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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

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 Download PDF

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DE102020126163A1
DE102020126163A1 DE102020126163.2A DE102020126163A DE102020126163A1 DE 102020126163 A1 DE102020126163 A1 DE 102020126163A1 DE 102020126163 A DE102020126163 A DE 102020126163A DE 102020126163 A1 DE102020126163 A1 DE 102020126163A1
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DE
Germany
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exhaust gas
catalytic converter
flow
internal combustion
combustion engine
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DE102020126163.2A
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German (de)
Inventor
Hans-Juergen Farsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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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 DE 10 2010 032 363 A1 dar, bei welcher ein Verbrennungsmotor eine erste Reihe von Zylindern und eine zweite Reihe von Zylindern aufweist. Der Verbrennungsmotor umfasst einen mit der ersten Reihe von Zylindern gekoppelten ersten Abgaskrümmer, einen mit der zweiten Reihe von Zylindern gekoppelten zweiten Abgaskrümmer, ein mit dem ersten Abgaskrümmer gekoppeltes erstes Rohr, das einen darin eingebauten ersten Katalysator aufweist, ein mit dem zweiten Abgaskrümmer gekoppeltes zweites Rohr, das einen darin eingebauten zweiten Katalysator aufweist und einen Turbolader mit einem ersten und zweiten Abgaseinlass, die mit dem ersten bzw. zweiten Rohr gekoppelt sind.A well-known strategy for exhaust aftertreatment is to use multiple catalysts. An example of this is the DE 10 2010 032 363 A1 in which an internal combustion engine has a first row of cylinders and a second row of cylinders. The internal combustion engine includes a first exhaust manifold coupled to the first bank of cylinders, a second exhaust manifold coupled to the second bank of cylinders, a first pipe coupled to the first exhaust manifold and having a first catalyst installed therein, a second pipe coupled to the second exhaust manifold having a second catalytic converter installed therein and a turbocharger having first and second exhaust gas inlets coupled to the first and second pipes, respectively.

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 patent claim 1, by an internal combustion engine having the features of patent claim 8, by a motor vehicle having the features of patent claim 9, and by a method having the features of patent claim 10. Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

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.
The invention is explained again below using a specific exemplary embodiment. For this shows:
  • 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.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs K mit einer Verbrennungskraftmaschine 100, welche in der in 1 gezeigten Variante als Saugmotor ausgebildet ist und betrieben werden kann. Die Verbrennungskraftmaschine 100 umfasst eine Mehrzahl an Zylindern 102, 104, welchen jeweilige Brennräume zugeordnet sind, in welchen ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt und dadurch freigesetzte Energie zum Bewegen jeweiliger, den jeweiligen Zylindern 102, 104 zugeordneter und vorliegend nicht weiter gezeigter Kolben verwendet werden kann. Die Kolben sind mit einer ebenfalls nicht weiter gezeigten Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 100 gekoppelt, sodass die Kurbelwelle infolge des Bewegens der Kolben angetrieben werden kann. Vorliegend umfasst die Verbrennungskraftmaschine 100 lediglich beispielhaft jeweils drei Zylinder 102, welche eine Zylindergruppe bilden können und drei weitere, zweite Zylinder 104, welche eine zweite Zylindergruppe bilden können. 1 shows a schematic representation of a motor vehicle K with an internal combustion engine 100, which is shown in FIG 1 variant shown is designed as a naturally aspirated engine and can be operated. Internal combustion engine 100 includes a plurality of cylinders 102, 104, which are assigned respective combustion chambers, in which a fuel-air mixture is burned and energy released thereby is used to move respective pistons, which are assigned to respective cylinders 102, 104 and are not shown in detail here can. The pistons come with one too not further shown crankshaft of the internal combustion engine 100 coupled so that the crankshaft can be driven as a result of moving the pistons. In the present case, the internal combustion engine 100 comprises three cylinders 102, which can form a cylinder group, and three further, second cylinders 104, which can form a second cylinder group, merely by way of example.

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 internal combustion engine 100, the fuel-air mixture is intermittently ignited in the respective combustion chambers of the respective cylinders 102, 104. In order to supply internal combustion engine 100 with air, the air is first sucked in as intake air 116 from the surroundings of motor vehicle K and internal combustion engine 100 and conducted through an intake silencer 114 and an intake duct 112 to an intercooler 106 of internal combustion engine 100. The air (intake air 116) cooled by the intercooler 106 reaches a collector 108 via the intake duct 112 and a throttle flap 110 of the internal combustion engine 100, from which the air is distributed to the individual cylinders 102, 104. The combustion chambers are intermittently opened and closed via respective gas exchange valves, namely intake valves and exhaust valves (not shown here) which are assigned to the respective cylinders 102, 104, so that the air can enter the combustion chambers or (after combustion of the air-fuel mixture has taken place) ) exhaust gas can escape from the combustion chambers.

Die Zylinder 102, 104 können in Reihe angeordnet sein, wie in sämtlichen Varianten gemäß 1 bis 4 gezeigt ist. Alternativ dazu können die Zylinder 102 einer ersten Zylinderbank und die Zylinder 104 einer in einem Winkel zu der ersten Zylinderbank angeordneten, zweiten Zylinderbank der Verbrennungskraftmaschine 100 angeordnet sein, was vorliegend nicht weiter gezeigt ist. Die jeweiligen Zylinderbänke können somit gemeinsam eine V-Form bilden, und die Verbrennungskraftmaschine 100 dementsprechend als V-Motor ausgestaltet sein.The cylinders 102, 104 can be arranged in series, as in all variants according to FIG 1 until 4 is shown. As an alternative to this, the cylinders 102 of a first cylinder bank and the cylinders 104 of a second cylinder bank of the internal combustion engine 100 arranged at an angle to the first cylinder bank can be arranged, which is not further shown here. The respective cylinder banks can thus together form a V shape, and internal combustion engine 100 can accordingly be designed as a V engine.

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 cylinders 102 are connected to one another via a first exhaust gas discharge duct 12 of the exhaust gas aftertreatment device 10 , whereas the cylinders 104 are connected to one another via a second exhaust gas discharge duct 14 of the exhaust gas aftertreatment device 10 . The first exhaust gas discharge duct 12 can be designed as an exhaust manifold, after which the first exhaust gas discharge duct 12 can also be referred to as the first exhaust gas manifold. The second exhaust gas discharge channel 14 can also be designed as an exhaust manifold, after which the second exhaust gas discharge channel 14 can also be referred to as the second exhaust manifold.

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 exhaust gas flow 16 indicated by an arrow can be discharged from the cylinders 102 of the internal combustion engine 100 via the first exhaust gas discharge channel 12 . A second exhaust gas flow 18 indicated by a further arrow can be discharged from the cylinders 104 of the internal combustion engine via the second exhaust gas discharge channel 14 .

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 1 und 2 erkennbar ist, in welchen der zweite Katalysator 40 über den Abgasführungskanal 118 abgasleitend mit dem Partikelfilter 80 und der Partikelfilter 80 über die Kanalverzweigung 120 mit dem Endschalldämpfer 86 abgasleitend gekoppelt sein kann.The exhaust gas after-treatment device 10 comprises two catalytic converters 30, 40 close to the engine, which in the present case are designed as respective 3-way catalytic converters and are therefore of the same type. The first catalytic converter 30 can be supplied with exhaust gas over a shorter distance than the second catalytic converter 40. In other words, exhaust gas can be guided over a shorter distance to the first catalytic converter 30 than to the second catalytic converter 40. In addition, the first catalytic converter 30 is an exhaust gas aftertreatment device smaller maximum exhaust gas mass flow than the second catalytic converter 40. The first catalytic converter 30 is therefore smaller than the second catalytic converter 40. The exhaust gas aftertreatment device 10 can include a particle filter 80, which is embodied here as an Otto particle filter, and a rear silencer 86, which consists of the second Catalyst 40 exiting exhaust gas can be supplied via an exhaust gas duct 118 and, for example, a channel junction 120, as shown in FIG 1 and 2 can be seen, in which the second catalytic converter 40 can be coupled to the exhaust gas conducting channel 118 with the particle filter 80 and the particle filter 80 via the channel branch 120 to the rear silencer 86 exhaust gas conducting.

Allgemein können der zweite Katalysator 40 und der Partikelfilter 80 auch ein gemeinsames Gehäuse aufweisen, wie anhand von 3 und 4 lediglich exemplarisch angedeutet ist. In general, the second catalytic converter 40 and the particle filter 80 can also have a common housing, as shown in FIG 3 and 4 is only indicated as an example.

3 und 4 zeigen außerdem, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 beispielsweise zwei Unterbodenkatalysatoren 82, 84 aufweisen kann, von welchen jeweils ein Unterbodenkatalysator 82, 84 in jeweils einem Zweig der abgasleitenden Kanalverzweigung 120 angeordnet sein kann. Die Unterbodenkatalysatoren 82, 84 können dem zweiten Katalysator 40 und dem Partikelfilter 80 nachgeschaltet und dem Endschalldämpfer 86 vorgeschaltet sein, wie ebenfalls anhand von 3 und 4 erkennbar ist. 3 and 4 also show that the exhaust gas aftertreatment device 10 can have, for example, two underfloor catalytic converters 82, 84, of which an underfloor catalytic converter 82, 84 can be arranged in each case in a branch of the exhaust gas-conducting duct branch 120. The underfloor catalytic converters 82, 84 can be downstream of the second catalytic converter 40 and the particulate filter 80 and upstream of the rear muffler 86, as also shown in FIG 3 and 4 is recognizable.

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 catalytic converter 30 is at least indirectly connected via a first exhaust gas channel 32 of the exhaust gas aftertreatment device 10, namely by means of a flow adjustment device 50 to the first Exhaust gas discharge channel 12 coupled exhaust conducting. On the other hand, the first exhaust gas duct 32 is at least indirectly coupled, namely by means of a second exhaust gas duct 42, to the second catalytic converter 40 in an exhaust gas-conducting manner. The first exhaust gas duct 32 upstream of the second catalytic converter 40 is coupled to the second exhaust gas duct 32 in an exhaust gas-conducting manner.

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 exhaust gas flow 16 can be fed to the second catalytic converter 40 via the second exhaust gas duct 42 , which is coupled to the first exhaust gas discharge duct 12 in order to conduct exhaust gas, bypassing the first catalytic converter 30 . The flow adjustment device 50 of the exhaust gas after-treatment device 10 is connected to the first exhaust gas discharge channel 12 on the one hand and to the first exhaust gas channel 32 and the second exhaust gas channel 42 on the other hand. The flow rate adjustment device 50 can be adjusted between a plurality of states in which the first catalytic converter 30 can be supplied with different exhaust gas flow portions of the exhaust gas flow 16 exiting the first exhaust gas discharge channel 12 via the flow rate adjustment device 50 .

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 gas aftertreatment device 10 also includes a third exhaust gas duct 72, which can be coupled to the second exhaust gas discharge duct 14, for example via the flow adjustment device 50. During operation of internal combustion engine 100 , second exhaust gas stream 18 can exit from other, second cylinders 104 and can be fed at least indirectly to second catalytic converter 40 via third exhaust gas duct 72 , bypassing first catalytic converter 30 . For this purpose, the third exhaust gas duct 72 is coupled at least indirectly, but in the present case directly, to the flow adjustment device 50 on the one hand and at least indirectly to the second catalytic converter 40 on the other hand.

Anhand der in 2, 3 und 4 dargestellten Varianten ist erkennbar, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 mindestens einen Abgasturbolader 60 (wie in 2 gezeigt) umfassen kann. Der Abgasturbolader 60 ist über den zweiten Abgaskanal 42 einerseits mit der Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 und andererseits mit dem zweiten Katalysator 40 abgasleitend gekoppelt. Der in der Variante gemäß 2 gezeigte Abgasturbolader 60 ist zudem als mehrflutiger Abgasturbolader ausgestaltet. Eine erste Flut 62 des mehrflutigen Abgasturboladers 60 ist mit dem zweiten Abgaskanal 42 und eine zweite Flut 64 des mehrflutigen Abgasturboladers 60 mit dem dritten Abgaskanal 72 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 abgasleitend gekoppelt. Über die beiden Fluten 62, 64 kann eine Beaufschlagung eines Turbinenrades 66 des Abgasturboladers 60 mit Abgas erfolgen. Das Turbinenrad 66 ist drehfest mit einem Verdichterrad 68 des Abgasturboladers 60 gekoppelt, sodass das durch Abgasbeaufschlagung angetriebene Turbinenrad 66 seinerseits das Verdichterrad 68 antreiben kann. Mittels des Verdichterrades 68 kann die durch den Ansaugkanal 112 geführte Luft (Ansaugluft 116) verdichtet werden. Über den dritten Abgaskanal 72 ist der zweite Abgasstrom 18 von den (vorliegend drei) zweiten Zylindern 104 abführbar. Der dritte Abgaskanal 72 ist einerseits mit der Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 und andererseits über den Abgasturbolader 60, genauer gesagt über dessen zweite Flut 64, sowie über den zweiten Abgaskanal 42 mit dem zweiten Katalysator 40 gekoppelt.Based on the in 2 , 3 and 4 variants shown, it can be seen that exhaust gas aftertreatment device 10 has at least one exhaust gas turbocharger 60 (as in 2 shown) may include. The exhaust gas turbocharger 60 is coupled via the second exhaust gas duct 42 on the one hand to the flow adjustment device 50 and on the other hand to the second catalytic converter 40 in an exhaust gas-conducting manner. According to the variant 2 The exhaust gas turbocharger 60 shown is also designed as a multiflow exhaust gas turbocharger. A first flow 62 of the multi-flow exhaust gas turbocharger 60 is coupled to the second exhaust gas duct 42 and a second flow 64 of the multi-flow exhaust gas turbocharger 60 to the third exhaust gas duct 72 of the exhaust gas aftertreatment device 10 . A turbine wheel 66 of the exhaust gas turbocharger 60 can be subjected to exhaust gas via the two flows 62 , 64 . The turbine wheel 66 is coupled in a torque-proof manner to a compressor wheel 68 of the exhaust gas turbocharger 60 , so that the turbine wheel 66 driven by exhaust gas admission can in turn drive the compressor wheel 68 . The air (intake air 116) guided through the intake channel 112 can be compressed by means of the compressor wheel 68. The second exhaust gas stream 18 can be discharged from the (here three) second cylinders 104 via the third exhaust gas duct 72 . The third exhaust gas duct 72 is coupled on the one hand to the flow adjustment device 50 and on the other hand to the second catalytic converter 40 via the exhaust gas turbocharger 60 , more precisely via its second flow 64 , and via the second exhaust gas duct 42 .

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 gas aftertreatment device 10 of the internal combustion engine 100 , the (first) exhaust gas stream 16 can be discharged from the cylinders 102 via the first exhaust gas discharge channel 12 during the operation of the internal combustion engine 100 and fed to the flow adjustment device 50 . In addition, when the internal combustion engine 100 is operating, the second exhaust gas flow 18 can be discharged from the (second) cylinders 104 via the second exhaust gas discharge channel 14 and fed to the flow adjustment device 50 . Depending on different operating states of internal combustion engine 100 and/or first catalytic converter 30 and/or second catalytic converter 40, different states of flow rate adjustment device 50 can be set and exhaust gas flow rates that are different from one another and dependent on the respective states can be transmitted to first catalytic converter 30 via flow rate adjustment device 50. Shares are supplied. The exhaust gas aftertreatment device 10 or the internal combustion engine 100 can include a control device (not shown) by means of which the various states of the flow adjustment device 50 can be set. The flow adjustment device 50 can be designed as a switchable valve or as a wastegate.

In den in 3 und 4 gezeigten Varianten umfasst die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 zusätzlich zu dem Abgasturbolader 60 noch einen weiteren Abgasturbolader 60A, welcher auch als zweiter Abgasturbolader 60A bezeichnet werden kann. Der zweite Abgasturbolader 60A umfasst ein Turbinenrad 66A, welches auch als zweites Turbinenrad 66A bezeichnet werden kann. Darüber hinaus umfasst der zweite Abgasturbolader 60A ein drehfest mit dem Turbinenrad 66A gekoppeltes Verdichterrad 68A, welches auch als zweites Verdichterrad 68A bezeichnet werden kann. Mittels des zweiten Verdichterrades 68A kann die durch den Ansaugkanal 112 geführte Luft (Ansaugluft 116) ebenfalls verdichtet werden.in the in 3 and 4 variants shown, the exhaust gas aftertreatment device 10 includes, in addition to the exhaust gas turbocharger 60, a further exhaust gas turbocharger 60A, which can also be referred to as a second exhaust gas turbocharger 60A. The second exhaust gas turbocharger 60A includes a turbine wheel 66A, which can also be referred to as the second turbine wheel 66A. In addition, the second exhaust-gas turbocharger 60A includes a compressor wheel 68A, which is coupled in a torque-proof manner to the turbine wheel 66A and can also be referred to as the second compressor wheel 68A. The air (intake air 116) guided through the intake channel 112 can also be compressed by means of the second compressor wheel 68A.

Bei den in 3 und 4 gezeigten Varianten umfasst die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 eine weitere Durchflusseinstellungsvorrichtung 50A, welche auch als zweite Durchflusseinstellungsvorrichtung 50A bezeichnet werden kann.At the in 3 and 4 variants shown, the exhaust gas aftertreatment device 10 comprises a further flow adjustment device 50A, which can also be referred to as the second flow adjustment device 50A.

In der Variante gemäß 3 ist - im Gegensatz zur Variante gemäß 2 - vorgesehen, dass der dritte Abgaskanal 72 anstatt mit dem ersten Abgasturbolader 60, mit dem zweiten Abgasturbolader 60A verbunden ist, sodass der über den zweiten Abgasabführungskanal 14 abgeführte zweite Abgasstrom 18 über die zweite Durchflusseinstellungsvorrichtung 50A und den dritten Abgaskanal 72 dem zweiten Turbinenrad 66A des zweiten Abgasturboladers 60A zugeführt werden kann. Ein zweiter Zusatz-Abgaskanal 42A der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 ist einerseits abgasleitend mit dem zweiten Turbinenrad 66A gekoppelt und mündet andererseits in den zweiten Abgaskanal 42. 3 zeigt außerdem, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 in dieser Variante einen ersten Zusatz-Katalysator 30A umfassen kann. Der erste Zusatz-Katalysator 30A kann über einen ersten Zusatz-Abgaskanal 32A der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 einerseits mit dem zweiten Zusatz-Abgaskanal 42 gekoppelt sein und andererseits mit der zweiten Durchflusseinstellungsvorrichtung 50A. Ebenso wie die Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 kann auch die zweite Durchflusseinstellungsvorrichtung 50A ausgebildet und/oder ansteuerbar sein. Dementsprechend kann bei der in 3 gezeigten Variante eine besonders flexible Einstellung der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 erfolgen.In the variant according to 3 is - in contrast to the variant according to 2 - provided that the third exhaust gas duct 72 is connected to the second exhaust gas turbocharger 60A instead of to the first exhaust gas turbocharger 60, so that the second exhaust gas flow 18 discharged via the second exhaust gas discharge duct 14 via the second flow adjustment device 50A and the third exhaust gas duct 72 to the second turbine wheel 66A of the second Exhaust gas turbocharger 60A can be supplied. A second additional exhaust gas duct 42A of exhaust gas aftertreatment device 10 is coupled to the second turbine wheel 66A in an exhaust gas-conducting manner on the one hand and opens out into the second exhaust gas duct 42 on the other hand. 3 FIG. 1 also shows that the exhaust gas aftertreatment device 10 in this variant can include a first additional catalytic converter 30A. The first additional catalytic converter 30A can be coupled via a first additional exhaust gas duct 32A of the exhaust gas aftertreatment device 10 on the one hand to the second additional exhaust gas duct 42 and on the other hand to the second flow adjustment device 50A. The second flow rate adjustment device 50A can also be designed and/or controllable in the same way as the flow rate adjustment device 50 . Accordingly, at the in 3 variant shown, a particularly flexible adjustment of the exhaust gas aftertreatment device 10 can be carried out.

Im Unterschied zur in 3 gezeigten Variante umfasst die Variante gemäß 4 keinen ersten Zusatz-Katalysator 30A. Stattdessen umfasst die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 einen vierten Abgaskanal 74, welcher einerseits zwischen der (ersten) Durchflusseinstellungsvorrichtung 50 und dem ersten Katalysator 30 abgasleitend mit dem ersten Abgaskanal 32 und andererseits abgasleitend mit der zweiten Durchflusseinstellungsvorrichtung 50A verbunden ist. Dies ist von Vorteil, da der zweite Abgasstrom 18 dadurch besonders flexibel anhand der zweiten Durchflusseinstellungsvorrichtung 50A geführt werden kann, sodass beispielsweise der gesamte zweite Abgasstrom 18 zum ersten Katalysator 30 oder alternativ dazu der gesamte zweite Abgasstrom 18 zum zweiten Turbinenrad 66A geführt werden kann.In contrast to the in 3 shown variant includes the variant according to 4 no first auxiliary catalyst 30A. Instead, the exhaust gas aftertreatment device 10 comprises a fourth exhaust gas duct 74, which is connected on the one hand between the (first) flow adjustment device 50 and the first catalytic converter 30 to conduct the exhaust gas to the first exhaust gas passage 32 and on the other hand to conduct the exhaust gas to the second flow adjustment device 50A. This is advantageous because the second exhaust gas flow 18 can be routed particularly flexibly using the second flow adjustment device 50A, so that, for example, the entire second exhaust gas flow 18 can be routed to the first catalytic converter 30 or, alternatively, the entire second exhaust gas flow 18 can be routed to the second turbine wheel 66A.

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 catalytic converters 30, 40 using the exhaust gas aftertreatment device 10, wherein the first catalytic converter 30 can be made smaller than the second catalytic converter 40. In addition, the first catalytic converter 30 can be arranged closer to the engine than the second catalytic converter 40. Through this configuration and arrangement of the respective catalytic converters 30, 40, pollutant conversion during a cold start and low-load operation of the internal combustion engine 100 and rapid heating of at least the first catalytic converter 30 can be achieved. The larger, second catalytic converter 40, which is a little further away, ensures the pollutant conversion at higher load points, for example in full-load operation, and at high speeds of the internal combustion engine 100.

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 catalytic converters 30, 40 and the flow rate adjustment device 50 and, if applicable, the second flow rate adjustment device 50A, depending on the load point of the internal combustion engine 100 and/or depending on the operating state of the corresponding first catalytic converter 30, 30A, the various states of the flow rate adjustment device(s) can be set ) 50, 50A can be varied in order to set the exhaust gas flow components to be fed to the first catalytic converter(s) 30, 30A in a particularly needs-based manner. The second catalytic converter 40 has exhaust gas applied to it and flows through it in all states of the flow rate adjustment device(s) 50, 50A, the second catalytic converter 40 being used in particular at high power of the internal combustion engine 100, for example in full-load operation and possibly in part-load operation for pollutant conversion (exhaust gas conversion). and in other words used for exhaust aftertreatment.

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 gas aftertreatment device 10 is that exhaust gas is applied to second catalytic converter 40 during operation of internal combustion engine 100 in all states of flow rate adjustment device 50 and/or flow rate adjustment device 50A. Even if the entire exhaust gas flow is guided through the first catalytic converter 30 and is completely converted using the first catalytic converter 30, exhaust gas still gets into the second catalytic converter 40 and heats it up. As a result, it can be avoided that the second catalytic converter 40 cools down during the operation of the internal combustion engine 100 and thereby cools down to a catalytic converter temperature which is below the light-off temperature of the second catalytic converter 40 . As a result, the second catalytic converter 40 not only serves as a fallback system, ie as a redundant exhaust gas aftertreatment device in the event of a failure of the first catalytic converter 30, but is also ready for use particularly quickly for exhaust gas aftertreatment if required.

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 internal combustion engine 100 In connection with heating of the respective catalytic converters 30, 40, the presently smaller, first catalytic converter 30 can take over the function of pollutant conversion (exhaust gas conversion) and thus exhaust gas aftertreatment even before the second catalytic converter 40, which is larger than the first catalytic converter 30, especially since the first catalytic converter 30 starts up faster when heating up, and so that the light-off temperature of the first catalytic converter 30 is reached more quickly. In addition, there is little or no risk of the first catalytic converter 30 cooling down during low-load operation or part-load operation.

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 2 und 3) oder den vierten Abgaskanal (siehe 4) erfolgt. Dadurch kann vermieden werden, dass der Abgasturbolader 60 bzw. 60A dem Abgas Wärme entzieht, wodurch der dem ersten Katalysator 30 bzw. 30A nachgeschaltete zweite Katalysator 40 besonders wirksam erwärmt werden kann.In low-load operation and/or in part-load operation, the flow rate adjustment device 50 or 50A can be adjusted to a first state of the states in which the turbine 66 or 66A is bypassed, i.e. exhaust gas is routed exclusively via the first exhaust gas channel 32 or 32A (see 2 and 3 ) or the fourth exhaust duct (see 4 ) he follows. This can prevent the exhaust gas turbocharger 60 or 60A from extracting heat from the exhaust gas, as a result of which the second catalytic converter 40 downstream of the first catalytic converter 30 or 30A can be heated particularly effectively.

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 rate adjustment device 50 or 50A can be adjusted into a further, second state of the states, in which the first catalytic converter 30 is bypassed and instead only the second catalytic converter 40 is flowed through. In this case, the exhaust gas is routed completely bypassing the first catalytic converter 30 or 30A and the respective turbine 66 or 66A is used to drive the respective compressor 68 or 68A and thus to compress the air (intake air 116). As a result, the internal combustion engine can be operated with a particularly high output at a stoichiometric combustion air ratio, also referred to as λ1 output.

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 catalytic converter 30 or 30A, the latter can be protected from impermissibly high exhaust gas temperatures in full-load operation. In addition, for example, a load limitation of internal combustion engine 100 can take place by operating it with Miller control times, i.e. by early closing of the intake valves assigned to the respective cylinders 102, 104, small intake spread of the intake valves and/or small valve lift of the intake valves. As a result, a complete exhaust gas mass flow of the internal combustion engine 100 can be routed via the respective turbine 66 or 66A, bypassing the first catalytic converter 30 or 30A. Additionally or alternatively, the load limitation can also be achieved by reducing the opening of throttle valve 110 or by retarding the respective ignition angle (crank angle of the crankshaft of internal combustion engine 100 at which the fuel-air mixture in the respective cylinders 102, 104 is ignited) of the internal combustion engine 100 can be effected.

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 1 bis 4 ist erkennbar, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 unabhängig davon funktioniert, wie der Abgasturbolader 60 bzw. die Abgasturbolader 60, 60A ausgestaltet sind. Zumindest einer der Abgasturbolader 60, 60A kann als mehrflutiger Abgasturbolader (Twinscroll-Abgasturbolader), als einflutiger Abgasturbolader (Monoscroll- Abgasturbolader) sowie als Turbolader mit variabler Turbinen-Geometrie (VTG-Turbolader) ausgebildet sein. Mit dem besagten Miller-Steuerzeiten und reduziertem Ventilhub der Einlassventile können die unterschiedlichen Lastpunkte der Verbrennungskraftmaschine 100 bis zu einem befeuerten Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 100 ohne Wastegate-Absteuerung betrieben werden. Durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 kann eine Betriebscharakteristik der Verbrennungskraftmaschine 100 erzielt werden, bei welcher eine minimale Last sowie Restgasverträglichkeit wie bei einem Betrieb mit offenem Wastegate eines konventionellen Turboladers bzw. eines konventionellen Abgastraktes zu erwarten ist, da lediglich ein geringer oder kein Staueffekt an den jeweiligen Turbinen 66, 66A zu erwarten ist. Denkbar ist es auch, im Teillastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 100 ausschließlich den entsprechenden motornahen ersten Katalysator 30, 30A unter Umgehung der jeweiligen Turbine 66, 66A mit Abgas zu beaufschlagen, da im Teillastbetrieb keine unzulässig hohen Abgastemperaturen, welche zu einer Schädigung der jeweiligen Katalysatoren 30, 30A führen könnten, zu erwarten sind. Insofern sind keine Nachteile zu einem klassischen Wastegate-Konzept zu erwarten.As already mentioned, the flow adjustment device 50, 50A can be designed as a wastegate, ie as an exhaust gas bypass valve. As an alternative to this, the flow adjustment device 50, 50A can also be designed as a switching valve. By reviewing 1 until 4 it can be seen that the exhaust gas aftertreatment device 10 functions independently of how the exhaust gas turbocharger 60 or the exhaust gas turbochargers 60, 60A are configured. At least one of the exhaust gas turbochargers 60, 60A can be designed as a multi-flow exhaust gas turbocharger (twin-scroll exhaust gas turbocharger), as a single-flow exhaust gas turbocharger (monoscroll exhaust gas turbocharger) and as a turbocharger with variable turbine geometry (VTG turbocharger). With said Miller control times and reduced valve lift of the intake valves, the different load points of internal combustion engine 100 can be operated up to a fired overrun mode of internal combustion engine 100 without wastegate deactivation. The exhaust gas aftertreatment device 10 makes it possible to achieve an operating characteristic of the internal combustion engine 100 in which a minimal load and residual gas tolerance as in operation with an open wastegate of a conventional turbocharger or a conventional exhaust gas tract can be expected, since there is only little or no damming effect on the respective turbines 66, 66A is to be expected. It is also conceivable in partial-load operation of internal combustion engine 100 to apply exhaust gas exclusively to the corresponding first catalytic converter 30, 30A close to the engine, bypassing the respective turbine 66, 66A, since in partial-load operation there are no impermissibly high exhaust gas temperatures which could damage the respective catalytic converters 30, 30A could lead are to be expected. In this respect, no disadvantages compared to a classic wastegate concept are to be expected.

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-treatment device 10 can be used to quickly start up, ie to quickly reach the respective light-off temperature of the respective catalytic converters 30, 30A, as well as a high λ1 output of the internal combustion engine 100.

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

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102010032363 A1 [0003]DE 102010032363 A1 [0003]

Claims (10)

Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (100), mit wenigstens einem ersten Abgasabführungskanal (12), über welchen ein Abgasstrom (16) von wenigstens einem Zylinder (102) der Verbrennungskraftmaschine (100) abführbar ist, und mit zumindest einem ersten Katalysator (30), welcher über einen ersten Abgaskanal (32) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) einerseits zumindest mittelbar mit dem ersten Abgasabführungskanal (12) abgasleitend gekoppelt ist und andererseits zumindest mittelbar mit wenigstens einem zweiten Katalysator (40) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) abgasleitend gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) einen zumindest mittelbar mit dem ersten Abgasabführungskanal (12) abgasleitend gekoppelten zweiten Abgaskanal (42), über welchen dem wenigstens einen zweiten Katalysator (40) zumindest ein Teil des Abgasstroms (16) unter Umgehung des zumindest einen ersten Katalysators (30) zuführbar ist, sowie zumindest eine Durchflusseinstellungsvorrichtung (50) umfasst, welche abgasleitend zumindest mittelbar mit dem ersten Abgasabführungskanal (12), dem ersten Abgaskanal (32) und mit dem zweiten Abgaskanal (42) verbunden ist und welche zumindest zwischen zwei 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 ist.Exhaust gas aftertreatment device (10) for an internal combustion engine (100), having at least one first exhaust gas discharge channel (12) through which an exhaust gas flow (16) can be discharged from at least one cylinder (102) of the internal combustion engine (100), and having at least one first catalytic converter (30 ) which, via a first exhaust gas duct (32) of the exhaust gas aftertreatment device (10), on the one hand is at least indirectly coupled to the first exhaust gas discharge duct (12) and on the other hand is at least indirectly coupled to at least one second catalytic converter (40) of the exhaust gas aftertreatment device (10), thereby characterized in that the exhaust gas aftertreatment device (10) has a second exhaust gas duct (42) which is at least indirectly coupled to the first exhaust gas discharge duct (12) and via which at least part of the exhaust gas flow (16) is fed to the at least one second catalytic converter (40), bypassing the at least one first Catalyst (30) can be fed, s and at least one flow adjustment device (50) which is connected at least indirectly to the first exhaust gas discharge channel (12), the first exhaust gas channel (32) and to the second exhaust gas channel (42) and which is at least between two states in which the first catalytic converter ( 30) different exhaust gas flow portions of the exhaust gas flow (16) exiting from the first exhaust gas discharge duct (12) can be supplied via the flow rate adjustment device (50). Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Katalysator (30) zur Abgasnachbehandlung eines kleineren Maximal-Abgasmassenstroms ausgebildet ist, als der zweite Katalysator (40).Exhaust aftertreatment device (10) after claim 1 , characterized in that the first catalytic converter (30) is designed for exhaust gas after-treatment of a smaller maximum exhaust gas mass flow than the second catalytic converter (40). Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abgaskanal (32) stromauf des zweiten Katalysators (40) abgasleitend mit dem zweiten Abgaskanal (42) gekoppelt ist.Exhaust aftertreatment device (10) after claim 1 or 2 , characterized in that the first exhaust gas channel (32) upstream of the second catalytic converter (40) is coupled to the second exhaust gas channel (42). Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Katalysator (30) und der zweite Katalysator (40) gleichartig ausgebildet sind.Exhaust gas aftertreatment device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first catalytic converter (30) and the second catalytic converter (40) are of identical design. Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) wenigstens einen Abgasturbolader (60) umfasst, welcher über den zweiten Abgaskanal (42) einerseits mit der Durchflusseinstellungsvorrichtung (50) und andererseits mit dem zweiten Katalysator (40) abgasleitend gekoppelt ist.Exhaust gas aftertreatment device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas aftertreatment device (10) comprises at least one exhaust gas turbocharger (60) which, via the second exhaust gas duct (42), is connected on the one hand to the flow adjustment device (50) and on the other hand to the second catalytic converter (40 ) is coupled exhaust conducting. Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Abgasturbolader (60) als mehrflutiger Abgasturbolader ausgebildet ist.Exhaust aftertreatment device (10) after claim 5 , characterized in that the at least one exhaust gas turbocharger (60) is designed as a multiflow exhaust gas turbocharger. Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Flut (62) des mehrflutigen Abgasturboladers (60) mit dem zweiten Abgaskanal (42) und eine zweite Flut (64) des mehrflutigen Abgasturboladers (60) mit einem dritten Abgaskanal (72) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (10), über welchen ein zweiter Abgasstrom (18) von wenigstens einem zweiten Zylinder (104) der Verbrennungskraftmaschine (100) abführbar ist, abgasleitend gekoppelt ist, wobei der dritte Abgaskanal (72) einerseits zumindest mittelbar mit der Durchflusseinstellungsvorrichtung (50) und andererseits zumindest mittelbar mit dem zweiten Katalysator (40) gekoppelt ist.Exhaust aftertreatment device (10) after claim 6 , characterized in that a first flow (62) of the multi-flow exhaust gas turbocharger (60) with the second exhaust gas duct (42) and a second flow (64) of the multi-flow exhaust gas turbocharger (60) with a third exhaust gas duct (72) of the exhaust gas aftertreatment device (10), via which a second exhaust gas flow (18) can be discharged from at least one second cylinder (104) of the internal combustion engine (100), is coupled in an exhaust-gas-conducting manner, the third exhaust-gas channel (72) being at least indirectly connected to the flow rate adjustment device (50) on the one hand and at least indirectly to the on the other hand second catalyst (40) is coupled. Verbrennungskraftmaschine (100) mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Internal combustion engine (100) with an exhaust gas aftertreatment device (10) according to one of the preceding claims. Kraftfahrzeug (K) mit einer Verbrennungskraftmaschine (100) nach Anspruch 8.Motor vehicle (K) with an internal combustion engine (100). claim 8 . Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine (100) nach Anspruch 8, bei welchem der Abgasstrom (16) beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (100) über den wenigstens einen ersten Abgasabführungskanal (12) aus dem wenigstens einen Zylinder (102) abgeführt und der zumindest einen Durchflusseinstellungsvorrichtung (50) zugeführt wird und bei welchem voneinander verschiedene Zustände der zumindest einen Durchflusseinstellungsvorrichtung (50) in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine (100), des zumindest einen ersten Katalysators (30) und/oder des wenigstens einen zweiten Katalysators (40) eingestellt und dadurch dem zumindest einen ersten Katalysator (30) über die zumindest eine Durchflusseinstellungsvorrichtung (50) voneinander verschiedene, von den Zuständen abhängige Abgasstrom-Anteile zugeführt werden.Method for operating an exhaust gas treatment device (10) according to one of Claims 1 until 7 , In particular an internal combustion engine (100). claim 8 , in which the exhaust gas stream (16) is discharged from the at least one cylinder (102) via the at least one first exhaust gas discharge channel (12) during operation of the internal combustion engine (100) and is fed to the at least one flow rate adjustment device (50) and in which different states of the at least one flow adjustment device (50) depending on different operating states of the internal combustion engine (100), the at least one first catalytic converter (30) and/or the at least one second catalytic converter (40) and thereby the at least one first catalytic converter (30) via the at least a flow adjustment device (50) are supplied with exhaust gas flow components that differ from one another and are dependent on the states.
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