用于机动车内燃机的排气系统以及用于运行排气系统的方法

文档序号:9430395
用于机动车内燃机的排气系统以及用于运行排气系统的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于机动车内燃机的排气系统,包括SCR催化转化器,该SCR催化转化器用于在使用还原剂的情况下对内燃机的排气中包含的有害物质进行选择性催化还原,SCR催化转化器设置在排气涡轮增压器的涡轮机的下游,设有添加装置,该添加装置用于在设置于涡轮机上游的添加位置处将还原剂添加到排气中。此外本发明还涉及一种用于运行排气系统的方法。
【背景技术】
[0002]为了降低内燃机氮氧化物排放,提出了借助还原剂执行选择性催化还原的排气系统。为此目的,排气系统包括SCR催化转化器以及用于将还原剂添加排气中的添加装置。由现有技术例如已知文献DE 103 42 003 Al,其公开了一种用于提供还原剂-半成品-溶液的装置,该还原剂-半成品-溶液用于对内燃机排气中的氮氧化物进行还原。其中规定:所述设备具有可控的加热元件和与还原剂-半成品相接触的催化层。
[0003]此外,现有技术中还存在文献DE 103 57 402 Al中,其中公开了用于运行内燃机的方法及相应的内燃机。所述内燃机具有多个燃烧室和排气净化装置,该排气净化装置具有氨生成催化器,该氨生成催化器仅接收源自至少一个第一燃烧室的排气。在此,随后的步骤为:以更稀的空气燃料混合物运行至少一个第二燃烧室;以稀空气燃料混合物运行至少一个第二燃烧室,以更稀的空气燃料混合物运行至少一个第一燃烧室并且在至少一个第一燃烧室的排气中形成生成氨的缺氧环境。在此,对至少一个第一燃烧室的空气添加进行节流,并且通过在燃烧后向至少一个第一燃烧室的排气中添加还原剂而在至少一个燃烧室的排气中形成缺氧条件。最后,文献WO 2007/069994 Al公开了用于内燃机的排气装置。

【发明内容】

[0004]因此本发明的目的在于,提供一种用于机动车内燃机的排气系统,其与现有技术已知的排气系统相比能够更加有效地降低内燃机的氮氧化物排放。
[0005]该目的通过具有权利要求1所述特征的、根据本发明的排气系统得以实现。在此提出:在添加位置的上游设置氮氧化物存储催化转化器。为了实施选择性催化还原,在SCR催化转化器(SCR:选择性催化还原)的上游在添加位置处借助于添加装置将还原剂添加到排气中。添加装置因此位于SCR催化转化器上游。为了在SCR催化转化器中达到足够高的转化率,被添加的还原剂必需均匀地与排气相混合,因此不会产生沉积或还原剂对排气系统的润壁。此外,在使用尿素水溶液作为还原剂的情况下,尿素水混合物的液滴直径必需尽可能小,以使尿素通过热解和/或水解尽可能有效地转化成氨。
[0006]已知的是,在流动技术上在添加位置和SCR催化转化器之间在排气中设置至少一个混合器。然而此类混合器阻碍排气流并且导致额外的消耗。附加的,它们对内燃机的功率扩展和功率达到也构成阻碍。由于这些原因,在此希望使用排气涡轮增压器的涡轮机替代混合器来使添加的还原剂和排气有效混合。为这一目的,将还原剂添加到排气中的添加位置设置在涡轮机的上游,从而还原剂与排气一起穿流过涡轮机。最后,SCR催化转化器设置在涡轮机下游。就这方面而言可取消上述的混合器,因为排气涡轮增压器或者说其涡轮机已经接替了所述混合器的功能。
[0007]附加地根据本发明提出:在添加位置的上游设置氮氧化物存储催化转化器。所述氮氧化物存储催化转化器用于例如还原一氧化碳和碳氢化合物而且暂时存储排气中含有的氮氧化物的至少一部分。借助氮氧化物存储催化转化器可达到更低的起燃温度,从该起燃温度起排气中含有的有害物质几乎完全被转化。此外可以取消加热措施,这降低了排气系统的能耗并因此改善了由内燃机和排气系统组成的驱动设备的效率。例如,氮氧化物存储催化转化器用于一直对排气中含有的氮氧化进行暂存,直到SCR催化转化器达到确定的温度、特别是其运行温度并因此可用于氮氧化物的还原。
[0008]此外,在排气涡轮增压器的涡轮机上游添加还原剂的优点在于:还原剂导致涡轮机冷却,因此能将涡轮机设置得与此前的情况相比更接近内燃机。
[0009]在本发明的一种改进方案中,还原剂在其被添加到排气中时是液态的。而无需规定:将已为气态的还原剂添加到排气中或者说使液态的还原剂在添加之前蒸发。而是在还原剂第一次与排气接触时,该还原剂应该是液态的。按照这种方式,还原剂的蒸发热被完全用于冷却排气并且由此冷却涡轮机。
[0010]本发明的另一有利的方案为,在添加位置和涡轮机之间在流动技术上的间距被选择成,使得液态的还原剂进入涡轮机。通常,涡轮机包括导轮的静止设置的导向叶片以及配备转子叶片的叶轮。导轮的导向叶片用于将排气输送至叶轮。因此,在排气穿流或者流过叶轮之前,首先流经导向叶片。因此,导轮的热负载高于叶轮或转子叶片。由于这一原因,在添加位置和涡轮机之间的间距被选择为,使得还原剂在其进入涡轮机后至少部分仍是液态的。特别是规定,液态的还原剂碰撞到导向叶片上,然而并没有达到叶轮或者转子叶片。如果液态的还原剂达到叶轮或者转子叶片便可能使转子叶片承受不容许的高机械负荷。利用此方案,能使涡轮机的导向叶片被特别有效地冷却。
[0011]在本发明的一个特别优选的方案中规定:SCR催化转化器是颗粒过滤器的组成部分。这一点特别是以如下方式实现:颗粒过滤器设有起催化作用的催化层,因此颗粒过滤器便额外地作为SCR催化转化器工作。
[0012]最后可以规定:在SCR催化转化器的下游设有截止催化转化器。所述截止催化转化器例如用于阻止还原剂从排气系统中溢出到机动车外部环境中。
[0013]此外,本发明还涉及一种用于运行特别是根据前述实施例所述的排气系统的方法,其中排气系统包括SCR催化转化器,该SCR催化转化器用于在使用还原剂的情况下对内燃机的排气中包含的有害物质进行选择性催化还原,SCR催化转化器设置在排气涡轮增压器的涡轮机的上游,在设置于涡轮机上游的添加位置处借助于添加装置将还原剂添加到排气中。在此规定,在添加位置的上游设置氮氧化物存储催化转化器。排气系统的此种方案或者此种设计的优点已得到说明。排气系统以及其相应的方法可以根据前述实施例进一步改进,就此可参阅前述实施例。
【附图说明】
[0014]下面将结合在附图中所示的实施例对本发明进行进一步阐述,而非对本发明进行限制。唯一的图示出:
[0015]图为包括内燃机以及排气系统的机动车的驱动设备示意图。
【具体实施方式】
[0016]图中示出包括内燃机2以及排气系统3的驱动设备I。由内燃机2产生的排气流经排气系统3,以接下来例如通过排气系统3的尾管(未示出)到达驱动设备I的外部环境。排气系统3沿流动方向包括氮氧化物存储催化转化器4,用于在添加位置6将还原剂添加排气中的添加装置5,排气涡轮增压器8的涡轮机7以及颗粒过滤器9。可选地,在颗粒过滤器9的下游可设置截止催化转化器10。颗粒过滤器9目前这样设置,使得它也作为SCR催化转化器11工作。例如,颗粒过滤器9为此目的而具有相应的催化层。
[0017]在添加位置6处被添加到排气中的还原剂与排气一起穿流过排气涡轮增压器8的涡轮机7。在该穿流过程中实现还原剂与排气的有效混合或者说排气与还原剂的混合物的均质化。因此,在SCR催化转化器11中对氮氧化物的还原可以以高的转化率进行。也有可能的是,在SCR催化转化器11下游在排气中仍包含的还原剂借助相应设计的截止催化转化器11被暂存和/或转化。
[0018]通过将氮氧化物存储催化转化器4设置在添加位置6的上游可实现用于运行排气系统3的特别有效的方法。例如,紧接在内燃机2启动之后不向排气中添加还原剂。至少在一确定的时段上,排气中存在的氮氧化物却是借助于氮氧化物存储催化转化器4暂存的。仅当氮氧化物存储催化转化器4的存储容量被用尽和/或SCR催化转化器11达到其运转温度时,才将还原剂添加排气中,从而此后在使用还原剂的情况下借助SCR催化转化器11实施氮氧化物的还原。
[0019]附图标记列表
[0020]1.驱动设备
[0021]2.内燃机
[0022]3.排气系统
[0023]4.氮氧化物存储催化转化器
[0024]5.添加装置
[0025]6.添加位置
[0026]7.涡轮机
[0027]8.排气涡轮增压器
[0028]9.颗粒过滤器
[0029]10.截止催化转化器
[0030]11.SCR催化转化器
【主权项】
1.一种用于机动车内燃机(2)的排气系统(3),包括SCR催化转化器(11),该SCR催化转化器用于在使用还原剂的情况下对内燃机(2)的排气中包含的有害物质进行选择性催化还原,SCR催化转化器(11)设置在排气涡轮增压器(8)的涡轮机(7)的下游,设有添加装置(5),该添加装置用于在设置于涡轮机(7)上游的添加位置(6)处将还原剂添加到排气中,其特征在于,在添加位置¢)的上游设有氮氧化物存储催化转化器(4)。2.根据权利要求1所述的排气系统,其特征在于,还原剂在其被添加到排气中时是液态的。3.根据权利要求1或2所述的排气系统,其特征在于,在添加位置(6)与涡轮机(7)之间在流动技术方面的间距被选择为,使液态的还原剂进入涡轮机(7)中。4.根据前述权利要求中任一项所述的排气系统,其特征在于,SCR催化转化器(11)是颗粒过滤器(9)的组成部分。5.根据前述权利要求中任一项所述的排气系统,其特征在于,在SCR催化转化器(11)的下游设有截止催化转化器(10)。6.—种用于运行特别是根据前述权利要求中的一项或多项所述的排气系统(3)的方法,其中排气系统(3)包括SCR催化转化器(11),该SCR催化转化器用于在使用还原剂的情况下对内燃机(2)的排气中包含的有害物质进行选择性催化还原,SCR催化转化器(11)设置在排气涡轮增压器(8)的涡轮机(7)的下游,在设置于涡轮机(7)上游的添加位置(6)处借助于添加装置(5)将还原剂添加到排气中,其特征在于,在添加位置(6)的上游设置有氮氧化物存储催化转化器(4)。
【专利摘要】本发明涉及一种用于机动车内燃机(2)的排气系统(3),包括SCR催化转化器(11),该SCR催化转化器用于在使用还原剂的情况下对内燃机(2)的排气中包含的有害物质进行选择性催化还原,SCR催化转化器(11)设置在排气涡轮增压器(8)的涡轮机(7)的下游,设有添加装置(5),该添加装置用于在设置于涡轮机(7)上游的添加位置(6)处将还原剂添加到排气中。在添加位置(6)的上游设置有氮氧化物存储催化转化器(4)。本发明还涉及一种用于运行排气系统(3)的方法。
【IPC分类】F01N3/08, F01N3/20, F01N13/02
【公开号】CN105189956
【申请号】CN201480016510
【发明人】V·席米克, A·布卡特
【申请人】奥迪股份公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2014年3月5日
【公告号】DE102013005192A1, DE102013005192B4, WO2014146753A1
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