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DE102019107544A1 - Method for operating an exhaust aftertreatment system and an exhaust aftertreatment system - Google Patents

Method for operating an exhaust aftertreatment system and an exhaust aftertreatment system Download PDF

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DE102019107544A1
DE102019107544A1 DE102019107544.0A DE102019107544A DE102019107544A1 DE 102019107544 A1 DE102019107544 A1 DE 102019107544A1 DE 102019107544 A DE102019107544 A DE 102019107544A DE 102019107544 A1 DE102019107544 A1 DE 102019107544A1
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DE
Germany
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exhaust gas
scr
scr catalytic
ammonia
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Inventor
Giampaolo Nigro
Tim Thiele
Marc Gieseler
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems für einen Verbrennungsmotor (10), wobei der Verbrennungsmotor (10) mit seinem Auslass (16) mit einer Abgasanlage (20) verbunden ist, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors (10) ein motornaher erster SCR-Katalysator (28, 30) und stromabwärts des ersten SCR-Katalysators (28, 30) ein zweiter SCR-Katalysator (32) angeordnet sind. Stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators (28, 30) ist ein erstes Dosierelement (36) angeordnet, mit welchem ein Reduktionsmittel (48) stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators (28, 30) in den Abgaskanal (22) eindosierbar ist. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:- Ermitteln einer Bauteiltemperatur des zweiten SCR-Katalysators (32) und/oder einer Abgastemperatur (TEG) am zweiten SCR-Katalysator (32),- Vergleich der ermittelten Bauteiltemperatur oder der ermittelten Abgastemperatur mit einer jeweiligen Schwellentemperatur (TS1, TS2),- Ermitteln eines Ammoniak-Füllstands auf dem zweiten SCR-Katalysator (32);- Absenkung des Ammoniak-Füllstands des ersten SCR-Katalysators (28, 30), wenn der Ammoniak-Füllstand auf dem zweiten SCR-Katalysator (32) einen kritischen Beladungszustand überschreitet und die Bauteiltemperatur oder die Abgastemperatur (TEG) oberhalb des jeweiligen Schwellenwertes (TS1, TS2) liegt,- Konvertierung der Stickoxide im Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) durch den zweiten SCR-Katalysator (32), wodurch der Füllstand des zweiten SCR-Katalysators (32) reduziert wird.Die Erfindung betrifft ferner ein Abgasnachbehandlungssystem zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for operating an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine (10), the internal combustion engine (10) having its outlet (16) connected to an exhaust system (20) in which, in the flow direction of an exhaust gas from the internal combustion engine (10), an exhaust gas system (10) is close to the engine first SCR catalyst (28, 30) and downstream of the first SCR catalyst (28, 30) a second SCR catalyst (32) are arranged. A first metering element (36) is arranged upstream of the first SCR catalytic converter (28, 30), with which a reducing agent (48) can be metered into the exhaust gas duct (22) upstream of the first SCR catalytic converter (28, 30). The method comprises the following steps: - determining a component temperature of the second SCR catalytic converter (32) and / or an exhaust gas temperature (TEG) on the second SCR catalytic converter (32), - comparison of the determined component temperature or the determined exhaust gas temperature with a respective threshold temperature (TS1 , TS2), - determining an ammonia level on the second SCR catalytic converter (32); - lowering the ammonia level of the first SCR catalytic converter (28, 30) when the ammonia level on the second SCR catalytic converter (32 ) exceeds a critical load condition and the component temperature or the exhaust gas temperature (TEG) is above the respective threshold value (TS1, TS2), - conversion of the nitrogen oxides in the exhaust gas flow of the internal combustion engine (10) by the second SCR catalytic converter (32), whereby the level of the second SCR catalytic converter (32) is reduced. The invention also relates to an exhaust gas aftertreatment system for carrying out such a method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems mit mindestens zwei in Reihe geschalteten SCR-Katalysatoren sowie ein Abgasnachbehandlungssystem zur Durchführung eines solchen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.The invention relates to a method for operating an exhaust gas aftertreatment system with at least two SCR catalytic converters connected in series, as well as an exhaust gas aftertreatment system for carrying out such a method according to the preamble of the independent claim.

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

Aus dem Stand der Technik sind Abgasnachbehandlungssysteme bekannt, welche einen motornahen ersten SCR-Katalysator, insbesondere einen Partikelfilter mit einer SCR-Beschichtung und einen zweiten SCR-Katalysator aufweisen, welcher in einer motorfernen Unterbodenlage des Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Der motornahe Partikelfilter mit der SCR-Beschichtung kann nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors schneller auf seine Betriebstemperatur aufgeheizt werden und somit zeitnah nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors für eine effiziente Konvertierung der Sickoxidemissionen genutzt werden. Der motorferne zweite SCR-Katalysator wird bei hohen Motorlasten und/oder bei einer Regeneration des Partikelfilters genutzt, bei welcher der motornahe Partikelfilter mit der SCR-Beschichtung oberhalb des zur selektiven, katalytische Reduktion notwendigen Temperaturbereichs betrieben wird und somit nur für eine unzureichende Konvertierung der Stickoxide sorgt oder um bei hohen Motorlasten ein zusätzliches Katalysatorvolumen für die selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden bereitzustellen. Die motornahe Anordnung des Partikelfilters mit der SCR-Beschichtung führt zudem dazu, dass nur eine kurze Mischstrecke zur Vermischung von Reduktionsmittel und Abgas vor Eintritt in den Partikelfilter vorhanden ist und somit die Gleichverteilung über den Querschnitt des Partikelfilters eingeschränkt ist. Dieser Effekt wird bei hohen Abgasmassenströmen und damit verbundenen hohen Strömungsgeschwindigkeiten im Abgaskanal verstärkt. Dies kann dazu führen, dass unabhängig von der Temperatur die Konvertierungsleistung des Partikelfilters nicht ausreicht und zusätzlich die Konvertierungsleistung des zweiten SCR-Katalysators notwendig ist.Exhaust gas aftertreatment systems are known from the prior art which have a first SCR catalytic converter close to the engine, in particular a particulate filter with an SCR coating, and a second SCR catalytic converter which is arranged in an underbody position of the motor vehicle remote from the engine. The close-coupled particle filter with the SCR coating can be heated up to its operating temperature more quickly after a cold start of the internal combustion engine and can thus be used for an efficient conversion of the nitrogen oxide emissions shortly after a cold start of the internal combustion engine. The second SCR catalytic converter remote from the engine is used at high engine loads and / or during regeneration of the particulate filter, in which the close-coupled particulate filter with the SCR coating is operated above the temperature range required for selective, catalytic reduction and thus only for insufficient conversion of nitrogen oxides or to provide an additional catalyst volume for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides at high engine loads. The arrangement of the particulate filter with the SCR coating close to the engine also means that there is only a short mixing section for mixing the reducing agent and exhaust gas before entering the particulate filter, thus limiting the uniform distribution over the cross section of the particulate filter. This effect is intensified in the case of high exhaust gas mass flows and the associated high flow velocities in the exhaust gas duct. This can mean that, regardless of the temperature, the conversion capacity of the particulate filter is insufficient and the conversion capacity of the second SCR catalytic converter is also necessary.

Ferner ist bekannt, dass sich die Konvertierungsleistung der beiden SCR-Katalysatoren steigern lässt, wenn eine definierte Menge an Ammoniak auf der katalytisch wirksamen Oberfläche des jeweiligen SCR-Katalysators eingespeichert wird. In Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand des Verbrennungsmotors wird stromaufwärts des beschichteten Partikelfilters, stromaufwärts des SCR-Katalysators in Unterbodenlage oder stromaufwärts beider SCR-Katalysatoren Reduktionsmittel in den Abgaskanal eindosiert.It is also known that the conversion performance of the two SCR catalytic converters can be increased if a defined amount of ammonia is stored on the catalytically active surface of the respective SCR catalytic converter. Depending on the current operating state of the internal combustion engine, reducing agent is metered into the exhaust gas duct upstream of the coated particle filter, upstream of the SCR catalytic converter in the underbody position or upstream of both SCR catalytic converters.

Nachteilig an dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist jedoch, dass die Beladung des zweiten SCR-Katalysators durch sich ändernde Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors zu einem Ammoniak-Schlupf führen kann. Daher wird bei der Beladung des zweiten SCR-Katalysators nur eine vergleichsweise geringe Beladung eingestellt, welche jedoch die Konvertierungsleistung des zweiten SCR-Katalysators einschränkt.The disadvantage of the method known from the prior art, however, is that the loading of the second SCR catalytic converter can lead to ammonia slip due to changing operating conditions of the internal combustion engine. Therefore, when the second SCR catalytic converter is loaded, only a comparatively low load is set, which, however, restricts the conversion performance of the second SCR catalytic converter.

Aus der DE 10 2015 221 982 A1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Dieselmotor bekannt, bei welchem in der Abgasanlage ein Oxidationskatalysator, stromabwärts des Oxidationskatalysators ein Partikelfilter mit einer SCR-Beschichtung und stromabwärts des Partikelfilters mit der SCR-Beschichtung ein zweiter SCR-Katalysator angeordnet sind. Zur Einspritzung von flüssigem Reduktionsmittel für den SCR-Katalysator und/oder für den SCR-beschichteten Partikelfilter ist eine erste Einspritzposition stromaufwärts des SCR-beschichteten Partikelfilters in Form einer ersten Dosiereinrichtung und eine zweite Einspritzposition stromaufwärts des SCR-Katalysators und stromabwärts des SCR-beschichteten Partikelfilters in Form einer zweiten Dosiereinrichtung vorgesehen. Die Einspritzpositionen für die Einspritzung von flüssigem Reduktionsmittel werden in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des SCR-Katalysatorsystems gewählt.From the DE 10 2015 221 982 A1 An exhaust aftertreatment system for a diesel engine is known in which an oxidation catalyst is arranged in the exhaust system, a particle filter with an SCR coating is arranged downstream of the oxidation catalyst and a second SCR catalyst is arranged downstream of the particle filter with the SCR coating. To inject liquid reducing agent for the SCR catalytic converter and / or for the SCR-coated particle filter, a first injection position is upstream of the SCR-coated particle filter in the form of a first metering device and a second injection position is upstream of the SCR catalytic converter and downstream of the SCR-coated particle filter provided in the form of a second metering device. The injection positions for the injection of liquid reducing agent are selected depending on the operating states of the SCR catalytic converter system.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem Abgasnachbehandlungssystem mit mehreren SCR-Katalysatoren den Füllstand der SCR-Katalysatoren überwachen zu können und somit eine möglichst effiziente Konvertierung der Stickoxide im Abgas zu ermöglichen.The invention is based on the object of being able to monitor the fill level of the SCR catalytic converters in an exhaust gas aftertreatment system with several SCR catalytic converters and thus to enable the most efficient possible conversion of the nitrogen oxides in the exhaust gas.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems für einen Verbrennungsmotor, welcher mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage verbunden ist, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors ein motornaher erster SCR-Katalysator und stromabwärts des motornahenden ersten SCR-Katalysators ein zweiter SCR-Katalysator angeordnet ist, gelöst. Stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators ist ein erstes Dosierelement angeordnet, mit welchem ein Reduktionsmittel, insbesondere wässrige Harnstofflösung, stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators in den Abgaskanal eindosierbar ist. Stromabwärts des ersten SCR-Katalysators und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators kann ein zweites Dosierelement angeordnet sein, mit welchem das Reduktionsmittel stromabwärts des ersten SCR-Katalysators und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators in den Abgaskanal eindosierbar ist. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

  • - Ermitteln einer Bauteiltemperatur des zweiten SCR-Katalysators und/oder einer Abgastemperatur am zweiten SCR-Katalysator;
  • - Vergleichen der ermittelten Bauteiltemperatur oder der ermittelten Abgastemperatur mit einer jeweiligen Schwellentemperatur;
  • - Ermitteln des Ammoniak-Füllstands auf dem zweiten SCR-Katalysator;
  • - Absenken des Ammoniak-Füllstands des ersten SCR-Katalysators, wenn der Ammoniak-Füllstand des zweiten SCR-Katalysators eine kritische Beladung übersteigt und die Bauteiltemperatur oder die Abgastemperatur oberhalb des jeweiligen Schwellenwertes liegt,
  • - Konvertieren der Stickoxide im Abgasstrom des Verbrennungsmotors durch den zweiten SCR-Katalysator, wodurch der Füllstand des zweiten SCR-Katalysators reduziert wird.
According to the invention, this object is achieved by a method for operating an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine, the outlet of which is connected to an exhaust system in which, in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine, a first SCR catalyst close to the engine and a second SCR downstream of the first SCR catalyst close to the engine -Catalyst is arranged, dissolved. A first metering element is arranged upstream of the first SCR catalytic converter, with which a reducing agent, in particular aqueous urea solution, can be metered into the exhaust gas duct upstream of the first SCR catalytic converter. A second metering element can be arranged downstream of the first SCR catalytic converter and upstream of the second SCR catalytic converter, with which the reducing agent can be metered into the exhaust gas duct downstream of the first SCR catalytic converter and upstream of the second SCR catalytic converter. The procedure consists of the following steps:
  • Determining a component temperature of the second SCR catalytic converter and / or an exhaust gas temperature on the second SCR catalytic converter;
  • - Comparing the determined component temperature or the determined exhaust gas temperature with a respective threshold temperature;
  • - Determining the ammonia level on the second SCR catalytic converter;
  • - Lowering the ammonia fill level of the first SCR catalytic converter if the ammonia fill level of the second SCR catalytic converter exceeds a critical load and the component temperature or the exhaust gas temperature is above the respective threshold value,
  • - Converting the nitrogen oxides in the exhaust gas flow of the internal combustion engine through the second SCR catalytic converter, whereby the fill level of the second SCR catalytic converter is reduced.

Unter einem motornahen ersten SCR-Katalysator ist in diesem Zusammenhang ein SCR-Katalysator zu verstehen, dessen Einlass mit einer Abgaslauflänge von maximal 80 cm, vorzugsweise maximal 50 cm, von dem Auslass des Verbrennungsmotors beabstandet ist. Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren ist es möglich, den Füllstand der SCR-Katalysatoren zu kontrollieren und einen Ammoniak-Durchbruch durch den zweiten SCR-Katalysator betriebssicher zu vermeiden. Ferner ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren eine höhere Beladung der SCR-Katalysatoren mit Ammoniak, wodurch die Konvertierungsleistung bezüglich der Stickoxidemissionen verbessert wird. Zusätzlich kann der Reduktionsmittelverbrauch verringert werden, da kein Reduktionsmittel als Ammoniak-Schlupf über den zweiten SCR-Katalysator verloren geht.A first SCR catalytic converter close to the engine is to be understood in this context as an SCR catalytic converter whose inlet is spaced from the outlet of the internal combustion engine with an exhaust gas run length of a maximum of 80 cm, preferably a maximum of 50 cm. A method according to the invention makes it possible to control the fill level of the SCR catalytic converters and to prevent ammonia breakthrough through the second SCR catalytic converter in a reliable manner. Furthermore, the proposed method enables a higher loading of the SCR catalytic converters with ammonia, as a result of which the conversion performance with regard to nitrogen oxide emissions is improved. In addition, the reducing agent consumption can be reduced, since no reducing agent is lost as ammonia slip through the second SCR catalytic converter.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und nicht triviale Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch aufgeführten Verfahrens zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems für einen Verbrennungsmotor möglich.The features listed in the dependent claims enable advantageous improvements and non-trivial further developments of the method listed in the independent claim for operating an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine thermische Wechselbeanspruchung des ersten SCR-Katalysators zu einer Freisetzung von Ammoniak führt, wobei das freigesetzte Ammoniak in dem zweiten SCR-Katalysator eingespeichert wird und den Füllstand des zweiten SCR-Katalysators erhöht. Dadurch ist eine Beladung des zweiten SCR-Katalysators auch ohne eine zusätzliche Eindosierung von Reduktionsmittel durch das zweite Dosierelement möglich. Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren wird eine Überladung des zweiten SCR-Katalysators mit Ammoniak betriebssicher verhindert, da rechtzeitig eine Entleerung des Ammoniakspeichers durch einen Reduktionsmittelverbrauch bei der selektiven katalytischen Reduktion durchgeführt wird.In a preferred embodiment of the invention it is provided that alternating thermal loading of the first SCR catalyst leads to a release of ammonia, the released ammonia being stored in the second SCR catalyst and increasing the fill level of the second SCR catalyst. As a result, the second SCR catalytic converter can also be loaded without an additional metering in of reducing agent by the second metering element. An overcharging of the second SCR catalytic converter with ammonia is reliably prevented by a method according to the invention, since the ammonia reservoir is emptied in good time due to the consumption of reducing agent during the selective catalytic reduction.

In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in einem Motorsteuergerät des Verbrennungsmotors ein Modell für die Ammoniak-Speicherfähigkeit des ersten SCR-Katalysators und des zweiten SCR-Katalysators abgelegt ist, wobei die Beladung des Ammoniakspeichers des zweiten SCR-Katalysators aus dem ermittelten Ammoniakschlupf über den ersten SCR-Katalysator und die Menge des durch das zweite Dosierelement eindosierten Reduktionsmittels berechnet wird. Durch eine Anpassung des Modells kann die eindosierte Reduktionsmittelmenge angepasst werden, um einen Ammoniakdurchbruch durch den zweiten SCR-Katalysator und somit einen Anstieg der Endrohremissionen zu vermeiden. Alternativ kann die Be- und Entladung des Ammoniakspeichers der SCR-Katalysatoren auch durch NOx-Sensoren überwacht werden, welche eine Querempfindlichkeit für Ammoniak aufweisen. Dabei kann insbesondere ein Ammoniakdurchbruch durch den ersten SCR-Katalysator erkannt werden, welcher zu einer Beladung des Ammoniakspeichers des zweiten SCR-Katalysators führt.Another improvement of the method provides that a model for the ammonia storage capacity of the first SCR catalytic converter and the second SCR catalytic converter is stored in an engine control unit of the internal combustion engine, the loading of the ammonia store of the second SCR catalytic converter from the determined ammonia slip is calculated via the first SCR catalytic converter and the amount of the reducing agent metered in by the second metering element. By adapting the model, the amount of reducing agent metered in can be adapted in order to avoid an ammonia breakthrough through the second SCR catalytic converter and thus an increase in tailpipe emissions. Alternatively, the loading and unloading of the ammonia storage of the SCR catalytic converters can also be monitored by NOx sensors, which are cross-sensitive to ammonia. In particular, an ammonia breakthrough through the first SCR catalytic converter can be detected, which leads to a loading of the ammonia reservoir of the second SCR catalytic converter.

In einer vorteilhaften Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der motornahe erste SCR-Katalysator im Normalbetrieb aus einen Ammoniakfüllstand von 60 % - 100 % der maximalen Ammoniakspeicherfähigkeit und der zweite SCR-Katalysator auf einen Ammoniak-Füllstand von 50 % - 90 %, bevorzugt von 60 % - 80 % konditioniert werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass eine effiziente Konvertierung der Stickoxide erfolgt, wobei ein Ammoniakdurchbruch durch den zweiten SCR-Katalysator betriebssicher verhindert wird.In an advantageous improvement of the method, it is provided that the first SCR catalytic converter close to the engine in normal operation from an ammonia level of 60% - 100% of the maximum ammonia storage capacity and the second SCR catalytic converter to an ammonia level of 50% - 90 %, preferably from 60% to 80% are conditioned. This makes it possible to ensure that the nitrogen oxides are efficiently converted, with an ammonia breakthrough through the second SCR catalytic converter being reliably prevented.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Absenkung des Ammoniak-Füllstands des ersten SCR-Katalysators durch eine Regeneration eines Partikelfilters erfolgt. Dabei ist der erste SCR-Katalysator vorzugsweise selbst als Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ausgeführt. Alternativ kann ein Partikelfilter dem ersten SCR-Katalysator auch vor- oder nachgeschaltet sein. Bei einer Regeneration des Partikelfilters wird ein Temperaturniveau am ersten SCR-Katalysator erreicht, welches zu einer thermischen Desorption von im ersten SCR-Katalysator eingespeichertem Ammoniak führt. Dieses Ammoniak wird in dem zweiten SCR-Katalysator eingespeichert, wodurch sich dessen Füllstand erhöht. Um nach einer Regeneration den Füllstand des zweiten SCR-Katalysators abzusenken, ist es sinnvoll, auf eine Eindosierung von Reduktionsmittel zu verzichten und zunächst das im zweiten SCR-Katalysator eingespeicherte Ammoniak zur Konvertierung der Stickoxide zu nutzen, um den Füllstand des zweiten SCR-Katalysators zu reduzieren.In a preferred embodiment of the method it is provided that the lowering of the ammonia fill level of the first SCR catalytic converter takes place by a regeneration of a particle filter. The first SCR catalytic converter itself is preferably designed as a particle filter with a coating for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides. Alternatively, a particle filter can also be connected upstream or downstream of the first SCR catalytic converter. When the particle filter is regenerated, a temperature level is reached at the first SCR catalytic converter which leads to thermal desorption of ammonia stored in the first SCR catalytic converter. This ammonia is stored in the second SCR catalytic converter, which increases its fill level. In order to lower the fill level of the second SCR catalytic converter after a regeneration, it makes sense to forego metering in reducing agent and to first use the ammonia stored in the second SCR catalytic converter to convert the nitrogen oxides in order to increase the fill level of the second SCR catalytic converter to reduce.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Schwellenwert für die Bauteiltemperatur des zweiten SCR-Katalysators bei 250°C liegt. Ab dieser Temperatur ist eine effiziente Konvertierung der Stickoxidemissionen durch den zweiten SCR-Katalysator zu erwarten. Somit kann sichergestellt werden, dass die zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden notwendige Light-Off-Temperatur auf dem zweiten SCR-Katalysator erreicht ist.In an advantageous embodiment of the method, it is provided that the threshold value for the component temperature of the second SCR catalytic converter is 250.degree. From this temperature an efficient conversion of the nitrogen oxide emissions by the second SCR catalytic converter can be expected. This ensures that the light-off temperature required for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides is reached on the second SCR catalytic converter.

Erfindungsgemäß wird ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, welcher mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage verbunden ist, vorgeschlagen, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors ein motornaher erster SCR-Katalysator und stromabwärts des ersten SCR-Katalysators, vorzugsweise in einer Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges, ein zweiter SCR-Katalysator angeordnet sind. Stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators ist ein erstes Dosierelement angeordnet, mit welchem ein Reduktionsmittel stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators in den Abgaskanal eindosierbar ist. Stromabwärts des ersten SCR-Katalysators und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators kann ein zweites Dosierelement angeordnet sein, mit welchem das Reduktionsmittel stromabwärts des ersten SCR-Katalysators und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators in den Abgaskanal eindosierbar ist. Alternativ kann der zweite SCR-Katalysator auch durch eine Überdosierung des Reduktionsmittels durch das erste Dosierelement mit Ammoniak beladen werden. Das Abgasnachbehandlungssystem ist über ein Motorsteuergerät betreibbar, welches dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Motorsteuergerät ausgeführt wird. Durch ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem ist es möglich, die Stickoxidemissionen des Verbrennungsmotors zu minimieren und den Reduktionsmitteleinsatz zu optimieren. Insbesondere kann durch das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem der Beladungszustand der SCR-Katalysatoren, insbesondere des zweiten SCR-Katalysators, in Abhängigkeit von der Betriebssituation des Verbrennungsmotors optimiert werden, um eine Überdosierung von Ammoniak zu vermeiden und eine effiziente Konvertierung von Stickoxiden zu gewährleisten.According to the invention, an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine, which is connected with its outlet to an exhaust system, is proposed in which a first SCR catalyst close to the engine and downstream of the first SCR catalyst, preferably in an underbody position of a motor vehicle, in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine second SCR catalyst are arranged. A first metering element is arranged upstream of the first SCR catalytic converter, with which a reducing agent can be metered into the exhaust gas duct upstream of the first SCR catalytic converter. A second metering element can be arranged downstream of the first SCR catalytic converter and upstream of the second SCR catalytic converter, with which the reducing agent can be metered into the exhaust gas duct downstream of the first SCR catalytic converter and upstream of the second SCR catalytic converter. Alternatively, the second SCR catalytic converter can also be loaded with ammonia by overdosing the reducing agent through the first metering element. The exhaust gas aftertreatment system can be operated via an engine control unit which is set up to carry out a method according to the invention when a machine-readable program code is executed by the engine control unit. An exhaust gas aftertreatment system according to the invention makes it possible to minimize nitrogen oxide emissions from the internal combustion engine and to optimize the use of reducing agents. In particular, the exhaust gas aftertreatment system according to the invention can optimize the loading state of the SCR catalytic converters, in particular of the second SCR catalytic converter, depending on the operating situation of the internal combustion engine in order to avoid an overdose of ammonia and to ensure an efficient conversion of nitrogen oxides.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der zweite SCR-Katalysator einen Ammoniak-Sperrkatalysator aufweist oder dem zweiten SCR-Katalysator ein Ammoniak-Sperrkatalysator nachgeschaltet ist. Durch einen Ammoniak-Sperrkatalysator kann vermieden werden, dass eine Überdosierung von Reduktionsmittel zu einer Erhöhung der Ammoniak-Endrohremissionen führt. Somit kann betriebssicher erreicht werden, dass selbst bei Ammoniak-Schlupf über den ersten SCR-Katalysator, insbesondere einen Partikelfilter mit einer SCR-Beschichtung, das im Abgaskanal stromabwärts des ersten SCR-Katalysators vorhandene Ammoniak umgesetzt wird.In a preferred embodiment of the exhaust gas aftertreatment system it is provided that the second SCR catalytic converter has an ammonia barrier catalytic converter or an ammonia barrier catalytic converter is connected downstream of the second SCR catalytic converter. An ammonia barrier catalytic converter can prevent an overdosing of reducing agent from increasing the ammonia tailpipe emissions. In this way, it can be achieved in an operationally reliable manner that even in the event of ammonia slip through the first SCR catalytic converter, in particular a particle filter with an SCR coating, the ammonia present in the exhaust gas duct downstream of the first SCR catalytic converter is converted.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass in der Abgasanlage eine Turbine eines Abgasturboladers angeordnet ist, wobei stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers und stromaufwärts des ersten Dosierelements ein Oxidationskatalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet ist. Durch einen Oxidationskatalysator oder einen NOx-Speicherkatalysator, welcher eine Oxidationskomponente aufweist, kann das Verhältnis von Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid verändert werden, wodurch die Effizienz der selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden gesteigert werden kann.In a preferred embodiment of the exhaust gas aftertreatment system it is provided that a turbine of an exhaust gas turbocharger is arranged in the exhaust system, an oxidation catalytic converter or a NOx storage catalytic converter being arranged downstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger and upstream of the first metering element. The ratio of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide can be changed by means of an oxidation catalytic converter or a NOx storage catalytic converter which has an oxidation component, whereby the efficiency of the selective catalytic reduction of nitrogen oxides can be increased.

In einer weiteren Verbesserung des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der erste SCR-Katalysator als Partikelfilter mit einer SCR-Beschichtung ausgeführt ist, wobei stromabwärts des Partikelfilters und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators eine Niederdruck-Abgasrückführung aus dem Abgaskanal abzweigt. Durch den Partikelfilter können Rußpartikel und sonstige Feststoffpartikel aus dem Abgasstrom herausgefiltert werden, sodass diese nicht über die Niederdruck-Abgasrückführung in das Luftversorgungssystem zurückgeführt werden und dort zu Beschädigungen, insbesondere zu Beschädigungen an dem Verdichter des Abgasturboladers, führen können. Zudem können durch eine Abgasrückführung über die Niederdruck-Abgasrückführung in bekannter Weise die Stickoxid-Rohemissionen des Verbrennungsmotors minimiert werden, wodurch der Reduktionsmitteleinsatz in der Abgasnachbehandlung ebenfalls reduziert werden kann.In a further improvement of the exhaust gas aftertreatment system, it is provided that the first SCR catalytic converter is designed as a particle filter with an SCR coating, with a low-pressure exhaust gas recirculation branching off from the exhaust gas duct downstream of the particle filter and upstream of the second SCR catalytic converter. The particle filter allows soot particles and other solid particles to be filtered out of the exhaust gas flow so that they do not pass through the Low-pressure exhaust gas recirculation are fed back into the air supply system and can lead to damage there, in particular to damage to the compressor of the exhaust gas turbocharger. In addition, exhaust gas recirculation via the low-pressure exhaust gas recirculation can minimize the raw nitrogen oxide emissions of the internal combustion engine in a known manner, whereby the use of reducing agents in exhaust gas aftertreatment can also be reduced.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application can be advantageously combined with one another, unless stated otherwise in the individual case.

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

  • 1 einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem; und
  • 2 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems mit mindestens zwei SC R - Katalysatoren.
The invention is explained below in exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. The same components or components with the same function are identified with the same reference numbers in the different figures. Show it:
  • 1 an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system according to the invention; and
  • 2 a flowchart for performing a method according to the invention for operating an exhaust gas aftertreatment system with at least two SC R catalytic converters.

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

Die Abgasanlage 20 umfasst einen Abgaskanal 22, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch den Abgaskanal 22 eine Turbine 24 eines Abgasturboladers 18 angeordnet ist, welche einen nicht dargestellten Verdichter im Ansaugtrakt über eine Welle antreibt. Der Abgasturbolader 18 ist vorzugsweise als Abgasturbolader 18 mit variabler Turbinengeometrie ausgeführt. Dazu sind einem Turbinenrad der Turbine 24 verstellbare Leitschaufeln vorgeschaltet, über welche die Anströmung des Abgases auf die Schaufeln der Turbine 24 variiert werden kann. Stromabwärts der Turbine 24 sind mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten 26, 28, 30, 32, 58 vorgesehen. Dabei ist unmittelbar stromabwärts der Turbine 24 als erste Komponente der Abgasnachbehandlung ein Oxidationskatalysator 26 oder ein NOx-Speicherkatalysator 58 angeordnet. Stromabwärts des Oxidationskatalysators 26 oder des NOx-Speicherkatalysators 58 ist ein motornaher erster SCR-Katalysator 28, 30, insbesondere ein Partikelfilter 30 mit einer Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Beschichtung), angeordnet. Stromabwärts des motornahen ersten SCR-Katalysators 28, 30 ist vorzugsweise in Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges ein zweiter SCR-Katalysator 32 im Abgaskanal 22 angeordnet. Der zweite SCR-Katalysator 32 kann einen Oxidationskatalysator, insbesondere einen Ammoniak-Sperrkatalysator 34 aufweisen. Alternativ kann dem zweiten SCR-Katalysator 32 ein Oxidationskatalysator oder ein Ammoniak-Sperrkatalysator 34 nachgeschaltet sein. Stromabwärts des Oxidationskatalysators 26 oder des NOx-Speicherkatalysators 58 und stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators 28, 30 ist ein erstes Dosierelement 36, insbesondere ein wassergekühltes Dosierelement, zur Eindosierung eines Reduktionsmittels 48 in den Abgaskanal 22 vorgesehen. Stromabwärts des ersten SCR-Katalysators 28, 30, insbesondere stromabwärts des Partikelfilters 30 mit der SCR-Beschichtung, zweigt eine Abgasrückführungsleitung einer Niederdruck-Abgasrückführung aus dem Abgaskanal 22 ab. Stromabwärts der Verzweigung und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators 32 ist ein zweites Dosierelement 38, insbesondere ein luftgekühltes oder wassergekühltes Dosierelement, angeordnet, um das Reduktionsmittel 48 in den Abgaskanal 22 stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators 32 einzubringen. Das erste Dosierelement 36 und das zweite Dosierelement 38 sind jeweils über eine Reduktionsmittelleitung 44 mit einem gemeinsamen Reduktionsmittelbehälter 46 verbunden, in welchem das Reduktionsmittel 48 bevorratet ist. Ferner umfasst die Abgasanlage 20 eine Abgasklappe, mit welcher die Abgasrückführung über die Niederdruck-Abgasrückführung gesteuert werden kann.The exhaust system 20th includes an exhaust duct 22nd , in which in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine 10 through the exhaust duct 22nd a turbine 24 of an exhaust gas turbocharger 18th is arranged, which drives a compressor, not shown, in the intake tract via a shaft. The exhaust gas turbocharger 18th is preferably used as an exhaust gas turbocharger 18th designed with variable turbine geometry. To do this are a turbine wheel of the turbine 24 adjustable guide vanes are connected upstream, via which the flow of the exhaust gas onto the blades of the turbine 24 can be varied. Downstream of the turbine 24 are several exhaust aftertreatment components 26th , 28 , 30th , 32 , 58 intended. This is immediately downstream of the turbine 24 the first component of exhaust gas aftertreatment is an oxidation catalytic converter 26th or a NOx storage catalytic converter 58 is arranged. Downstream of the oxidation catalyst 26th or of the NOx storage catalytic converter 58 is a first SCR catalytic converter close to the engine 28 , 30th , especially a particulate filter 30th with a coating for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR coating). Downstream of the first SCR catalytic converter close to the engine 28 , 30th is preferably a second SCR catalytic converter in the underbody position of a motor vehicle 32 in the exhaust duct 22nd arranged. The second SCR catalytic converter 32 can use an oxidation catalytic converter, in particular an ammonia barrier catalytic converter 34 exhibit. Alternatively, the second SCR catalytic converter 32 an oxidation catalyst or an ammonia barrier catalyst 34 be downstream. Downstream of the oxidation catalyst 26th or of the NOx storage catalytic converter 58 and upstream of the first SCR catalytic converter 28 , 30th is a first metering element 36 , in particular a water-cooled metering element, for metering in a reducing agent 48 in the exhaust duct 22nd intended. Downstream of the first SCR catalyst 28 , 30th , especially downstream of the particulate filter 30th With the SCR coating, an exhaust gas recirculation line branches off a low-pressure exhaust gas recirculation system from the exhaust gas duct 22nd from. Downstream of the junction and upstream of the second SCR catalyst 32 is a second metering element 38 , in particular an air-cooled or water-cooled metering element, arranged around the reducing agent 48 in the exhaust duct 22nd upstream of the second SCR catalyst 32 bring in. The first metering element 36 and the second metering element 38 are each via a reducing agent line 44 with a common reducing agent tank 46 connected in which the reducing agent 48 is in stock. It also includes the exhaust system 20th an exhaust flap with which the exhaust gas recirculation can be controlled via the low pressure exhaust gas recirculation.

In der Abgasanlage 20 kann stromabwärts der Turbine 24 und stromaufwärts des Oxidationskatalysators 26 oder des NOx-Speicherkatalysators 58 ein NOx-Sensor 54 angeordnet sein. Stromabwärts des ersten SCR-Katalysators 28, 30 und stromaufwärts der Verzweigung kann ein weiterer NOx-Sensor 54 angeordnet sein. Ferner kann stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators 32 ein weiterer NOx-Sensor 54 angeordnet sein. Dem Partikelfilter 30 ist ein Differenzdrucksensor zugeordnet, mit welchem eine Druckdifferenz Δp über den Partikelfilter 30 ermittelt werden kann. Auf diese Weise kann der Beladungszustand des Partikelfilters 30 ermittelt und bei Überschreiten eines definierten Beladungsniveaus eine Regeneration des Partikelfilters 30 eingeleitet werden. Ferner sind in der Abgasanlage 20 ein Temperatursensor 50 und gegebenenfalls. weitere Abgassensoren 52 vorgesehen, um die Abgastemperatur TEG zu ermitteln.In the exhaust system 20th can be downstream of the turbine 24 and upstream of the oxidation catalyst 26th or a NOx sensor 54 can be arranged in the NOx storage catalytic converter 58. Downstream of the first SCR catalyst 28 , 30th and a further NOx sensor 54 may be arranged upstream of the junction. Furthermore, downstream of the second SCR catalytic converter 32 another NOx sensor 54 can be arranged. The particle filter 30th a differential pressure sensor is assigned with which a pressure difference Δp across the particle filter 30th can be determined. In this way, the loading state of the particle filter 30th determined and regeneration of the particle filter when a defined load level is exceeded 30th be initiated. Also in the exhaust system 20th a temperature sensor 50 and if necessary. further exhaust gas sensors 52 provided to determine the exhaust gas temperature T EG .

Stromabwärts des ersten Dosierelements 36 und stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators 28, 30, insbesondere des Partikelfilters 30 mit der SCR-Beschichtung, kann ein erster Abgasmischer 40 vorgesehen sein, um eine Durchmischung von Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 und Reduktionsmittel 48 vor Eintritt in den ersten SCR-Katalysator 28, 30 zu verbessern und die Länge der Mischstrecke zu verkürzen. Stromabwärts des zweiten Dosierelements 38 und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators 32 kann ein zweiter Abgasmischer 42 angeordnet sein, um die Vermischung von Abgasstrom und Reduktionsmittel 48 zu verbessern und das Verdampfen des Reduktionsmittels 48 im Abgaskanal 22 zu unterstützen.Downstream of the first metering element 36 and upstream of the first SCR catalyst 28 , 30th , especially the particulate filter 30th with the SCR coating, a first exhaust mixer can 40 be provided in order to mix the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10 and reducing agents 48 before entering the first SCR catalytic converter 28 , 30th to improve and shorten the length of the mixing section. Downstream of the second metering element 38 and upstream of the second SCR catalyst 32 can use a second exhaust mixer 42 be arranged to the mixing of exhaust gas flow and reducing agent 48 to improve and the evaporation of the reducing agent 48 in the exhaust duct 22nd to support.

Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Motorsteuergerät 56 verbunden, welches über nicht dargestellte Signalleitungen mit den Abgassensoren 52, NOx-Sensoren 54, dem Differenzdrucksensor, dem Temperatursensor 50 sowie mit den Kraftstoffinjektoren 14 des Verbrennungsmotors 10 und den Dosierelementen 36, 38 verbunden ist.The internal combustion engine 10 is with an engine control unit 56 connected, which via signal lines, not shown, to the exhaust gas sensors 52 , NOx sensors 54, the differential pressure sensor, the temperature sensor 50 as well as with the fuel injectors 14th of the internal combustion engine 10 and the dosing elements 36 , 38 connected is.

In 2 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines solchen Abgasnachbehandlungssystems dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt <100> wird eine Bauteiltemperatur des zweiten SCR-Katalysators 32 und eine Ammoniak-Beladung des zweiten SCR-Katalysators 32 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Abgastemperatur TEG am zweiten SCR-Katalysator 32 ermittelt werden. In einem Verfahrensschritt <110> wird die ermittelte Bauteiltemperatur und/oder die Abgastemperatur TEG mit einer jeweiligen Schwellentemperatur TS1, TS2 verglichen. Liegt die ermittelte Ammoniak-Beladung des zweiten SCR-Katalysator 32 oberhalb einer kritischen Grenzbeladung und Bauteiltemperatur oder die Abgastemperatur TEG oberhalb der jeweiligen Schwellentemperatur TS1, TS2, so wird in einem Verfahrensschritt <120> die Beladung des Ammoniak-Speichers des ersten SCR-Katalysators 28, 30 abgesenkt. Dadurch gelangen Stickoxide in den Abgaskanal stromabwärts des ersten SCR-Katalysators 28, 30, da eine vollständige Konvertierung der Stickoxide bei dem abgesenkten Ammoniakfüllstand nicht mehr möglich ist. In einem Verfahrensschritt <130> werden die Stickoxide mit dem im zweiten SCR-Katalysator 32 eingespeicherten Ammoniak umgesetzt, wodurch sich der Füllstand des zweiten SCR-Katalysators 32 reduziert. Dabei wird in einem Verfahrensschritt <140> durch ein Beladungsmodell der SCR-Katalysatoren 28, 30, 32 oder durch eine entsprechende Messung der Stickoxide und/oder des Ammoniaks in der Abgasanlage der Füllstand des zweiten SCR-Katalysators 32 ermittelt. Ist der Ammoniakspeicher des zweiten SCR-Katalysators 32 hinreichend entleert, sodass die Gefahr eines Ammoniakdurchbruchs durch den zweiten SCR-Katalysator 32 ausgeschlossen werden kann, so wird in einem Verfahrensschritt <150> die Beladung des ersten SCR-Katalysators 28 mit Ammoniak wieder erhöht, wozu das Reduktionsmittel 48 durch das erste Dosierelement 36 wieder in den Abgaskanal 22 eindosiert wird, bis eine im Wesentlichen vollständige Beladung des Ammoniakspeichers des ersten SCR-Katalysators 28 erreicht ist. Dabei wird der Ammoniakspeicher des ersten SCR-Katalysators 28, 30 auf einen Füllstand von 50 % - 100 %, vorzugsweise von 80 % - 100 % konditioniert, um eine effiziente Konvertierung der Stickoxide im Abgasstrom sicherzustellen.In 2 a flow chart for performing a method according to the invention for operating such an exhaust gas aftertreatment system is shown. In a first method step <100>, a component temperature of the second SCR catalytic converter is 32 and ammonia loading of the second SCR catalyst 32 determined. Alternatively or additionally, an exhaust gas temperature T EG can also be used at the second SCR catalytic converter 32 be determined. In a method step <110>, the determined component temperature and / or the exhaust gas temperature T EG is compared with a respective threshold temperature T S1 , T S2 . Is the determined ammonia loading of the second SCR catalytic converter 32 Above a critical limit loading and component temperature or the exhaust gas temperature T EG above the respective threshold temperature T S1 , T S2 , then in a method step <120> the loading of the ammonia store of the first SCR catalytic converter 28 , 30th lowered. As a result, nitrogen oxides get into the exhaust gas duct downstream of the first SCR catalytic converter 28 , 30th , since a complete conversion of the nitrogen oxides is no longer possible with the lowered ammonia level. In a method step <130>, the nitrogen oxides are mixed with that in the second SCR catalytic converter 32 stored ammonia implemented, whereby the level of the second SCR catalytic converter 32 reduced. In a method step <140>, a load model of the SCR catalytic converters 28 , 30th , 32 or the level of the second SCR catalytic converter by measuring the nitrogen oxides and / or ammonia in the exhaust system accordingly 32 determined. Is the ammonia storage of the second SCR catalytic converter 32 sufficiently emptied, so there is a risk of ammonia breakthrough through the second SCR catalytic converter 32 can be excluded, then in a method step <150> the loading of the first SCR catalytic converter 28 increased again with ammonia, including the reducing agent 48 through the first metering element 36 back into the exhaust duct 22nd is metered in until the ammonia reservoir of the first SCR catalytic converter is essentially completely charged 28 is reached. The ammonia storage of the first SCR catalytic converter is thereby used 28 , 30th conditioned to a level of 50% - 100%, preferably 80% - 100%, in order to ensure an efficient conversion of the nitrogen oxides in the exhaust gas flow.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
VerbrennungsmotorInternal combustion engine
1212th
BrennraumCombustion chamber
1414th
KraftstoffinjektorFuel injector
1616
AuslassOutlet
1818th
Abgasturbolader Exhaust gas turbocharger
2020th
AbgasanlageExhaust system
2222nd
AbgaskanalExhaust duct
2424
Turbineturbine
2626th
OxidationskatalysatorOxidation catalyst
2828
erster SCR-Katalysator first SCR catalytic converter
3030th
Partikelfilter mit SCR-BeschichtungParticle filter with SCR coating
3232
zweiter SCR-Katalysatorsecond SCR catalytic converter
3434
Ammoniak-SperrkatalysatorAmmonia barrier catalyst
3636
erstes Dosierelementfirst metering element
3838
zweites Dosierelement second metering element
4040
erster Abgasmischerfirst exhaust mixer
4242
zweiter Abgasmischersecond exhaust mixer
4444
ReduktionsmittelleitungReducing agent line
4646
ReduktionsmittelbehälterReducing agent tank
4848
Reduktionsmittel Reducing agent
5050
TemperatursensorTemperature sensor
5252
AbgassensorExhaust gas sensor
5454
NOx-SensorNOx sensor
5656
MotorsteuergerätEngine control unit
5858
NOx-SpeicherkatalysatorNOx storage catalytic converter

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102015221982 A1 [0006]DE 102015221982 A1 [0006]

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystem eines Verbrennungsmotors (10), wobei der Verbrennungsmotor (10) mit seinem Auslass (16) mit einer Abgasanlage (20) verbunden ist, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors (10) ein motornaher erster SCR-Katalysator (28, 30) und stromabwärts des ersten SCR-Katalysators (28, 30) ein zweiter SCR-Katalysator (32) angeordnet sind, und wobei stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators (28, 30) ein erstes Dosierelement (36), mit welchem ein Reduktionsmittel (48) stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators (28, 30) in den Abgaskanal (22) eindosierbar ist, welches folgende Schritte umfasst: - Ermitteln einer Bauteiltemperatur des zweiten SCR-Katalysators (32) und/oder einer Abgastemperatur (TEG) am zweiten SCR-Katalysator (32); - Vergleich der ermittelten Bauteiltemperatur oder der ermittelten Abgastemperatur mit einer jeweiligen Schwellentemperatur (TS1, TS2); - Ermitteln eines Füllstands des zweiten SCR-Katalysators (32); - Absenkung des Ammoniak-Füllstands des ersten SCR-Katalysators (28, 30), wenn der zweite SCR-Katalysator (32) einen kritischen Füllstand überschreitet und die Bauteiltemperatur oder die Abgastemperatur (TEG) oberhalb des jeweiligen Schwellenwertes (TS1, TS2) liegt; - Konvertierung der Stickoxide im Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) durch den zweiten SCR-Katalysator (32), wodurch der Füllstand des zweiten SCR-Katalysators (32) reduziert wird.Method for operating an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine (10), the internal combustion engine (10) having its outlet (16) connected to an exhaust system (20) in which a first SCR catalytic converter (10) close to the engine is located in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine (10). 28, 30) and downstream of the first SCR catalyst (28, 30) a second SCR catalyst (32) are arranged, and upstream of the first SCR catalyst (28, 30) a first metering element (36) with which a Reducing agent (48) can be metered into the exhaust gas duct (22) upstream of the first SCR catalytic converter (28, 30), which comprises the following steps: determining a component temperature of the second SCR catalytic converter (32) and / or an exhaust gas temperature (T EG ) on the second SCR catalyst (32); - Comparison of the determined component temperature or the determined exhaust gas temperature with a respective threshold temperature (T S1 , T S2 ); - Determining a fill level of the second SCR catalytic converter (32); - Lowering the ammonia fill level of the first SCR catalytic converter (28, 30) when the second SCR catalytic converter (32) exceeds a critical fill level and the component temperature or the exhaust gas temperature (T EG ) is above the respective threshold value (T S1 , T S2 ) lies; - Conversion of the nitrogen oxides in the exhaust gas flow of the internal combustion engine (10) by the second SCR catalytic converter (32), whereby the fill level of the second SCR catalytic converter (32) is reduced. Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermische Wechselbeanspruchung des ersten SCR-Katalysators (28, 30) zu einer Freisetzung von Ammoniak führt, wobei das freigesetzte Ammoniak in dem zweiten SCR-Katalysator (32) eingespeichert wird und den Füllstand des zweiten SCR-Katalysators (32) erhöht.Method for operating an exhaust aftertreatment system according to Claim 1 , characterized in that alternating thermal loading of the first SCR catalyst (28, 30) leads to a release of ammonia, the released ammonia being stored in the second SCR catalyst (32) and the fill level of the second SCR catalyst (32 ) elevated. Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Motorsteuergerät (56) des Verbrennungsmotors (10) ein Modell für die Ammoniak-Speicherfähigkeit des ersten SCR-Katalysators (28, 30) und des zweiten SCR-Katalysators (32) abgelegt ist, wobei die Beladung des Ammoniakspeichers des zweiten SCR-Katalysators (32) aus dem ermittelten Ammoniakschlupf über den ersten SCR-Katalysator (28, 30) und die Menge des durch das zweite Dosierelement (38) eindosierten Reduktionsmittels (48) berechnet wird.Process for exhaust aftertreatment according to Claim 1 or 2 , characterized in that a model for the ammonia storage capacity of the first SCR catalyst (28, 30) and the second SCR catalyst (32) is stored in an engine control unit (56) of the internal combustion engine (10), the loading of the ammonia storage of the second SCR catalytic converter (32) is calculated from the determined ammonia slip via the first SCR catalytic converter (28, 30) and the amount of the reducing agent (48) metered in by the second metering element (38). Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste SCR-Katalysator (28, 30) im Normalbetrieb auf einen Ammoniak-Füllstand von 60 % - 100 % der maximalen Ammoniakspeicherfähigkeit und der zweite SCR-Katalysator (32) auf einen Ammoniak-Füllstand von 50 % bis 90 % konditioniert werden.Process for exhaust gas aftertreatment according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the first SCR catalyst (28, 30) in normal operation to an ammonia level of 60% - 100% of the maximum ammonia storage capacity and the second SCR catalyst (32) to an ammonia level of 50% to 90 % are conditioned. Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Absenkung des Ammoniak-Füllstands des ersten SCR-Katalysators (28, 30) durch eine Regeneration eines Partikelfilters erfolgt.Process for exhaust gas aftertreatment according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the lowering of the ammonia fill level of the first SCR catalytic converter (28, 30) takes place by a regeneration of a particle filter. Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert für die Bauteiltemperatur des zweiten SCR-Katalysators bei 250°C liegt.Process for exhaust gas aftertreatment according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the threshold value for the component temperature of the second SCR catalytic converter is 250 ° C. Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (10), welcher mit seinem Auslass (16) mit einer Abgasanlage (20) verbunden ist, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors (10) ein motornaher erster SCR-Katalysator (28, 30) und stromabwärts des ersten SCR-Katalysators (28, 30) ein zweiter SCR-Katalysator (32) angeordnet sind, und wobei stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators (28, 30) ein erstes Dosierelement (36), mit welchem ein Reduktionsmittel (48) stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators (28, 30) in den Abgaskanal (22) eindosierbar ist, sowie mit einem Motorsteuergerät (56), welches dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Motorsteuergerät (56) ausgeführt wird.Exhaust aftertreatment system for an internal combustion engine (10), which is connected with its outlet (16) to an exhaust system (20), in which in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine (10) a first SCR catalyst (28, 30) close to the engine and downstream of the first SCR catalyst (28, 30) a second SCR catalyst (32) are arranged, and upstream of the first SCR catalyst (28, 30) a first metering element (36) with which a reducing agent (48) upstream of the first SCR -Catalyst (28, 30) can be metered into the exhaust gas duct (22), and with an engine control unit (56) which is set up to implement a method according to one of the Claims 1 to 6th perform when a machine-readable program code is executed by the engine control unit (56). Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite SCR-Katalysator (52) einen Ammoniak-Sperrkatalysator (54) aufweist oder dem zweiten SCR-Katalysator (52) ein Ammoniak-Sperrkatalysator (54) nachgeschaltet ist.Exhaust aftertreatment system Claim 7 , characterized in that the second SCR catalytic converter (52) has an ammonia barrier catalytic converter (54) or an ammonia barrier catalytic converter (54) is connected downstream of the second SCR catalytic converter (52). Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (20) eine Turbine (24) eines Abgasturboladers (18) angeordnet ist, wobei stromabwärts der Turbine (24) des Abgasturboladers (18) und stromaufwärts des ersten Dosierelements (36) ein Oxidationskatalysator (26) oder ein NOx-Speicherkatalysator (58) angeordnet ist.Exhaust aftertreatment system Claim 7 or 8th , characterized in that a turbine (24) of an exhaust gas turbocharger (18) is arranged in the exhaust system (20), with an oxidation catalyst (26) or an oxidation catalyst (26) or upstream of the turbine (24) of the exhaust gas turbocharger (18) and upstream of the first metering element (36) a NOx storage catalytic converter (58) is arranged. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste SCR-Katalysator (28, 30) als Partikelfilter (30) mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ausgeführt ist.Exhaust aftertreatment system according to one of the Claims 7 to 9 , characterized in that the first SCR catalytic converter (28, 30) is designed as a particle filter (30) with a coating for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides.
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