DE102020126163A1 - Exhaust aftertreatment device with at least two catalytic converters, internal combustion engine with an exhaust aftertreatment device, motor vehicle with an internal combustion engine and method for operating an exhaust aftertreatment device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem ersten Abgasabführungskanal, über welchen ein Abgasstrom von wenigstens einem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine abführbar ist, und mit einem ersten Katalysator, welcher über einen ersten Abgaskanal der Abgasnachbehandlungseinrichtung einerseits mit dem ersten Abgasabführungskanal abgasleitend gekoppelt ist und andererseits mit einem zweiten Katalysator der Abgasnachbehandlungseinrichtung abgasleitend gekoppelt ist. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst einen mit dem ersten Abgasabführungskanal abgasleitend gekoppelten zweiten Abgaskanal, über welchen dem zweiten Katalysator zumindest ein Teil des Abgasstroms unter Umgehung des ersten Katalysators zuführbar ist, sowie eine Durchflusseinstellungsvorrichtung, welche abgasleitend mit dem ersten Abgasabführungskanal, dem ersten Abgaskanal und mit dem zweiten Abgaskanal verbunden ist. Die Durchflusseinstellungsvorrichtung ist zwischen Zuständen, in welchen dem ersten Katalysator über die Durchflusseinstellungsvorrichtung jeweils voneinander verschiedene Abgasstrom-Anteile des aus dem ersten Abgasabführungskanal austretenden Abgasstroms zuführbar sind, verstellbar. Weitere Erfindungsaspekte betreffen eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung sowie ein Verfahren zu deren Betrieb und ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine.The invention relates to an exhaust gas aftertreatment device for an internal combustion engine, with a first exhaust gas discharge duct, via which an exhaust gas flow can be discharged from at least one cylinder of the internal combustion engine, and with a first catalytic converter, which is coupled via a first exhaust gas duct of the exhaust gas aftertreatment device on the one hand to the first exhaust gas discharge duct and on the other hand is coupled to a second catalytic converter of the exhaust gas aftertreatment device. The exhaust gas aftertreatment device comprises a second exhaust gas duct, which is coupled to the first exhaust gas discharge duct and via which at least part of the exhaust gas flow can be fed to the second catalytic converter, bypassing the first catalytic converter, and a flow rate adjustment device, which exhaust gas is connected to the first exhaust gas discharge duct, the first exhaust gas duct and to the second exhaust gas duct connected is. The flow rate adjustment device can be adjusted between states in which the first catalytic converter can be supplied with different exhaust gas flow portions of the exhaust gas flow emerging from the first exhaust gas discharge channel. Further aspects of the invention relate to an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment device and a method for its operation and a motor vehicle with an internal combustion engine.
Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine.The invention relates to an exhaust gas aftertreatment device for an internal combustion engine. Further aspects of the invention relate to an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment device, a motor vehicle with an internal combustion engine and a method for operating an exhaust gas aftertreatment device of an internal combustion engine.
Derartige Abgasnachbehandlungseinrichtungen gewinnen im Zuge einer immer strenger werdenden Abgasgesetzgebung stetig an Bedeutung. Mit der Ablösung des NEFZ (neuer europäischer Fahrzyklus) durch sogenannte RDE-Prüfverfahren (RDE = real driving emissions) werden Emissionen, wie beispielsweise Stickoxidemissionen oder die Anzahl an ausgestoßenen ultrafeinen Partikeln eines Kraftfahrzeugs im praktischen Fahrbetrieb, also im Straßenverkehr gemessen. Zur Einhaltung derart strenger Vorgaben ist die Funktionsfähigkeit von Abgasnachbehandlungseinrichtungen über einen besonders großen Kennfeldbereich einer Verbrennungskraftmaschine wichtig.Exhaust gas aftertreatment devices of this type are constantly gaining in importance in the course of exhaust gas legislation that is becoming ever more stringent. With the replacement of the NEDC (new European driving cycle) by so-called RDE test methods (RDE = real driving emissions), emissions such as nitrogen oxide emissions or the number of ultrafine particles emitted by a motor vehicle are measured in practical driving operation, i.e. in road traffic. In order to comply with such strict specifications, the functionality of exhaust gas aftertreatment devices over a particularly large map range of an internal combustion engine is important.
Eine bekannte Strategie zur Abgasnachbehandlung besteht darin, mehrere Katalysatoren einzusetzen. Ein Beispiel hierfür stellt die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, eine Verbrennungskraftmaschine, ein Kraftfahrzeug, sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche eine besonders wirksame Abgasnachbehandlung ermöglicht ist.The object of the present invention is to provide an exhaust gas aftertreatment device, an internal combustion engine, a motor vehicle, and a method of the type mentioned at the outset, by means of which particularly effective exhaust gas aftertreatment is made possible.
Diese Aufgabe wird durch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8, durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by an exhaust gas aftertreatment device having the features of
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einem ersten Abgasabführungskanal, über welchen ein Abgasstrom von wenigstens einem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine abführbar ist, und mit zumindest einem ersten Katalysator, welcher über einen ersten Abgaskanal der Abgasnachbehandlungseinrichtung einerseits zumindest mittelbar mit dem ersten Abgasabführungskanal abgasleitend gekoppelt ist und andererseits zumindest mittelbar mit wenigstens einem zweiten Katalysator der Abgasnachbehandlungseinrichtung abgasleitend gekoppelt ist. Der erste Abgasabführungskanal kann beispielsweise einen Abgaskrümmer umfassen oder als Abgaskrümmer ausgebildet sein.A first aspect of the invention relates to an exhaust gas aftertreatment device for an internal combustion engine, with at least one first exhaust gas discharge channel, via which an exhaust gas flow can be discharged from at least one cylinder of the internal combustion engine, and with at least one first catalytic converter, which on the one hand is at least indirectly connected via a first exhaust gas channel of the exhaust gas aftertreatment device to the first exhaust gas discharge channel is coupled exhaust conducting and on the other hand is at least indirectly coupled to at least one second catalytic converter of the exhaust gas aftertreatment device exhaust conducting. The first exhaust gas discharge channel can, for example, comprise an exhaust manifold or be designed as an exhaust manifold.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen zumindest mittelbar mit dem ersten Abgasabführungskanal abgasleitend gekoppelten zweiten Abgaskanal, über welchen dem wenigstens einen zweiten Katalysator zumindest ein Teil des Abgasstroms unter Umgehung des zumindest einen ersten Katalysators zuführbar ist, sowie zumindest eine Durchflusseinstellungsvorrichtung umfasst, welche abgasleitend zumindest mittelbar mit dem ersten Abgasabführungskanal, dem ersten Abgaskanal und mit dem zweiten Abgaskanal verbunden ist und welche zumindest zwischen zwei Zuständen, in welchen dem ersten Katalysator über die Durchflusseinstellungsvorrichtung jeweils voneinander verschiedene Abgasstrom-Anteile des aus dem ersten Abgasabführungskanal austretenden Abgasstroms zuführbar sind, verstellbar ist. Dies ist von Vorteil, da durch das Verstellen der Durchflusseinstellungsvorrichtung eine gezielte Dosierung der Abgasstrom-Anteile, welche dem ersten Katalysator zuzuführen sind, erfolgen kann. Durch das Verstellen der Durchflusseinstellungsvorrichtung in die verschiedenen Zustände können die jeweiligen Katalysatoren (erster Katalysator, zweiter Katalysator) somit mit unterschiedlichen Abgasmassenströmen beaufschlagt werden, wodurch eine bedarfsgerecht Schadstoffkonvertierung sowie ein gezieltes Aufheizen der jeweiligen Katalysatoren erfolgen kann, um eine jeweilige Anspringtemperatur (Light-Off-Temperatur) der Katalysatoren zu erreichen. Der erste Abgaskanal der Abgasnachbehandlungseinrichtung kann beispielsweise mittels der Durchflusseinstellungsvorrichtung und dadurch mittelbar mit dem ersten Abgasabführungskanal abgasleitend gekoppelt sein. Dem ersten Katalysator können beispielsweise über die Durchflusseinstellungsvorrichtung und den ersten Abgaskanal jeweils voneinander verschiedene Abgasstrom-Anteile zuführbar sein. Die Zustände können allgemein auch als Schaltstellungen bezeichnet werden.According to the invention, it is provided that the exhaust gas aftertreatment device comprises a second exhaust gas duct, which is at least indirectly coupled to the first exhaust gas discharge duct in order to conduct exhaust gas, via which at least part of the exhaust gas flow can be fed to the at least one second catalytic converter, bypassing the at least one first catalytic converter, and at least one flow rate adjustment device, which is at least indirectly connected to the first exhaust gas discharge duct, the first exhaust gas duct and the second exhaust gas duct and which can be adjusted at least between two states in which the first catalytic converter can be supplied with different exhaust gas flow components of the exhaust gas flow emerging from the first exhaust gas discharge duct via the flow rate adjustment device is. This is advantageous because by adjusting the flow adjustment device, a targeted dosing of the exhaust gas flow components that are to be fed to the first catalytic converter can take place. By adjusting the flow rate setting device in the different states, the respective catalytic converters (first catalytic converter, second catalytic converter) can thus be subjected to different exhaust gas mass flows, as a result of which pollutant conversion can take place as required and the respective catalytic converters can be heated in a targeted manner in order to achieve a respective light-off temperature (light-off temperature). temperature) of the catalysts. The first exhaust gas duct of the exhaust gas aftertreatment device can be coupled to the first exhaust gas discharge duct, for example, by means of the flow rate adjustment device and thereby indirectly. Different exhaust gas flow components can be supplied to the first catalytic converter, for example via the flow rate adjustment device and the first exhaust gas channel. the States can generally also be referred to as switching positions.
Der erste Katalysator kann über eine kürzere Wegstrecke mit Abgas versorgbar sein, als der zweite Katalysator. Mit anderen Worten kann Abgas auf einem kürzeren Weg zu dem ersten Katalysator gelangen als zu dem zweiten Katalysator. Dementsprechend kann der erste Katalysator als sogenannter motornaher Katalysator bezeichnet werden und der zweite Katalysator zwar ebenfalls motornahe angeordnet sein jedoch im Vergleich zum ersten Katalysator einen größeren Abstand zur Verbrennungskraftmaschine aufweisen.The first catalytic converter can be supplied with exhaust gas over a shorter distance than the second catalytic converter. In other words, exhaust gas can travel a shorter route to the first catalytic converter than to the second catalytic converter. Accordingly, the first catalytic converter can be referred to as a so-called close-coupled catalytic converter, and although the second catalytic converter is also arranged close to the engine, it is at a greater distance from the internal combustion engine than the first catalytic converter.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Verstellung zwischen den zumindest zwei Zuständen eine bedarfsgerechte und strömungsgünstige Aufteilung des Abgasstroms auf die jeweiligen Katalysatoren, also den ersten Katalysator und den zweiten Katalysator erfolgen kann, sodass je nach Lastpunkt (Niedriglastbetrieb, Teillastbetrieb, Volllastbetrieb) der Verbrennungskraftmaschine jeweils unterschiedliche Abgasstrom-Anteile durch den ersten Katalysator geführt werden können. Anhand der Durchflusseinstellungsvorrichtung kann die Einstellung der Abgasstrom-Anteile besonders flexibel erfolgen, sodass beispielsweise die Einstellung einerseits in Abhängigkeit von einer möglichst vollständigen Schadstoffkonvertierung anhand der jeweiligen Katalysatoren und andererseits eine jeweilige Durchströmung der jeweiligen Katalysatoren unter besonders geringen Strömungsverlusten sowie unter besonders geringem Abgasgegendruck erfolgen kann.The invention is based on the finding that by adjusting between the at least two states, the exhaust gas flow can be distributed to the respective catalytic converters, i.e. the first catalytic converter and the second catalytic converter, as required and in a manner favorable to flow, so that depending on the load point (low-load operation, partial-load operation, full-load operation) the internal combustion engine can be guided through the first catalytic converter in each case different exhaust gas flow proportions. The flow adjustment device can be used to adjust the exhaust gas flow proportions in a particularly flexible manner, so that, for example, the adjustment can be made on the one hand as a function of the most complete possible pollutant conversion using the respective catalytic converters and on the other hand a respective flow through the respective catalytic converters with particularly low flow losses and with particularly low exhaust gas back pressure.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der erste Katalysator zur Abgasnachbehandlung eines kleineren Maximal-Abgasmassenstroms ausgebildet, als der zweite Katalysator. Dies ist von Vorteil, da der erste Katalysator dadurch schneller auf dessen Anspringtemperatur (Light-Off-Temperatur) erwärmt werden kann, als der zweite Katalysator, wodurch einerseits eine besonders rasche Schadstoffkonvertierung bereits kurz nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht ist und andererseits eine besonders flexible, strömungsgünstige Einstellung der verschiedenen Abgasstrom-Anteile ermöglicht ist. Unter dem Ausdruck Maximal-Abgasmassenstroms ist dabei ein Abgasmassenstrom des Abgasstroms zu verstehen, bei dessen Überschreiten unzulässig hohe Schadstoffemissionen stromab des jeweiligen Katalysators (beispielsweise des ersten Katalysators), also trotz Abgasnachbehandlung durch diesen Katalysator, auftreten.In an advantageous development of the invention, the first catalytic converter is designed for exhaust gas aftertreatment of a smaller maximum exhaust gas mass flow than the second catalytic converter. This is advantageous because the first catalytic converter can be heated to its light-off temperature more quickly than the second catalytic converter, which on the one hand enables particularly rapid pollutant conversion shortly after a cold start of the internal combustion engine and on the other hand a particularly flexible conversion , Streamlined adjustment of the various exhaust gas flow components is made possible. The expression maximum exhaust gas mass flow is to be understood as meaning an exhaust gas mass flow of the exhaust gas flow which, if exceeded, causes impermissibly high pollutant emissions to occur downstream of the respective catalytic converter (e.g. the first catalytic converter), i.e. despite exhaust gas aftertreatment by this catalytic converter.
Mit anderen Worten kann also der erste Katalysator kleiner sein als der zweite Katalysator. Bevorzugt kann der erste Katalysator zur Konvertierung des Abgasstroms bei einem Niedriglastbetrieb und bei einem Teillastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein. Der zweite Katalysator kann im Gegensatz zum ersten Katalysator zur Konvertierung des Abgasstroms bei einem Volllastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und damit ausgelegt sein.In other words, the first catalyst can be smaller than the second catalyst. The first catalytic converter can preferably be designed to convert the exhaust gas flow during low-load operation and during partial-load operation of the internal combustion engine. In contrast to the first catalytic converter, the second catalytic converter can be configured and thus designed for converting the exhaust gas flow when the internal combustion engine is operating under full load.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der erste Abgaskanal stromauf des zweiten Katalysators abgasleitend mit dem zweiten Abgaskanal gekoppelt. Dies ist von Vorteil, da hierdurch die aus dem ersten Katalysator austretenden Abgasstrom-Anteile auch dem zweiten Katalysator zugeführt werden können und zur Erwärmung des zweiten Katalysators auf dessen Anspringtemperatur genutzt werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei einem etwaigen Schaden oder Ausfall des ersten Katalysators weiterhin der gesamte Abgasstrom zur Abgasnachbehandlung durch den zweiten Katalysator geführt werden kann, sodass ein unzulässiges Umströmen, also Umgehen, der Katalysatoren vermieden werden kann. Zusammenfassend kann also der gesamte Abgasstrom durch den zweiten Katalysator strömen, wodurch der zweite Katalysator einerseits besonders zügig erwärmt und andererseits eine besonders umfassende Abgasnachbehandlung durch den zweiten Katalysator erzielt werden kann.In a further advantageous development of the invention, the first exhaust gas duct is coupled to the second exhaust gas duct upstream of the second catalytic converter. This is advantageous because the exhaust gas flow components emerging from the first catalytic converter can also be fed to the second catalytic converter and can be used to heat the second catalytic converter to its light-off temperature. Another advantage is that in the event of damage or failure of the first catalytic converter, the entire exhaust gas flow can still be routed through the second catalytic converter for exhaust gas aftertreatment, so that an impermissible flow around, i.e. bypassing, the catalytic converters can be avoided. In summary, the entire exhaust gas flow can flow through the second catalytic converter, which means that the second catalytic converter can be heated particularly quickly on the one hand and particularly comprehensive exhaust gas aftertreatment can be achieved by the second catalytic converter on the other.
Hierzu kann der erste Abgaskanal stromauf des zweiten Katalysators, also in Strömungsrichtung des Abgasstroms vor dem zweiten Katalysator, beispielsweise in den zweiten Abgaskanal oder der zweite Abgaskanal in den ersten Abgaskanal münden. Dadurch kann der gesamte Abgasstrom durch den zweiten Katalysator strömen.For this purpose, the first exhaust gas duct can open upstream of the second catalytic converter, ie upstream of the second catalytic converter in the flow direction of the exhaust gas flow, for example into the second exhaust gas duct or the second exhaust gas duct into the first exhaust gas duct. This allows the entire exhaust flow to flow through the second catalytic converter.
Besonders bevorzugt ist der gesamte Abgasstrom in sämtlichen Zuständen der Durchflusseinstellungsvorrichtung durch den zweiten Katalysator führbar. Mit anderen Worten kann bevorzugt vorgesehen sein, dass in allen möglichen Zuständen der Durchflusseinstellungsvorrichtung sichergestellt sein kann, dass zumindest der zweite Katalysator mit dem gesamten Abgasstrom beaufschlagbar ist. Dadurch kann auf besonders einfache Art und Weise ein versehentliches Umleiten des Abgasstroms um die Katalysatoren herum vermieden werden.Particularly preferably, the entire exhaust gas flow can be guided through the second catalytic converter in all states of the flow adjustment device. In other words, it can preferably be provided that in all possible states of the flow adjustment device it can be ensured that at least the second catalytic converter can be acted upon by the entire exhaust gas flow. This makes it possible to avoid inadvertently diverting the flow of exhaust gas around the catalytic converters in a particularly simple manner.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind der erste Katalysator und der zweite Katalysator gleichartig ausgebildet. Unter gleichartig ist dabei zu verstehen, dass beide Katalysatoren der gleichen Katalysatorart zugeordnet sind. So können beispielsweise sowohl der erste Katalysator als auch der zweite Katalysator als 3-Wege-Katalysator ausgebildet sein. Dies ist von Vorteil, da hierdurch dementsprechend eine gleichartige Abgasnachbehandlung durch die jeweiligen Katalysatoren erfolgen kann, sodass keine Anpassung eines Verbrennungsluftverhältnisses beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine an die jeweilige Katalysatorart erfolgen muss. Darüber hinaus kann der zweite Katalysator dadurch wirksam zur redundanten Abgasnachbehandlung genutzt werden, wodurch bei einem etwaigen Ausfall des ersten Katalysators weiterhin die Abgasnachbehandlung durch den zweiten Katalysator sichergestellt werden kann.In a further advantageous development of the invention, the first catalytic converter and the second catalytic converter are designed in the same way. Similar is to be understood here as meaning that both catalysts are assigned to the same type of catalyst. For example, both the first catalytic converter and the second catalytic converter can be designed as a 3-way catalytic converter. This is an advantage, as this results in a similar Exhaust gas aftertreatment can be carried out by the respective catalysts, so that no adjustment of a combustion air ratio during operation of the internal combustion engine has to be carried out on the respective type of catalyst. In addition, the second catalytic converter can thus be used effectively for redundant exhaust gas after-treatment, whereby exhaust gas after-treatment by the second catalytic converter can continue to be ensured in the event of a failure of the first catalytic converter.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Abgasnachbehandlungseinrichtung wenigstens einen Abgasturbolader, welcher über den zweiten Abgaskanal einerseits mit der Durchflusseinstellungsvorrichtung und andererseits mit dem zweiten Katalysator abgasleitend gekoppelt ist. Dies ist von Vorteil, da durch den Abgasturbolader einerseits eine besonders wirksame Leistungssteigerung der Verbrennungskraftmaschine sichergestellt werden kann und andererseits anhand des Abgasturboladers eine Erhöhung eines Abgasgegendrucks des Abgasstroms stromauf des Abgasturboladers, beispielsweise in dem ersten Abgasabführungskanal und dem ersten Abgaskanal, bewirkt werden kann, wodurch dem ersten Katalysator damit ein entsprechend großer Abgasstrom-Anteil des aus dem ersten Abgasabführungskanal austretenden Abgasstroms zugeführt und damit der erste Katalysator besonders rasch auf dessen Anspringtemperatur erwärmt werden kann.In a further advantageous development of the invention, the exhaust gas aftertreatment device comprises at least one exhaust gas turbocharger, which is coupled via the second exhaust gas duct on the one hand to the flow adjustment device and on the other hand to the second catalytic converter in an exhaust gas-conducting manner. This is advantageous because, on the one hand, the exhaust gas turbocharger can ensure a particularly effective increase in the output of the internal combustion engine and, on the other hand, the exhaust gas turbocharger can be used to increase an exhaust gas back pressure of the exhaust gas flow upstream of the exhaust gas turbocharger, for example in the first exhaust gas discharge duct and the first exhaust gas duct, whereby the the first catalytic converter is thus supplied with a correspondingly large proportion of the exhaust gas flow emerging from the first exhaust gas discharge duct, and the first catalytic converter can thus be heated particularly quickly to its light-off temperature.
Bevorzugt kann die Durchflusseinstellungsvorrichtung als Wastegate, also als Abgas-Bypassventil, zur Einstellung, insbesondere Regelung, eines mittels des Abgasturboladers in einem Ansaugkanal der Verbrennungskraftmaschine aufbaubaren Ladedrucks ausgebildet sein. Dies ist von Vorteil, da die Durchflusseinstellungsvorrichtung dadurch eine besonders hohe Funktionalität aufweist, also mit anderen Worten mehrere Funktionen, nämlich einerseits die Einstellung der Abgasstrom-Anteile und andererseits die Einstellung des Ladedrucks, übernehmen kann.The flow rate setting device can preferably be designed as a wastegate, ie as an exhaust gas bypass valve, for setting, in particular regulating, a boost pressure that can be built up in an intake duct of the internal combustion engine by means of the exhaust gas turbocharger. This is advantageous because the flow adjustment device thereby has a particularly high level of functionality, in other words it can assume several functions, namely setting the exhaust gas flow components on the one hand and setting the charging pressure on the other.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der wenigstens eine Abgasturbolader als mehrflutiger Abgasturbolader ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da durch den mehrflutigen Abgasturbolader eine gezielte Beaufschlagung einer Turbine des Abgasturboladers mit Abgas erfolgen kann, wodurch der Abgasturbolader mit einer verbesserten Betriebscharakteristik betrieben werden kann.In a further advantageous development of the invention, the at least one exhaust gas turbocharger is designed as a multiflow exhaust gas turbocharger. This is advantageous because the multi-flow exhaust gas turbocharger allows exhaust gas to be applied in a targeted manner to a turbine of the exhaust gas turbocharger, as a result of which the exhaust gas turbocharger can be operated with improved operating characteristics.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine erste Flut des mehrflutigen Abgasturboladers mit dem zweiten Abgaskanal und eine zweite Flut des mehrflutigen Abgasturboladers mit einem dritten Abgaskanal der Abgasnachbehandlungseinrichtung, über welchen ein zweiter Abgasstrom von wenigstens einem zweiten Zylinder der Verbrennungskraftmaschine abführbar ist, abgasleitend gekoppelt, wobei der dritte Abgaskanal einerseits zumindest mittelbar mit der Durchflusseinstellungsvorrichtung und andererseits zumindest mittelbar mit dem zweiten Katalysator gekoppelt ist. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine hohe Variabilität beim Betrieb der Abgasnachbehandlungseinrichtung erzielt werden kann. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass der Abgasturbolader anhand des zweiten Abgaskanals und des dritten Abgaskanals sowie über die erste Flut und die zweite Flut besonders gezielt mit Abgas versorgt werden kann, wodurch ein verbessertes Ansprechverhalten des Abgasturboladers erzielt werden kann. Der dritte Abgaskanal kann bevorzugt unmittelbar mit der Durchflusseinstellungsvorrichtung gekoppelt sein. Unabhängig davon kann der dritte Abgaskanal bevorzugt unmittelbar mit dem zweiten Katalysator gekoppelt sein. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der dritte Abgaskanal unter Umgehung des ersten Katalysators einerseits zumindest mittelbar, bevorzugt unmittelbar, mit der Durchflusseinstellungsvorrichtung und andererseits zumindest mittelbar, bevorzugt unmittelbar, mit dem zweiten Katalysator gekoppelt ist. Dadurch kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders variable betrieben werden.In a further advantageous development of the invention, a first flow of the multi-flow exhaust gas turbocharger is coupled to the second exhaust gas duct and a second flow of the multi-flow exhaust gas turbocharger is coupled in an exhaust gas-conducting manner to a third exhaust gas duct of the exhaust gas aftertreatment device, via which a second exhaust gas stream can be discharged from at least a second cylinder of the internal combustion engine. wherein the third exhaust gas duct is coupled at least indirectly to the flow adjustment device on the one hand and at least indirectly to the second catalytic converter on the other hand. This is advantageous because it allows a high degree of variability to be achieved when the exhaust gas aftertreatment device is operated. A major advantage is that the exhaust gas turbocharger can be supplied with exhaust gas in a particularly targeted manner using the second exhaust gas duct and the third exhaust gas duct and via the first flow and the second flow, as a result of which an improved response behavior of the exhaust gas turbocharger can be achieved. The third exhaust gas duct can preferably be coupled directly to the flow rate adjustment device. Irrespective of this, the third exhaust gas duct can preferably be coupled directly to the second catalytic converter. Provision can particularly preferably be made for the third exhaust gas duct to be coupled, bypassing the first catalytic converter, on the one hand at least indirectly, preferably directly, to the flow adjustment device and on the other hand at least indirectly, preferably directly, to the second catalytic converter. As a result, the exhaust gas aftertreatment device can be operated in a particularly variable manner.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Bei dieser Verbrennungskraftmaschine kann eine besonders wirksame Abgasnachbehandlung erfolgen.A second aspect of the invention relates to an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment device according to the first aspect of the invention. A particularly effective exhaust gas aftertreatment can take place in this internal combustion engine.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Das die Verbrennungskraftmaschine umfassende Kraftfahrzeug kann mit einer besonders wirksamen Abgasnachbehandlung betrieben werden.A third aspect of the invention relates to a motor vehicle with an internal combustion engine according to the second aspect of the invention. The motor vehicle comprising the internal combustion engine can be operated with a particularly effective exhaust gas aftertreatment.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, bei welchem der Abgasstrom beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine über den wenigstens einen ersten Abgasabführungskanal aus dem wenigstens einen Zylinder abgeführt und der zumindest einen Durchflusseinstellungsvorrichtung zugeführt wird und bei welchem voneinander verschiedene Zustände der zumindest einen Durchflusseinstellungsvorrichtung in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine, des zumindest einen ersten Katalysators und/oder des wenigstens einen zweiten Katalysators eingestellt und dadurch dem zumindest einen ersten Katalysator über die zumindest eine Durchflusseinstellungsvorrichtung voneinander verschiedene, von den Zuständen abhängige Abgasstrom-Anteile zugeführt werden. Durch dieses Verfahren kann eine besonders wirksame Abgasnachbehandlung erfolgen.A fourth aspect of the invention relates to a method for operating an exhaust gas aftertreatment device according to the first aspect of the invention, in particular an internal combustion engine according to the second aspect of the invention, in which the exhaust gas flow is discharged from the at least one cylinder via the at least one first exhaust gas discharge channel during operation of the internal combustion engine and the at least one flow adjustment device is supplied and in which different states of the at least one flow adjustment device depending on different operating states of the internal combustion engine, the at least one first catalytic converter and/or the at least one second catalytic converter adjusted and thereby the at least one first catalyst via the at least one flow adjustment device from each other, depending on the states exhaust gas flow portions are supplied. A particularly effective exhaust gas aftertreatment can take place with this method.
Die Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine können einen Kaltstartbetrieb, einen betriebswarmen Betrieb, eine Volllastanforderung bei Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine, eine Volllastanforderung bei betriebswarmer Verbrennungskraftmaschine, und/oder einen Leerlauf der Verbrennungskraftmaschine umfassen, um nur einige Beispiele zu nennen. Der Kaltstartbetrieb entspricht dabei einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine, bei welchem jeweilige Betriebsmedien, beispielsweise Kühlwasser oder Motoröl der Verbrennungskraftmaschine ihre jeweilige Sol-Betriebstemperatur noch nicht erreicht haben. Die Soll-Betriebstemperatur von Kühlwasser kann beispielsweise zwischen einschließlich 85 °C und 90 °C liegen. Die Soll Betriebstemperatur von Motoröl kann beispielsweise zwischen einschließlich 80 °C um 120 °C liegen. Sobald die Verbrennungskraftmaschine betriebswarm ist, also mit anderen Worten der betriebswarme Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht ist, haben die jeweiligen Betriebsmedien ihre jeweiligen Soll-Betriebstemperaturen erreicht.The operating states of the internal combustion engine can include cold start operation, operation at operating temperature, a full load requirement when the internal combustion engine is cold started, a full load requirement when the internal combustion engine is at operating temperature, and/or the internal combustion engine is idling, to name just a few examples. In this case, cold start operation corresponds to an operating state of the internal combustion engine in which the respective operating media, for example cooling water or engine oil of the internal combustion engine, have not yet reached their respective target operating temperature. For example, the target operating temperature of cooling water can be between 85° C. and 90° C. inclusive. The target operating temperature of engine oil can be, for example, between 80° C. and 120° C. inclusive. As soon as the internal combustion engine is at operating temperature, that is to say in other words operation of the internal combustion engine at operating temperature is enabled, the respective operating media have reached their respective target operating temperatures.
Die Betriebszustände des zweiten Katalysators können einen Kaltbetrieb des zweiten Katalysators, bei welchem die Light-Off-Temperatur des zweiten Katalysators noch nicht erreicht ist, sowie einen Normalbetrieb des zweiten Katalysators, bei welchem die Light-Off-Temperatur erreicht ist und damit die Schadstoffkonvertierung durch Abgasnachbehandlung mittels des zweiten Katalysators erfolgen kann, umfassen.The operating states of the second catalytic converter can be cold operation of the second catalytic converter, in which the light-off temperature of the second catalytic converter has not yet been reached, and normal operation of the second catalytic converter, in which the light-off temperature has been reached and thus the pollutant conversion is complete Exhaust aftertreatment can be done by means of the second catalyst include.
Die in Bezug auf einen der Aspekte vorgestellten, bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die jeweils anderen Aspekte der Erfindung und umgekehrt.The preferred embodiments presented in relation to one of the aspects and their advantages apply correspondingly to the respective other aspects of the invention and vice versa.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention result from the claims, the following description of preferred embodiments and with reference to the drawings.
Im Folgenden ist die Erfindung noch einmal anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierzu zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Verbrennungskraftmaschine, welche als Saugmotor ausgebildet ist und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit zumindest zwei Katalysatoren und einer Durchflusseinstellungsvorrichtung umfasst, mittels welcher dem ersten Katalysator in verschiedenen Zuständen der Durchflusseinstellungsvorrichtung jeweils voneinander verschiedene Abgasstrom-Anteile eines aus einem Abgasabführungskanal austretenden Abgasstroms zuführbar sind; -
2 eine schematische Darstellung des Kraftfahrzeugs mit der Verbrennungskraftmaschine und einer weiteren Variante der Abgasnachbehandlungseinrichtung, bei welcher die Abgasnachbehandlungseinrichtung zusätzlich einen Abgasturbolader umfasst um die Verbrennungskraftmaschine mit verdichteter Luft zu betreiben; -
3 eine weitere schematische Darstellung des Kraftfahrzeugs mit der Verbrennungskraftmaschine und einer weiteren Variante der Abgasnachbehandlungseinrichtung, bei welcher die Abgasnachbehandlungseinrichtung zwei Abgasturbolader und zwei Durchflusseinstellungsvorrichtungen umfasst und die jeweiligen Abgasturbolader mit verschiedenen Zylindern der Verbrennungskraftmaschine abgasleitend gekoppelt sind; und -
4 eine weitere schematische Darstellung des Kraftfahrzeugs mit der Verbrennungskraftmaschine und einer weiteren Variante der Abgasnachbehandlungseinrichtung, bei welcher die jeweiligen Abgasturbolader jeweils abgasleitend mit sämtlichen Zylindern der Verbrennungskraftmaschine koppelbar sind, wobei sämtliche Abgasströme über die Durchflusseinstellungsvorrichtungen dem ersten Katalysator zuführbar sind.
-
1 a schematic representation of a motor vehicle with an internal combustion engine, which is designed as a naturally aspirated engine and includes an exhaust gas aftertreatment device with at least two catalytic converters and a flow rate adjustment device, by means of which the first catalytic converter can be supplied with different exhaust gas flow components of an exhaust gas flow emerging from an exhaust gas discharge duct in different states of the flow rate adjustment device ; -
2 a schematic representation of the motor vehicle with the internal combustion engine and a further variant of the exhaust gas aftertreatment device, in which the exhaust gas aftertreatment device additionally comprises an exhaust gas turbocharger in order to operate the internal combustion engine with compressed air; -
3 a further schematic representation of the motor vehicle with the internal combustion engine and a further variant of the exhaust gas aftertreatment device, in which the exhaust gas aftertreatment device comprises two exhaust gas turbochargers and two flow adjustment devices and the respective exhaust gas turbochargers are coupled to different cylinders of the internal combustion engine in an exhaust gas-conducting manner; and -
4 a further schematic representation of the motor vehicle with the internal combustion engine and a further variant of the exhaust gas aftertreatment device, in which the respective exhaust gas turbochargers can be coupled to all cylinders of the internal combustion engine in an exhaust gas-conducting manner, with all exhaust gas flows being able to be fed to the first catalytic converter via the flow rate adjustment devices.
Beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 100 wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch intermittierend in den jeweiligen Brennräumen der jeweiligen Zylinder 102, 104 entflammt. Um die Verbrennungskraftmaschine 100 mit Luft zu versorgen, wird zunächst die Luft als Ansaugluft 116 aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs K sowie der Verbrennungskraftmaschine 100 angesaugt und durch einen Ansauggeräuschdämpfer 114 und einen Ansaugkanal 112 zu einem Ladeluftkühler 106 der Verbrennungskraftmaschine 100 geführt. Die anhand des Ladeluftkühlers 106 gekühlte Luft (Ansaugluft 116) gelangt über den Ansaugkanal 112 und über eine Drosselklappe 110 der Verbrennungskraftmaschine 100 in einen Sammler 108, von welchem aus die Luft auf die einzelnen Zylinder 102, 104 verteilt wird. Die Brennräume werden über jeweilige Ladungswechselventile, nämlich hier nicht weiter gezeigte Einlassventile und Auslassventile, welche den jeweiligen Zylindern 102, 104 zugeordnet sind, intermittierend geöffnet und geschlossen, sodass die Luft in die Brennräume eintreten bzw. (nach erfolgter Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches) Abgas aus den Brennräumen austreten kann.During operation of the
Die Zylinder 102, 104 können in Reihe angeordnet sein, wie in sämtlichen Varianten gemäß
Die Zylinder 102 sind über einen ersten Abgasabführungskanal 12 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 abgasleitend miteinander verbunden, wohingegen die Zylinder 104 über einen zweiten Abgasabführungskanal 14 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 abgasleitend miteinander verbunden sind. Der erste Abgasabführungskanal 12 kann als Abgaskrümmer ausgebildet sein, wonach der erste Abgasabführungskanal 12 auch als erster Abgaskrümmer bezeichnet werden kann. Der zweite Abgasabführungskanal 14 kann ebenfalls als Abgaskrümmer ausgebildet sein, wonach der zweite Abgasabführungskanal 14 auch als zweiter Abgaskrümmer bezeichnet werden kann.The
Über den ersten Abgasabführungskanal 12 kann ein durch einen Pfeil angedeuteter Abgasstrom 16 von den Zylindern 102 der Verbrennungskraftmaschine 100 abgeführt werden. Über den zweiten Abgasabführungskanal 14 kann ein durch einen weiteren Pfeil angedeuteter zweiter Abgasstrom 18 von den Zylindern 104 der Verbrennungskraftmaschine abgeführt werden.An
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 umfasst zwei motornahe Katalysatoren 30, 40, welche vorliegend als jeweilige 3-Wege-Katalysatoren und somit gleichartig ausgebildet sind. Der erste Katalysator 30 kann über eine kürzere Wegstrecke mit Abgas versorgt werden als der zweite Katalysator 40. Mit anderen Worten kann Abgas über eine kürzere Distanz zum ersten Katalysator 30 geführt werden als zum zweiten Katalysator 40. Darüber hinaus ist der erste Katalysator 30 zur Abgasnachbehandlung eines kleineren Maximal-Abgasmassenstroms ausgebildet, als der zweite Katalysator 40. Der erste Katalysator 30 ist also kleiner als der zweite Katalysator 40. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 kann einen Partikelfilter 80, welcher vorliegend als Ottopartikelfilter ausgebildet ist, und einen Endschalldämpfer 86 umfassen, welchem aus dem zweiten Katalysator 40 austretendes Abgas über einen Abgasführungskanal 118 und beispielsweise eine Kanalverzweigung 120 zugeführt werden kann, wie anhand von
Allgemein können der zweite Katalysator 40 und der Partikelfilter 80 auch ein gemeinsames Gehäuse aufweisen, wie anhand von
Der erste Katalysator 30 ist über einen ersten Abgaskanal 32 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 zumindest mittelbar, nämlich mittels einer Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 mit dem ersten Abgasabführungskanal 12 abgasleitend gekoppelt. Andererseits ist der erste Abgaskanal 32 zumindest mittelbar, nämlich mittels eines zweiten Abgaskanals 42, mit dem zweiten Katalysator 40 abgasleitend gekoppelt. Dabei ist der erste Abgaskanal 32 stromauf des zweiten Katalysators 40 abgasleitend mit dem zweiten Abgaskanal 32 gekoppelt.The first
Über den mit dem ersten Abgasabführungskanal 12 abgasleitend gekoppelten zweiten Abgaskanal 42 ist dem zweiten Katalysator 40 zumindest ein Teil des Abgasstroms 16 unter Umgehung des ersten Katalysators 30 zuführbar. Die Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 ist abgasleitend einerseits mit dem ersten Abgasabführungskanal 12 und andererseits mit dem ersten Abgaskanal 32 und dem zweiten Abgaskanal 42 verbunden. Die Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 ist zwischen einer Mehrzahl an Zuständen, in welchen dem ersten Katalysator 30 über die Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 jeweils voneinander verschiedene Abgasstrom-Anteile des aus dem ersten Abgasabführungskanal 12 austretenden Abgasstroms 16 zuführbar sind, verstellbar.At least part of the
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 umfasst zudem einen dritten Abgaskanal 72, welcher mit dem zweiten Abgasabführungskanal 14 beispielsweise über die Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 gekoppelt sein kann. Der zweite Abgasstrom 18 kann beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 100 aus den weiteren, zweiten Zylindern 104 austreten und unter Umgehung des ersten Katalysators 30 über den dritten Abgaskanal 72 zumindest mittelbar dem zweiten Katalysator 40 zugeführt werden. Der dritte Abgaskanal 72 ist hierzu einerseits zumindest mittelbar, vorliegend jedoch unmittelbar mit der Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 und andererseits zumindest mittelbar mit dem zweiten Katalysator 40 gekoppelt.The exhaust
Anhand der in
Bei dem Verfahren zum Betreiben der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 der Verbrennungskraftmaschine 100 kann der (erste) Abgasstrom 16 beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 100 über den ersten Abgasabführungskanal 12 aus den Zylindern 102 abgeführt und der Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 zugeführt werden. Darüber hinaus kann der zweite Abgasstrom 18 beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 100 über den zweiten Abgasabführungskanal 14 aus den (zweiten) Zylindern 104 abgeführt und der Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 zugeführt werden. In Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine 100 und/oder des ersten Katalysators 30 und/oder des zweiten Katalysators 40 können voneinander verschiedene Zustände der Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 eingestellt und dadurch dem ersten Katalysator 30 über die Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 voneinander verschiedene, von den jeweiligen Zuständen abhängige Abgasstrom-Anteile zugeführt werden. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 oder die Verbrennungskraftmaschine 100 kann eine Steuereinrichtung (nicht gezeigt) umfassen, mittels welcher die verschiedenen Zustände der Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 eingestellt werden können. Die Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 kann als schaltbares Ventil oder als Wastegate ausgebildet sein.In the method for operating the exhaust
In den in
Bei den in
In der Variante gemäß
Im Unterschied zur in
Insgesamt kann anhand der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 die Abgasnachbehandlung anhand der wenigstens zwei Katalysatoren 30, 40 durchgeführt werden, wobei der erste Katalysator 30 kleiner ausgebildet sein kann als der zweite Katalysator 40. Darüber hinaus kann der erste Katalysator 30 motornäher angeordnet sein als der zweite Katalysator 40. Durch diese Ausgestaltung und Anordnung der jeweiligen Katalysatoren 30, 40 kann eine Schadstoffkonvertierung beim Kaltstart und Niedriglastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 100 sowie ein schnelles Aufheizen zumindest des ersten Katalysators 30 erzielt werden. Der größere, etwas weiter entfernte, zweiter Katalysator 40 sichert die Schadstoffkonvertierung bei höheren Lastpunkten, beispielsweise im Volllastbetrieb, und hoher Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 100.Overall, the exhaust gas aftertreatment can be carried out using the at least two
Bei der entsprechenden Anordnung und Koppelung der Katalysatoren 30, 40 sowie der Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 und gegebenenfalls der zweiten Durchflusseinstellungsvorrichtung 50A kann je nach Lastpunkt der Verbrennungskraftmaschine 100 und/oder je nach Betriebszustand des entsprechenden ersten Katalysators 30, 30A die Einstellung der verschiedenen Zustände der Durchflusseinstellungsvorrichtung(en) 50, 50A variiert werden, um dadurch die dem bzw. den ersten Katalysator(en) 30, 30A zuzuführenden Abgasstrom-Anteile besonders bedarfsgerecht einzustellen. Der zweite Katalysator 40 wird in sämtlichen Zuständen der Durchflusseinstellungsvorrichtung(en) 50, 50A mit Abgas beaufschlagt und damit durchströmt, wobei der zweite Katalysator 40 insbesondere bei hoher Leistung der Verbrennungskraftmaschine 100, also beispielsweise im Volllastbetrieb und gegebenenfalls im Teillastbetrieb zur Schadstoffkonvertierung (Abgaskonvertierung), und mit anderen Worten zur Abgasnachbehandlung genutzt wird.With the appropriate arrangement and coupling of the
Ein wesentlicher Vorteil der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 besteht darin, dass der zweite Katalysator 40 beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 100 in sämtlichen Zuständen der Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 und/oder der Durchflusseinstellungsvorrichtung 50A mit Abgas beaufschlagt also stets von Abgas durchströmt wird. Selbst wenn der gesamte Abgasstrom durch den ersten Katalysator 30 geführt und anhand des ersten Katalysators 30 vollständig konvertiert wird, so gelangt dennoch Abgas in den zweiten Katalysator 40 und erwärmt diesen. Dadurch kann vermieden werden, dass der zweite Katalysator 40 während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 100 auskühlt und dabei auf eine Katalysatortemperatur abkühlt, welche unterhalb der Anspringtemperatur des zweiten Katalysators 40 liegt. Dadurch dient der zweite Katalysator 40 nicht nur als Rückfallsystem, also als redundante Abgasnachbehandlungsvorrichtung bei einem etwaigen Ausfall des ersten Katalysators 30, sondern ist zudem bei Bedarf besonders schnell zur Abgasnachbehandlung einsatzbereit.A major advantage of exhaust
Im Niedriglastbetrieb, Teillastbetrieb sowie beim Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine 100 in Verbindung mit einem Aufheizen der jeweiligen Katalysatoren 30, 40 kann der vorliegend kleinere, erste Katalysator 30 die Funktion der Schadstoffkonvertierung (Abgaskonvertierung) und damit der Abgasnachbehandlung bereits vor dem im Vergleich zum ersten Katalysator 30 größeren zweiten Katalysator 40 übernehmen, zumal der erste Katalysator 30 beim Aufheizen schneller anspringt, und damit die Anspringtemperatur des ersten Katalysators 30 schneller erreicht wird. Darüber hinaus besteht eine geringe bzw. keine Gefahr eines Auskühlens des ersten Katalysators 30 im Niedriglastbetrieb oder im Teillastbetrieb.In low-load operation, part-load operation and when cold starting the
Die Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 bzw. 50A kann im Niedriglastbetrieb und/oder im Teillastbetrieb in einen ersten Zustand der Zustände verstellt werden, in welchem die Turbine 66 bzw. 66A umgangen wird, also eine Abgasführung ausschließlich über den ersten Abgaskanal 32 bzw. 32A (siehe
Die Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 bzw. 50A kann im Volllastbetrieb in einen weiteren, zweiten Zustand der Zustände verstellt werden, in welchem der erste Katalysator 30 umgangen und stattdessen ausschließlich der zweite Katalysator 40 durchströmt wird. In diesem Falle erfolgt die Abgasführung vollständig unter Umgehung des ersten Katalysators 30 bzw. 30A und die jeweilige Turbine 66 bzw. 66A wird zum Antreiben des jeweiligen Verdichters 68 bzw. 68A und damit zum Verdichten der Luft (Ansaugluft 116) genutzt. Dadurch kann die Verbrennungskraftmaschine mit einer besonders hohen Leistung bei stöchiometrischem Verbrennungsluftverhältnis, auch λ1-Leistung genannt, betrieben werden. In full-load operation, the flow
Durch die Umgehung des ersten Katalysators 30 bzw. 30A kann Letzterer im Volllastbetrieb vor unzulässig hoher Abgastemperaturbelastung geschützt werden. Zudem kann beispielsweise eine Lastbegrenzung der Verbrennungskraftmaschine 100 durch deren Betrieb mit Miller- Steuerzeiten, also durch frühes Schließen von den jeweiligen Zylindern 102, 104 zugeordneten Einlassventilen, kleine Einlassspreizung der Einlassventile und/oder kleinen Ventilhub der Einlassventile) erfolgen. Dadurch kann ein kompletter Abgasmassenstrom der Verbrennungskraftmaschine 100 über die jeweilige Turbine 66 bzw. 66A unter Umgehung des ersten Katalysators 30 bzw. 30A geführt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Lastbegrenzung auch durch eine Verringerung einer Öffnung der Drosselklappe 110 oder durch eine Spätverstellung jeweiliger Zündwinkel (Kurbelwinkel der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 100, bei welchem eine Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den jeweiligen Zylindern 102, 104 erfolgt) der Verbrennungskraftmaschine 100 bewirkt werden.By bypassing the first
Wie bereits erwähnt kann die Durchflusseinstellungsvorrichtung 50, 50A als Wastegate, also als Abgas-Bypassventil, ausgebildet sein. Alternativ dazu kann die Durchflusseinstellungsvorrichtung 50, 50A auch als Schaltventil ausgebildet sein. Durch Zusammenschau von
Insgesamt kann durch die anhand der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 bereitgestellte Anordnung sowohl das schnelle Anspringen, also das schnelle Erreichen der jeweiligen Anspringtemperatur der jeweiligen Katalysatoren 30, 30A als auch eine hohe λ1-Leistung der Verbrennungskraftmaschine 100 erzielt werden.Overall, the arrangement provided by the exhaust gas after-
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Abgasnachbehandlungseinrichtungexhaust aftertreatment device
- 1212
- erster Abgasabführungskanalfirst exhaust gas discharge channel
- 1414
- zweiter Abgasabführungskanalsecond exhaust gas discharge channel
- 1616
- Abgasstromexhaust flow
- 1818
- zweiter Abgasstromsecond exhaust stream
- 3030
- erster Katalysatorfirst catalyst
- 3232
- erster Abgaskanalfirst exhaust duct
- 4040
- zweiter Katalysatorsecond catalyst
- 4242
- zweiter Abgaskanalsecond exhaust duct
- 5050
- Durchflusseinstellungsvorrichtungflow adjustment device
- 6060
- Abgasturboladerexhaust gas turbocharger
- 6262
- erste Flutfirst flood
- 6464
- zweite Flutsecond flood
- 6666
- Turbinenradturbine wheel
- 6868
- Verdichterradcompressor wheel
- 7272
- dritter Abgaskanalthird exhaust duct
- 7474
- vierter Abgaskanalfourth exhaust duct
- 8080
- Partikelfilterparticle filter
- 8282
- Unterbodenkatalysatorunderbody catalyst
- 8484
- Unterbodenkatalysatorunderbody catalyst
- 8686
- Endschalldämpferrear silencer
- 100100
- Verbrennungskraftmaschineinternal combustion engine
- 102102
- Zylindercylinder
- 104104
- zweiter Zylindersecond cylinder
- 106106
- Ladeluftkühlerintercooler
- 108108
- Sammlercollector
- 110110
- Drosselklappethrottle
- 112112
- Ansaugkanalintake duct
- 114114
- Ansauggeräuschdämpferintake silencer
- 116116
- Ansaugluftintake air
- 118118
- Abgasführungskanalexhaust duct
- 120120
- Kanalverzweigungchannel branching
- KK
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102010032363 A1 [0003]DE 102010032363 A1 [0003]
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2020
- 2020-10-07 DE DE102020126163.2A patent/DE102020126163A1/en active Pending
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