用于機動車內燃機的排氣系統以及用于運行排氣系統的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種用于機動車內燃機的排氣系統，包括SCR催化轉化器，該SCR催化轉化器用于在使用還原劑的情況下對內燃機的排氣中包含的有害物質進行選擇性催化還原，SCR催化轉化器設置在排氣渦輪增壓器的渦輪機的下游，設有添加裝置，該添加裝置用于在設置于渦輪機上游的添加位置處將還原劑添加到排氣中。此外本發明還涉及一種用于運行排氣系統的方法。
【背景技術】
[0002]為了降低內燃機氮氧化物排放，提出了借助還原劑執行選擇性催化還原的排氣系統。為此目的，排氣系統包括SCR催化轉化器以及用于將還原劑添加排氣中的添加裝置。由現有技術例如已知文獻DE 103 42 003 Al，其公開了一種用于提供還原劑-半成品-溶液的裝置，該還原劑-半成品-溶液用于對內燃機排氣中的氮氧化物進行還原。其中規定:所述設備具有可控的加熱元件和與還原劑-半成品相接觸的催化層。
[0003]此外，現有技術中還存在文獻DE 103 57 402 Al中，其中公開了用于運行內燃機的方法及相應的內燃機。所述內燃機具有多個燃燒室和排氣凈化裝置，該排氣凈化裝置具有氨生成催化器，該氨生成催化器僅接收源自至少一個第一燃燒室的排氣。在此，隨后的步驟為:以更稀的空氣燃料混合物運行至少一個第二燃燒室；以稀空氣燃料混合物運行至少一個第二燃燒室，以更稀的空氣燃料混合物運行至少一個第一燃燒室并且在至少一個第一燃燒室的排氣中形成生成氨的缺氧環境。在此，對至少一個第一燃燒室的空氣添加進行節流，并且通過在燃燒后向至少一個第一燃燒室的排氣中添加還原劑而在至少一個燃燒室的排氣中形成缺氧條件。最后，文獻WO 2007/069994 Al公開了用于內燃機的排氣裝置。
【發明內容】
[0004]因此本發明的目的在于，提供一種用于機動車內燃機的排氣系統，其與現有技術已知的排氣系統相比能夠更加有效地降低內燃機的氮氧化物排放。
[0005]該目的通過具有權利要求1所述特征的、根據本發明的排氣系統得以實現。在此提出:在添加位置的上游設置氮氧化物存儲催化轉化器。為了實施選擇性催化還原，在SCR催化轉化器(SCR:選擇性催化還原)的上游在添加位置處借助于添加裝置將還原劑添加到排氣中。添加裝置因此位于SCR催化轉化器上游。為了在SCR催化轉化器中達到足夠高的轉化率，被添加的還原劑必需均勻地與排氣相混合，因此不會產生沉積或還原劑對排氣系統的潤壁。此外，在使用尿素水溶液作為還原劑的情況下，尿素水混合物的液滴直徑必需盡可能小，以使尿素通過熱解和/或水解盡可能有效地轉化成氨。
[0006]已知的是，在流動技術上在添加位置和SCR催化轉化器之間在排氣中設置至少一個混合器。然而此類混合器阻礙排氣流并且導致額外的消耗。附加的，它們對內燃機的功率擴展和功率達到也構成阻礙。由于這些原因，在此希望使用排氣渦輪增壓器的渦輪機替代混合器來使添加的還原劑和排氣有效混合。為這一目的，將還原劑添加到排氣中的添加位置設置在渦輪機的上游，從而還原劑與排氣一起穿流過渦輪機。最后，SCR催化轉化器設置在渦輪機下游。就這方面而言可取消上述的混合器，因為排氣渦輪增壓器或者說其渦輪機已經接替了所述混合器的功能。
[0007]附加地根據本發明提出:在添加位置的上游設置氮氧化物存儲催化轉化器。所述氮氧化物存儲催化轉化器用于例如還原一氧化碳和碳氫化合物而且暫時存儲排氣中含有的氮氧化物的至少一部分。借助氮氧化物存儲催化轉化器可達到更低的起燃溫度，從該起燃溫度起排氣中含有的有害物質幾乎完全被轉化。此外可以取消加熱措施，這降低了排氣系統的能耗并因此改善了由內燃機和排氣系統組成的驅動設備的效率。例如，氮氧化物存儲催化轉化器用于一直對排氣中含有的氮氧化進行暫存，直到SCR催化轉化器達到確定的溫度、特別是其運行溫度并因此可用于氮氧化物的還原。
[0008]此外，在排氣渦輪增壓器的渦輪機上游添加還原劑的優點在于:還原劑導致渦輪機冷卻，因此能將渦輪機設置得與此前的情況相比更接近內燃機。
[0009]在本發明的一種改進方案中，還原劑在其被添加到排氣中時是液態的。而無需規定:將已為氣態的還原劑添加到排氣中或者說使液態的還原劑在添加之前蒸發。而是在還原劑第一次與排氣接觸時，該還原劑應該是液態的。按照這種方式，還原劑的蒸發熱被完全用于冷卻排氣并且由此冷卻渦輪機。
[0010]本發明的另一有利的方案為，在添加位置和渦輪機之間在流動技術上的間距被選擇成，使得液態的還原劑進入渦輪機。通常，渦輪機包括導輪的靜止設置的導向葉片以及配備轉子葉片的葉輪。導輪的導向葉片用于將排氣輸送至葉輪。因此，在排氣穿流或者流過葉輪之前，首先流經導向葉片。因此，導輪的熱負載高于葉輪或轉子葉片。由于這一原因，在添加位置和渦輪機之間的間距被選擇為，使得還原劑在其進入渦輪機后至少部分仍是液態的。特別是規定，液態的還原劑碰撞到導向葉片上，然而并沒有達到葉輪或者轉子葉片。如果液態的還原劑達到葉輪或者轉子葉片便可能使轉子葉片承受不容許的高機械負荷。利用此方案，能使渦輪機的導向葉片被特別有效地冷卻。
[0011]在本發明的一個特別優選的方案中規定:SCR催化轉化器是顆粒過濾器的組成部分。這一點特別是以如下方式實現:顆粒過濾器設有起催化作用的催化層，因此顆粒過濾器便額外地作為SCR催化轉化器工作。
[0012]最后可以規定:在SCR催化轉化器的下游設有截止催化轉化器。所述截止催化轉化器例如用于阻止還原劑從排氣系統中溢出到機動車外部環境中。
[0013]此外，本發明還涉及一種用于運行特別是根據前述實施例所述的排氣系統的方法，其中排氣系統包括SCR催化轉化器，該SCR催化轉化器用于在使用還原劑的情況下對內燃機的排氣中包含的有害物質進行選擇性催化還原，SCR催化轉化器設置在排氣渦輪增壓器的渦輪機的上游，在設置于渦輪機上游的添加位置處借助于添加裝置將還原劑添加到排氣中。在此規定，在添加位置的上游設置氮氧化物存儲催化轉化器。排氣系統的此種方案或者此種設計的優點已得到說明。排氣系統以及其相應的方法可以根據前述實施例進一步改進，就此可參閱前述實施例。
【附圖說明】
[0014]下面將結合在附圖中所示的實施例對本發明進行進一步闡述，而非對本發明進行限制。唯一的圖示出:
[0015]圖為包括內燃機以及排氣系統的機動車的驅動設備示意圖。
【具體實施方式】
[0016]圖中示出包括內燃機2以及排氣系統3的驅動設備I。由內燃機2產生的排氣流經排氣系統3，以接下來例如通過排氣系統3的尾管(未示出)到達驅動設備I的外部環境。排氣系統3沿流動方向包括氮氧化物存儲催化轉化器4，用于在添加位置6將還原劑添加排氣中的添加裝置5，排氣渦輪增壓器8的渦輪機7以及顆粒過濾器9。可選地，在顆粒過濾器9的下游可設置截止催化轉化器10。顆粒過濾器9目前這樣設置，使得它也作為SCR催化轉化器11工作。例如，顆粒過濾器9為此目的而具有相應的催化層。
[0017]在添加位置6處被添加到排氣中的還原劑與排氣一起穿流過排氣渦輪增壓器8的渦輪機7。在該穿流過程中實現還原劑與排氣的有效混合或者說排氣與還原劑的混合物的均質化。因此，在SCR催化轉化器11中對氮氧化物的還原可以以高的轉化率進行。也有可能的是，在SCR催化轉化器11下游在排氣中仍包含的還原劑借助相應設計的截止催化轉化器11被暫存和/或轉化。
[0018]通過將氮氧化物存儲催化轉化器4設置在添加位置6的上游可實現用于運行排氣系統3的特別有效的方法。例如，緊接在內燃機2啟動之后不向排氣中添加還原劑。至少在一確定的時段上，排氣中存在的氮氧化物卻是借助于氮氧化物存儲催化轉化器4暫存的。僅當氮氧化物存儲催化轉化器4的存儲容量被用盡和/或SCR催化轉化器11達到其運轉溫度時，才將還原劑添加排氣中，從而此后在使用還原劑的情況下借助SCR催化轉化器11實施氮氧化物的還原。
[0019]附圖標記列表
[0020]1.驅動設備
[0021]2.內燃機
[0022]3.排氣系統
[0023]4.氮氧化物存儲催化轉化器
[0024]5.添加裝置
[0025]6.添加位置
[0026]7.渦輪機
[0027]8.排氣渦輪增壓器
[0028]9.顆粒過濾器
[0029]10.截止催化轉化器
[0030]11.SCR催化轉化器
【主權項】
1.一種用于機動車內燃機(2)的排氣系統(3)，包括SCR催化轉化器(11)，該SCR催化轉化器用于在使用還原劑的情況下對內燃機(2)的排氣中包含的有害物質進行選擇性催化還原，SCR催化轉化器(11)設置在排氣渦輪增壓器(8)的渦輪機(7)的下游，設有添加裝置(5)，該添加裝置用于在設置于渦輪機(7)上游的添加位置(6)處將還原劑添加到排氣中，其特征在于，在添加位置￠)的上游設有氮氧化物存儲催化轉化器(4)。2.根據權利要求1所述的排氣系統，其特征在于，還原劑在其被添加到排氣中時是液態的。3.根據權利要求1或2所述的排氣系統，其特征在于，在添加位置(6)與渦輪機(7)之間在流動技術方面的間距被選擇為，使液態的還原劑進入渦輪機(7)中。4.根據前述權利要求中任一項所述的排氣系統，其特征在于，SCR催化轉化器(11)是顆粒過濾器(9)的組成部分。5.根據前述權利要求中任一項所述的排氣系統，其特征在于，在SCR催化轉化器(11)的下游設有截止催化轉化器(10)。6.—種用于運行特別是根據前述權利要求中的一項或多項所述的排氣系統(3)的方法，其中排氣系統(3)包括SCR催化轉化器(11)，該SCR催化轉化器用于在使用還原劑的情況下對內燃機(2)的排氣中包含的有害物質進行選擇性催化還原，SCR催化轉化器(11)設置在排氣渦輪增壓器(8)的渦輪機(7)的下游，在設置于渦輪機(7)上游的添加位置(6)處借助于添加裝置(5)將還原劑添加到排氣中，其特征在于，在添加位置(6)的上游設置有氮氧化物存儲催化轉化器(4)。
【專利摘要】本發明涉及一種用于機動車內燃機(2)的排氣系統(3)，包括SCR催化轉化器(11)，該SCR催化轉化器用于在使用還原劑的情況下對內燃機(2)的排氣中包含的有害物質進行選擇性催化還原，SCR催化轉化器(11)設置在排氣渦輪增壓器(8)的渦輪機(7)的下游，設有添加裝置(5)，該添加裝置用于在設置于渦輪機(7)上游的添加位置(6)處將還原劑添加到排氣中。在添加位置(6)的上游設置有氮氧化物存儲催化轉化器(4)。本發明還涉及一種用于運行排氣系統(3)的方法。
【IPC分類】F01N3/08, F01N3/20, F01N13/02
【公開號】CN105189956
【申請號】CN201480016510
【發明人】V·席米克, A·布卡特
【申請人】奧迪股份公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2014年3月5日
【公告號】DE102013005192A1, DE102013005192B4, WO2014146753A1