponente 52, 54 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden oder durch den SCR-Katalysator 56 konvertiert, sofern dieser bereits seine Betriebstemperatur erreicht hat.In this operating state, the nitrogen oxides are absorbed by the (in the 2 - 5 ) Not shown close to the engine exhaust aftertreatment component 52 , 54 for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides or through the SCR catalytic converter 56 converted, provided that it has already reached its operating temperature.

In 5 ist ein dritter Betriebszustand des Abgasnachbehandlungssystems dargestellt. In diesem dritten Betriebszustand wird die Abgasklappe 78 geschlossen, um einen heißen Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 durch den Bypass 62 zu führen. Dabei liegt die Abgastemperatur TEG oberhalb der Desorptionstemperatur des passiven NOx-Adsorbers 88, sodass die Stickoxide, vorzugsweise vollständig, aus dem passiven NOx-Adsorber 88 desorbieren und durch den SCR-Katalysator 56 stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers 88 konvertiert werden können. Dadurch wird der passive NOx-Adsorber 88 entleert und regeneriert, um bei einem Neustart des Verbrennungsmotors 10 wieder Stickoxide einspeichern zu können.In 5 a third operating state of the exhaust gas aftertreatment system is shown. The exhaust flap is in this third operating state 78 closed to a hot exhaust gas stream of the internal combustion engine 10 through the bypass 62 respectively. The exhaust gas temperature T EG is above the desorption temperature of the passive NOx adsorber 88 so the nitrogen oxides, preferably completely, from the passive NOx adsorber 88 desorb and through the SCR catalytic converter 56 downstream of the passive NOx adsorber 88 can be converted. This becomes the passive NOx adsorber 88 emptied and regenerated when the internal combustion engine is restarted 10 to be able to store nitrogen oxides again.

In den 6 - 8 sind drei Betriebszustände des in 1 dargestellten Abgasnachbehandlungssystems dargestellt. Der in 6 dargestellte Betriebszustand stellt einen Betrieb unmittelbar nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 dar, bei dem die Abgasnachbehandlungskomponenten 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58 noch nicht ihre Betriebstemperatur erreicht haben und nicht zu einer effizienten Konvertierung der Schadstoffe beitragen können. Dabei wird in dem ersten Betriebszustand die Abgasklappe 78 geschlossen, sodass der gesamte Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 durch den Bypass 62 geleitet wird, wobei die Stickoxidemissionen in dem passiven NOx-Adsorber 88 eingespeichert werden. Der Bypass 62 umfasst in dieser Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems den ersten Abschnitt der Abgasrückführungsleitung von der ersten Verzweigung 76 bis zur weiteren Verzweigung 74 sowie den Abschnitt des Bypass 62, welcher die weitere Verzweigung 74 mit der Einmündung 92 in den Abgaskanal 92 verbindet. In dem ersten Betriebszustand sind die Steuerklappe 78 sowie das Abgasrückführungsventil 84 der Niederdruck-Abgasrückführung 80 geschlossen und das Steuerelement 64 im Bypass 62 geöffnet.In the 6th - 8th are three operating states of the in 1 illustrated exhaust aftertreatment system. The in 6th The operating state shown represents an operation immediately after a cold start of the internal combustion engine 10 in which the exhaust aftertreatment components 46 , 48 , 50 , 52 , 54 , 56 , 58 have not yet reached their operating temperature and cannot contribute to an efficient conversion of the pollutants. The exhaust flap is in the first operating state 78 closed, so that the entire exhaust gas flow of the internal combustion engine 10 through the bypass 62 is conducted, the nitrogen oxide emissions in the passive NOx adsorber 88 can be saved. The bypass 62 In this embodiment, the exhaust gas aftertreatment system includes the first section of the exhaust gas recirculation line from the first branch 76 until further branching 74 as well as the section of the bypass 62 , which is the further branch 74 with the confluence 92 in the exhaust duct 92 connects. The control flaps are in the first operating state 78 as well as the exhaust gas recirculation valve 84 the low-pressure exhaust gas recirculation 80 closed and the control 64 in bypass 62 opened.

In 7 ist ein zweiter Betriebszustand des Abgasnachbehandlungssystems dargestellt, welcher sich an den ersten Betriebszustand anschließt, wenn die Abgastemperatur einen ersten Schwellenwert TEGS1 überschritten hat und/oder der passive NOx-Adsorber 88 einen Schwellenwert FpNAS für den Füllstand FpNA des passiven NOx-Adsorbers 88 erreicht hat, insbesondere wenn der passive NOx-Adsrober fast vollständig befüllt ist und keine weitere Speicherkapazität zur Aufnahme von Stickoxiden aufweist. In diesem zweiten Betriebszustand wird die Abgasklappe 78 geöffnet und der Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 durch den Hauptkanal 94 geführt, sodass der passive NOx-Adsorber 88 im Wesentlichen aus dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 ausgekoppelt ist. Dazu wird das Steuerelement 64 geschlossen. Hat die Abgastemperatur TEG einen Schwellenwert zur Freigabe der Niederdruck-Abgasrückführung 80 überschritten, so wird das Abgasrückführungsventil 84 geöffnet, sodass der über die Niederdruck-Abgasrückführung 80 zurückgeführte Abgasteilstrom durch den passiven NOx-Adsorber 88 geführt wird.In 7th a second operating state of the exhaust gas aftertreatment system is shown, which follows the first operating state when the exhaust gas temperature has exceeded a first threshold value T EGS1 and / or the passive NOx adsorber 88 a threshold value F pNAS for the level F pNA of the passive NOx adsorber 88 has achieved, especially when the passive NOx adsorber is almost completely filled and has no further storage capacity to absorb nitrogen oxides. The exhaust flap is in this second operating state 78 opened and the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10 through the main channel 94 out, so the passive NOx adsorber 88 essentially from the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10 is decoupled. To do this, the control 64 closed. If the exhaust gas temperature T EG has a threshold value for enabling the low-pressure exhaust gas recirculation 80 exceeded, the exhaust gas recirculation valve 84 opened so that the low-pressure exhaust gas recirculation 80 Returned partial exhaust gas flow through the passive NOx adsorber 88 to be led.

In 8 ist ein dritter Betriebszustand des Abgasnachbehandlungssystems dargestellt, welcher zur Regeneration des passiven NOx-Adsorbers 88 dient. In diesem dritten Betriebszustand wird die Abgasklappe 78 geschlossen, um einen heißen Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 durch den Bypass 62 zu führen. Dabei liegt die Abgastemperatur TEG oberhalb der Desorptionstemperatur des passiven NOx-Adsorbers 88, sodass die Stickoxide, vorzugsweise vollständig, aus dem passiven NOx-Adsorber 88 desorbieren und durch den SCR-Katalysator 56 stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers 88 konvertiert werden können. Dadurch wird der passive NOx-Adsorber 88 entleert und regeneriert, um bei einem Neustart des Verbrennungsmotors 10 wieder Stickoxide einspeichern zu können.In 8th a third operating state of the exhaust gas aftertreatment system is shown, which is used to regenerate the passive NOx adsorber 88 serves. The exhaust flap is in this third operating state 78 closed to a hot exhaust gas stream of the internal combustion engine 10 through the bypass 62 respectively. The exhaust gas temperature T EG is above the desorption temperature of the passive NOx adsorber 88 so that the nitrogen oxides, preferably completely, from the passive NOx adsorber 88 desorb and through the SCR catalytic converter 56 downstream of the passive NOx adsorber 88 can be converted. This becomes the passive NOx adsorber 88 emptied and regenerated when the internal combustion engine is restarted 10 to be able to store nitrogen oxides again.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
VerbrennungsmotorInternal combustion engine
1212th
BrennraumCombustion chamber
1414th
KraftstoffinjektorFuel injector
1616
Einlassinlet
1818th
Auslass Outlet
2020th
LuftversorgungssystemAir supply system
2222nd
LuftfilterAir filter
2424
LuftmassenmesserAir mass meter
2626th
Verdichtercompressor
2828
Ansaugkanal Intake duct
3030th
HochdruckabgasrückführungHigh pressure exhaust gas recirculation
3232
LadeluftkühlerIntercooler
3434
EinmündungConfluence
3636
AbgasrückführungskanalExhaust gas recirculation duct
3838
Hochdruck-Abgasrückführungs-Ventil High pressure exhaust gas recirculation valve
4040
AbgasanlageExhaust system
4242
AbgaskanalExhaust duct
4444
Turbineturbine
4646
erster Katalysatorfirst catalyst
4848
NOx-Speicherkatalysator NOx storage catalytic converter
5050
OxidationskatalysatorOxidation catalyst
5252
PartikelfilterParticle filter
5454
SCR-BeschichtungSCR coating
5656
SCR-KatalysatorSCR catalytic converter
5858
SperrkatalysatorBarrier catalytic converter
6060
AbgasturboladerExhaust gas turbocharger
6262
Bypassbypass
6464
SteuerelementControl
6666
erstes Dosierelementfirst metering element
6868
zweites Dosierelement second metering element
7070
TemperatursensorTemperature sensor
7272
DifferenzdrucksensorenDifferential pressure sensors
7474
weitere Verzweigungfurther branching
7676
Verzweigungbranch
7878
Abgasklappe Exhaust flap
8080
Niederdruck-AbgasrückführungLow pressure exhaust gas recirculation
8282
Niederdruck-AbgasrückführungskühlerLow pressure exhaust gas recirculation cooler
8484
AbgasrückführungsventilExhaust gas recirculation valve
8686
AbgasrückführungsleitungExhaust gas recirculation line
8888
passiver NOx-Adsorber passive NOx adsorber
9090
SteuergerätControl unit
9292
EinmündungConfluence
9494
HauptkanalMain channel
9696
Einrichtung zur AbgaswärmerückgewinnungDevice for exhaust gas heat recovery
9898
AbgasmischerExhaust mixer

Claims (8)

Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einer Abgasanlage (40), in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors (10) durch einen Abgaskanal (42) der Abgasanlage (40) eine Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und stromabwärts dieser Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) ein Sperrkatalysator (58) angeordnet ist, wobei von dem Abgaskanal (42) stromaufwärts der Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) an einer Verzweigung (76) ein Bypass (62) abzweigt, welcher stromabwärts der Verzweigung (76) und stromaufwärts der Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) an einer Einmündung (92) wieder in den Abgaskanal (42) mündet, wobei in dem Bypass (62) ein passiver NOx-Adsorber (88) angeordnet ist, und wobei am Abgaskanal (42) ein Stellelement (78) vorgesehen ist, mit welchem der Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) wahlweise durch einen Hauptkanal (94) des Abgaskanals (42) oder durch den Bypass (62) geleitet werden kann, wobei an der Verzweigung (76) eine Abgasrückführungsleitung (86) einer Niederdruckabgasrückführung (80) aus dem Abgaskanal (42) abzweigt, wobei der passive NOx-Adsorber (88) in der Abgasrückführungsleitung (86) angeordnet ist, und wobei die Abgasrückführungsleitung eine weitere Verzweigung (74) aufweist, an welcher ein Bypass (62) aus der Abgasrückführungsleitung (86) abzweigt (50), welcher die Abgasrückführungsleitung (86) mit dem Abgaskanal (42) stromabwärts des Stellelements (78) und stromaufwärts der Abgasnachbehandlungskomponenten (52, 54, 56) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden verbindet, wobei in der Abgasrückführungsleitung (86) stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers (88) und stromaufwärts der weiteren Verzweigung (74) eine Einrichtung zur Abgaswärmerückgewinnung (82, 96) angeordnet ist, umfassend folgende Schritte: - Starten des Verbrennungsmotors (10), wobei der gesamte Abgasstrom des Verbrennnungsmotors (10) durch den Bypass (62) geleitet wird und Stickoxide in dem passiven NOx-Adsorber (88) gespeichert werden, - Ermitteln einer Abgastemperatur (TEG) oder eines Füllstands (FpNA) des passiven NOx-Adsorbers, wobei bei Überschreiten eines ersten Schwellenwertes (TEGS1) für die Abgastemperatur (TEG) oder eines Schwellenwertes (FpNAS) des Füllstands (FpNA) der Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) durch den Hauptkanal (94) geleitet wird, und - Regenerieren des passiven NOx-Adsorbers (88), indem der Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) zumindest anteilig durch den Bypass (62) geleitet wird, wenn die Abgasnachbehandlungskomponente (54, 56, 58) zur selektiven katalytischen Reduktion ihre Betriebstemperatur (TB) erreicht hat und die Abgastemperatur (TEG) einen zweiten Schwellenwert (TEGS2) erreicht hat.Method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (10) with an exhaust system (40), in which an exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) for selective catalytic reduction in the flow direction of an exhaust gas flow of the internal combustion engine (10) through an exhaust duct (42) of the exhaust system (40) of nitrogen oxides and downstream of this exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) a blocking catalytic converter (58) is arranged, a bypass (62) branching off from the exhaust gas duct (42) upstream of the exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) at a junction (76) downstream of the junction (76) and upstream of the exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) at a junction (92) back into the exhaust gas duct (42), a passive NOx adsorber (88) being arranged in the bypass (62) is, and wherein an adjusting element (78) is provided on the exhaust gas duct (42), with which the exhaust gas flow of the internal combustion engine (10) optionally through a main duct (94) of the exhaust gas duct (42) or through the bypass (62), an exhaust gas recirculation line (86) of a low-pressure exhaust gas recirculation (80) branching off from the exhaust gas channel (42) at the junction (76), the passive NOx adsorber (88) in the exhaust gas recirculation line (86 ) is arranged, and wherein the exhaust gas recirculation line has a further branch (74) at which a bypass (62) branches off (50) from the exhaust gas recirculation line (86) which connects the exhaust gas recirculation line (86) with the exhaust gas duct (42) downstream of the actuating element ( 78) and upstream of the exhaust gas aftertreatment components (52, 54, 56) for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides, wherein in the exhaust gas recirculation line (86) downstream of the passive NOx adsorber (88) and upstream of the further branch (74) a device for exhaust gas heat recovery ( 82, 96), comprising the following steps: starting the internal combustion engine (10), wherein the entire exhaust gas flow of the internal combustion engine (1st 0) is passed through the bypass (62) and nitrogen oxides are stored in the passive NOx adsorber (88), - determining an exhaust gas temperature (T EC) or a filling level (F pNA) of the passive NOx adsorber, wherein a first is exceeded Threshold value (T EGS1 ) for the exhaust gas temperature (T EG ) or a threshold value (F pNAS ) of the filling level (F pNA ) the exhaust gas flow of the internal combustion engine (10) is passed through the main duct (94), and - regeneration of the passive NOx adsorber ( 88), in that the exhaust gas flow of the internal combustion engine (10) is at least partially passed through the bypass (62) when the exhaust gas aftertreatment component (54, 56, 58) for selective catalytic reduction has reached its operating temperature (T B ) and the exhaust gas temperature (T EG ) has reached a second threshold value (T EGS2 ). Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellenwert (TEGS1) unterhalb des zweiten Schwellenwerts (TEGS2) der Abgastemperatur (TEG) liegt.Process for exhaust aftertreatment according to Claim 1 , characterized in that the first threshold value (T EGS1 ) is below the second threshold value (T EGS2 ) of the exhaust gas temperature (T EG ). Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellenwert (TEGS1) der Abgastemperatur (TEG) im Bereich von 150°C bis 250°C und der zweite Schwellenwert (TEGS2) im Bereich von 200°C bis 350°C liegt.Process for exhaust aftertreatment according to Claim 1 or 2 , characterized in that the first threshold value (T EGS1 ) of the exhaust gas temperature (T EG ) lies in the range from 150 ° C to 250 ° C and the second threshold value (T EGS2 ) lies in the range from 200 ° C to 350 ° C. Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert (FpNAS) des Füllstands (FpNA) des passiven NOx-Adsorbers (88) im Bereich von 50% bis 100% liegt.Process for exhaust gas aftertreatment according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the threshold value (F pNAS ) of the fill level (F pNA ) of the passive NOx adsorber (88) is in the range from 50% to 100%. Abgasnachbehandlungssystem zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einer Abgasanlage (40), in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors (10) durch einen Abgaskanal (42) der Abgasanlage (40) eine Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und stromabwärts dieser Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) ein Sperrkatalysator (58) angeordnet ist, wobei von dem Abgaskanal (42) stromaufwärts der Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) an einer Verzweigung (76) ein Bypass (62) abzweigt, welcher stromabwärts der Verzweigung (76) und stromaufwärts der Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) an einer Einmündung (92) wieder in den Abgaskanal (42) mündet, wobei in dem Bypass (62) ein passiver NOx-Adsorber (88) angeordnet ist, und wobei am Abgaskanal (42) ein Stellelement (78) vorgesehen ist, mit welchem der Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) wahlweise durch einen Hauptkanal (94) des Abgaskanals (42) oder durch den Bypass (62) geleitet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass an der Verzweigung (76) eine Abgasrückführungsleitung (86) einer Niederdruckabgasrückführung (80) aus dem Abgaskanal (42) abzweigt, wobei der passive NOx-Adsorber (88) in der Abgasrückführungsleitung (86) angeordnet ist, und wobei die Abgasrückführungsleitung eine weitere Verzweigung (74) aufweist, an welcher ein Bypass (62) aus der Abgasrückführungsleitung (86) abzweigt (50), welcher die Abgasrückführungsleitung (86) mit dem Abgaskanal (42) stromabwärts des Stellelements (78) und stromaufwärts der Abgasnachbehandlungskomponenten (52, 54, 56) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden verbindet, wobei in der Abgasrückführungsleitung (86) stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers (88) und stromaufwärts der weiteren Verzweigung (74) eine Einrichtung zur Abgaswärmerückgewinnung (82, 96) angeordnet ist.Exhaust aftertreatment system for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine (10) with an exhaust system (40) in which an exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) for selective catalytic reduction in the flow direction of an exhaust gas flow of the internal combustion engine (10) through an exhaust duct (42) of the exhaust system (40) of nitrogen oxides and downstream of this exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) a blocking catalytic converter (58) is arranged, a bypass (62) branching off from the exhaust gas duct (42) upstream of the exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) at a junction (76) , which is downstream of the Branch (76) and upstream of the exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) at a junction (92) opens again into the exhaust gas duct (42), a passive NOx adsorber (88) being arranged in the bypass (62), and wherein an adjusting element (78) is provided on the exhaust gas duct (42), with which the exhaust gas flow of the internal combustion engine (10) can optionally be passed through a main duct (94) of the exhaust gas duct (42) or through the bypass (62), characterized in that an the branch (76) an exhaust gas recirculation line (86) of a low-pressure exhaust gas recirculation (80) branches off from the exhaust gas duct (42), the passive NOx adsorber (88) being arranged in the exhaust gas recirculation line (86), and the exhaust gas recirculation line having a further branch (74 ), at which a bypass (62) branches off (50) from the exhaust gas recirculation line (86), which branches the exhaust gas recirculation line (86) with the exhaust gas duct (42) downstream of the actuating element (78) and upstream of the exhaust gas aftertreatment gskomponenten (52, 54, 56) for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides connects, wherein in the exhaust gas recirculation line (86) downstream of the passive NOx adsorber (88) and upstream of the further branch (74) a device for exhaust gas heat recovery (82, 96) is arranged is. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasnachbehandlungssystem eine motornahe erste Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und eine stromabwärts der motornahen ersten Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) angeordnete zweite Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden aufweist, wobei der Bypass (62) stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) aus dem Abgaskanal (42) abzweigt und stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) wieder in den Abgaskanal (42) einmündet.Exhaust aftertreatment system after Claim 5 , characterized in that the exhaust gas aftertreatment system has a first exhaust aftertreatment component (52, 54, 56) close to the engine for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides and a second exhaust aftertreatment component (52, 54, 56) arranged downstream of the first exhaust aftertreatment component (52, 54, 56) close to the engine for selective having catalytic reduction of nitrogen oxides, the bypass (62) branches off downstream of the first exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) from the exhaust gas duct (42) and upstream of the second exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) opens back into the exhaust gas duct (42) . Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts eines Auslasses (18) des Verbrennungsmotors (10) und stromaufwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein erstes Dosierelement (66) und stromabwärts der Einmündung (92) und stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein zweites Dosierelement (52, 54, 56) angeordnet ist.Exhaust aftertreatment system after Claim 6 , characterized in that downstream of an outlet (18) of the internal combustion engine (10) and upstream of the first exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides, a first metering element (66) and downstream of the confluence (92) and upstream of the second exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides, a second metering element (52, 54, 56) is arranged. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der in Strömungsrichtung letzten Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein Sperrkatalysator (58) nachgeschaltet ist.Exhaust aftertreatment system according to one of the Claims 5 until 7th , characterized in that the last exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides is connected downstream of a blocking catalyst (58).
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