DE102004049289B4

DE102004049289B4 - Abgasnachbehandlungssystem und Abgasnachbehandlungsverfahren für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102004049289B4
Application number: DE102004049289.1A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Lüders
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-10-09
Filing date: 2004-10-09
Publication date: 2018-02-15
Anticipated expiration: 2024-10-10
Also published as: FR2876414B1; ITMI20051881A1; FR2876414A1; DE102004049289A1

Abstract

Abgasnachbehandlungssystem (20) eines Verbrennungsmotors (10), das wenigstens einen, in Strömungsrichtung des Abgases betrachtet, SCR-Katalysatorabschnitt (22) und einen Oxidationskatalysatorabschnitt (24), die eine Baueinheit bilden, und eine Vorrichtung (28) zur Zufuhr eines ersten Hilfsstoffes (30) sowie eines zweiten Hilfsstoffes (32) zur Unterstützung der Abgasnachbehandlung aufweist, wobei die Vorrichtung (28) einen oder mehrere Dosierquerschnitte (34, 36) zur Dosierung des ersten Hilfsstoffes (30) und des zweiten Hilfsstoffes (32) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass, in Strömungsrichtung des Abgases betrachtet, nach dem Oxidationskatalysatorabschnitt (24) ein Partikelfilterabschnitt (26) vorgesehen ist, der in der das Abgasnachbehandlungssystem (20) bildenden Baueinheit enthalten ist, und dass sowohl die Zuleitung (38) für den ersten Hilfsstoff (30) als auch die Zuleitung (40) für den zweiten Hilfsstoff (32) in ein gleiches, in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysatorabschnitt (22) liegendes Teilvolumen (42) des Abgasnachbehandlungssystems (20) münden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem eines Verbrennungsmotors, das wenigstens einen SCR-Katalysatorabschnitt, einen Oxidationskatalysatorabschnitt, einen Partikelfilterabschnitt und eine Vorrichtung zur Zufuhr eines ersten Hilfsstoffes sowie eines zweiten Hilfsstoffes zur Unterstützung der Abgasnachbehandlung aufweist, wobei die Vorrichtung einen oder mehrere Dosierquerschnitte zur Dosierung des ersten Hilfsstoffes und des zweiten Hilfsstoffes aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Nachbehandlung des Abgases eines Verbrennungsmotors mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem.
Ein solches Abgasnachbehandlungssystem und ein solches Verfahren sind jeweils per se bekannt. Der SCR-Katalysatorabschnitt dient zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden im Abgas mit Hilfe eines Reduktionsmittels zu molekularem Stickstoff. Als Reduktionsmittel dient Ammoniak. Zur Erzeugung des Ammoniaks wird dem Abgas vor dem SCR-Katalysator als erster Hilfsstoff eine Harnstoff-Wasser-Lösung zugeführt. Im SCR-Katalysator oder in einem vorgeschalteten Hydrolysekatalysator zerfällt der zugeführte Harnstoff durch eine Reaktion mit dem Wasser der Lösung zu Ammoniak und Kohlendioxid.
Der Partikelfilterabschnitt dient, wie der Name schon sagt, zur Verringerung der Partikelemissionen. Partikelfilter sind in der Regel als poröse Strukturen realisiert, die vom Abgas durchströmt werden und dabei die im Abgas enthaltenen Partikel in den porösen Strukturen zurückhalten. Um die Funktionsfähigkeit eines solchen Partikelfilters über längere Zeiträume aufrecht zu erhalten, müssen die zurückgehaltenen Partikel von Zeit zu Zeit aus dem Filter entfernt werden. Eine solche Regeneration des Filters erfolgt in der Regel durch eine thermische Oxidation der eingelagerten Partikel.
Für die thermische Oxidation wird sauerstoffreiches, heißes Abgas durch eine dem Partikelfilter vorgeschaltete Regenerationseinheit erzeugt. Als Regenerationseinheiten sind Brenner, elektrische Heizer oder Oxidationskatalysatoren in Verbindung mit einer Zufuhr von Kohlenwasserstoffen vor den Oxidationskatalysator bekannt. Zur Aufheizung eines nachgeschalteten Partikelfilters vor einen Oxidationskatalysator in den Abgasstrom dosierte Kohlenwasserstoffe stellen damit ein Beispiel eines zweiten Hilfsstoffes zur Unterstützung der Abgasnachbehandlung dar.
Bei dem bekannten Abgasnachbehandlungssystem sind die genannten Katalysatorabschnitte voneinander und von dem Partikelfilterabschnitt durch zwischen ihnen liegende Teilvolumina des Abgasnachbehandlungssystems getrennt. Die Zufuhr des ersten Hilfsstoffes erfolgt dabei in das vor dem SCR-Katalysatorabschnitt liegende Teilvolumen und die Zufuhr des zweiten Hilfsstoffes erfolgt in das dem Partikelfilter vorgelagerte Teilvolumen des Abgasnachbehandlungssystems. Problematisch bei einem solchen bekannten Abgasnachbehandlungssystem ist der große Einbauraumbedarf, der sich aus dem Einbauraumbedarf der einzelnen Abgasnachbehandlungskomponenten und den genannten Teilvolumina des Abgasnachbehandlungssystems ergibt.
Die genannten Teilvolumina lassen sich nicht beliebig verkleinern, weil zum Beispiel die Ammoniakbildung aus einer Hydrolyse einer Harnstoff-Wasser-Lösung ein nicht vernachlässigbares Abgasvolumen und damit eine gewisse Länge benötigt. Ähnlich ist bei der Dosierung von Kohlenwasserstoffen vor einem Oxidationskatalysator eine Entfernung zum Oxidationskatalysator notwendig, um eine gute Vermischung und Aufbereitung der Kohlenwasserstoffe im Abgas vor einem Eintritt in den Oxidationskatalysator zu erreichen.
Die Offenlegungsschrift DE 103 01 605 A1 beschreibt ein Abgasnachbehandlungssystem eines Verbrennungsmotors, das einen SCR-Katalysator sowie einen weiteren Katalysator aufweist, der mit dem SCR-Katalysator eine Baueinheit bilden kann. Vorgesehen ist die Zufuhr von zwei als Reagenzmittel wirkenden Hilfsstoffen. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel werden beide Hilfsstoffe in einer Mischeinrichtung gemischt und über eine gemeinsame Zuführungsleitungs-stromaufwärts vor den SCR-Katalysator dosiert. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein erster, als Reagenzmittel wirkender Hilfsstoff stromaufwärts vor den SCR-Katalysator und ein zweiter, ebenfalls als Reagenzmittel wirkender Hilfsstoff, stromaufwärts vor den weiteren Katalysator dosiert, wobei getrennte Zuführungsleitungen vorgesehen sind.
In der Offenlegungsschrift DE 102 43 270 A1 ist eine Abgasreinigungsanlage beschrieben, die einen, in Strömungsrichtung des Abgases betrachtet, Oxidationskatalysator und einen SCR-Katalysator enthält. Vorgesehen ist die Dosierung eines als Reagenzmittel wirkenden Hilfsstoffes, wobei der Hilfsstoff über getrennte Zuleitungen sowohl stromaufwärts vor den Oxidationskatalysator als auch stromaufwärts vor den SCR-Katalysator dosiert wird.
Vorteile der Erfindung
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Abgasnachbehandlungssystems, mit dem sowohl die Stickoxidemissionen als auch die Partikelemissionen von Verbrennungsmotoren verringert werden können und das einen im Vergleich zu dem bekannten Abgasnachbehandlungssystem verringerten Einbauplatzbedarf und insbesondere eine verringerte Länge aufweist.
Ferner besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Abgasnachbehandlungsverfahrens, mit dem sich ein verringerter Einbauplatzbedarf und eine kürzere Baulänge eines solchen Abgasnachbehandlungssystems realisieren lässt.
Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem, das eine Baueinheit vorsieht, die, betrachtet in Strömungsrichtung des Abgases, einen SCR-Katalysatorabschnitt, einen Oxidationskatalysator Abschnitt und einen Partikelfilterabschnitt enthält, dadurch gelöst, dass Zuleitungen sowohl für die Zufuhr des ersten Hilfsstoffes als auch für die Zufuhr des zweiten Hilfsstoffes in dasselbe, vor dem SCR-Katalysatorabschnitt liegende Teilvolumen des Abgasnachbehandlungssystems münden. Beide Hilfsstoffe werden somit stromaufwärts vor den SCR-Katalysator dosiert, wobei beide Hilfsstoffe über getrennte Zuleitungen bis zu dem stromaufwärts vor dem SCR-Katalysatorabschnitt befindlichen Teilvolumen der Abgasnachbehandlungsvorrichtung geführt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems sind Gegenstände jeweils von abhängigen Vorrichtungsansprüchen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine kompakte Konstruktion der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, wobei aufgrund der getrennten Zuführungsleitungen für die beiden Hilfsstoffe ein flexibles Dosierungskonzept der beiden Hilfsstoffe realisiert werden kann, welches jeweils Gegenstände der Verfahrensansprüche bildet.
Durch diese Merkmale erfolgt die Vermischung beider Hilfsstoffe mit dem Abgas in demselben Teilvolumen des Abgasnachbehandlungssystems. Durch die Reihenfolge der Anordnung der einzelnen Abgasnachbehandlungskomponenten ergibt sich bei der Aufheizung des Partikelfilters zu Regenerationszwecken keine Erwärmung oder Überhitzung des vorgeschalteten SCR-Katalysators. Die Anordnung des SCR-Katalysators vor dem Partikelfilter ist darüber hinaus für ein schnelles Einsetzen der selektiven katalytischen Reaktion nach einem Start des Verbrennungsmotors günstig.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass bei der Dosierung des ersten Hilfsstoffes und des zweiten Hilfsstoffes wenigstens ein erster Betriebsmodus von einem zweiten Betriebsmodus des Abgasnachbehandlungssystems unterschieden wird, wobei in dem ersten Betriebsmodus nur eine Dosierung des ersten Hilfsstoffes erfolgt und wobei in dem zweiten Betriebsmodus nur eine Dosierung des zweiten Hilfsstoffes erfolgt.
Während der Zufuhr des ersten Hilfsstoffs werden die im Rohabgas des Verbrennungsmotors enthaltenen Stickoxide mit Hilfe des SCR-Katalysators zu molekularem Stickstoff reduziert, während sich die Partikel im Partikelfilterabschnitt ablagern. Im zweiten Betriebsmodus passiert der zugeführte zweite Hilfsstoff den SCR-Katalysator und wird am Oxidationskatalysator exotherm oxidiert. Die freigesetzte Wärme dient zusammen mit einem Sauerstoffüberschuss im Abgas zur Regeneration des Partikelfilterabschnitts durch eine thermische Oxidation der dort gespeicherten Partikel. Während der Regeneration des Partikelfilters erfolgt keine Reduzierung der Stickoxide im Abgas.
Bevorzugt ist auch, dass bei der Dosierung des ersten Hilfsstoffes und des zweiten Hilfsstoffes wenigstens ein erster Betriebsmodus von einem dritten Betriebsmodus des Abgasnachbehandlungssystems unterschieden wird, wobei in dem ersten Betriebsmodus nur eine Dosierung des ersten Hilfsstoffes erfolgt und wobei in dem zweiten Betriebsmodus sowohl eine Dosierung des ersten Hilfsstoffs als auch eine Dosierung des zweiten Hilfsstoffs erfolgt.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Reduzierung der Stickoxide im Abgas, die eine Zufuhr des ersten Hilfsstoffes voraussetzt, bei einer Reduzierung des Partikelfilterabschnitts nicht unterbrochen werden muss.
Ferner ist bevorzugt, dass innerhalb des ersten Betriebsmodus ein Beladungszustand des Partikelfilters ermittelt und mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird und dass eine Überschreitung des Schwellenwertes eine Umsteuerung in den zweiten Betriebsmodus auslöst.
Als Folge kann die mit einem an sich unerwünschten Verbrauch des zweiten Hilfsstoffs verbundene Regeneration des Partikelfilters bedarfsgerecht ausgelöst werden, so dass eine gute Filterwirkung mit einem geringen Verbrauch an zweitem Reduktionsmittel erzielt wird.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass innerhalb des zweiten Betriebsmodus ein Maß für eine Entladung des Partikelfilters gebildet und mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird und dass eine Überschreitung des Schwellenwertes eine Umsteuerung in den ersten Betriebsmodus auslöst.
Durch diese Ausgestaltung wird ebenfalls der Verbrauch des zweiten Reduktionsmittels verringert und außerdem wird eine gegebenenfalls erfolgende Unterbrechung der Reduzierung der Stickoxide minimiert.
Bevorzugt ist auch, dass die Zufuhr des ersten Hilfsstoffs und/oder des zweiten Hilfsstoffs wenigstens zeitweise zusammen mit einer Zufuhr von Luft zum Teilvolumen erfolgt.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass auch während einer Regeneration des Partikelfilterabschnitts weiter Stickoxide reduziert werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems zusammen mit seinem technischen Umfeld, und
2 ein Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer Verfahren.
1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10, der aus einem Ansaugrohr 12 zugeführte Luft mit Kraftstoff verbrennt. Der Kraftstoff wird über eine Kraftstoffzumesseinrichtung 14 zu Brennräumen des Verbrennungsmotors 10 dosiert. Die Kraftstoffzumesseinrichtung 14 ist in der Regel als Anordnung von Kraftstoffeinspritzventilen realisiert, wobei für jeden Brennraum des Verbrennungsmotors 10 ein Einspritzventil vorhanden ist. Sie wird aus einem ersten Vorratstank 16 mit Kraftstoff versorgt und von einem Steuergerät 18 angesteuert.
Aus der Verbrennung entstehende Abgase werden durch ein Abgasnachbehandlungssystem 20 geleitet, in dem Schadstoffe wie Stickoxide und Partikel weitgehend zu molekularem Stickstoff, CO₂ und Wasser konvertiert werden. Dazu weist das Abgasnachbehandlungssystem 20 insbesondere einen SCR-Katalysatorabschnitt 22, einen Oxidationskatalysatorabschnitt 24 und einen Partikelfilterabschnitt 26 auf, die in dieser Reihenfolge vom Abgas durchströmt werden. Zusätzlich weist das Abgasnachbehandlungssystem 20 eine Vorrichtung 28 zur Zufuhr eines ersten Hilfsstoffes 30 sowie eines zweiten Hilfsstoffes 32 zum Abgasnachbehandlungssystem 20 auf. Die Vorrichtung 28 besitzt einen oder mehrere Dosierquerschnitte 34 und 36 zur Dosierung des ersten Hilfsstoffes 30 und des zweiten Hilfsstoffes 32. Die Dosierquerschnitte 34 und 36 sind am abgasseitigen Ende von Zuleitungen 38, 40 für den ersten Hilfsstoff 30 und den zweiten Hilfsstoff 32 angeordnet, wobei die Zuleitungen 38 und 40 in ein gleiches, in Strömungsrichtung der Abgase vor dem SCR-Katalysatorabschnitt 22 liegendes Teilvolumen 42 des Abgasnachbehandlungssystems 20 münden. Optional kann in Strömungsrichtung der Abgase vor den Dosierquerschnitten 34 und 36 noch eine zusätzliche Oxidationsstufe bspw. ein Oxidationskatalysator angeordnet sein. Eine solche Oxidationsstufe oxidiert NO zu NO₂, was den folgenden SCR-Prozess günstig beeinflusst.
Bei dem ersten Hilfsstoff 30 handelt es sich bevorzugt um ein Reduktionsmittel wie Ammoniak oder ein Reduktionsmittelvorprodukt für die selektiv erfolgende katalytische Reduzierung der Stickoxide im SCR-Katalysatorabschnitt 22. Eine Harnstoff-Wasser-Lösung ist zum Beispiel ein Ammoniak als Reduktionsmittel bereitstellendes Reduktionsmittelvorprodukt. Zur gesteuerten Dosierung des ersten Hilfsstoffes 30 ist in der zugehörigen Zuleitung 38 ein Dosierventil 44 angeordnet, das vom Steuergerät 18 betätigt wird. Analog weist die Zuleitung 40 des zweiten Hilfsstoffes 32 ein Dosierventil 46 auf, das ebenfalls vom Steuergerät 18 betätigt wird. Als zweiter Hilfsstoff 32 werden Kohlenwasserstoffe, bevorzugt der zum Betrieb des Verbrennungsmotors 10 dienende Kraftstoff aus dem ersten Vorratstank 16 verwendet. Dagegen wird der erste Hilfsstoff 30 in einem separaten Vorratstank 48 mitgeführt.
Bevorzugt münden die Zuleitungen 38 und 40 über eine Mehrstoffdüse 50 in das Teilvolumen 42 ein. Es versteht sich, dass die Mehrstoffdüse 50 zusammen mit den Dosierventilen 44 und 46 als bauliche Einheit realisiert sein kann. Optional kann die Vorrichtung 28 noch ein Sekundärluftgebläse 52 aufweisen, das ebenfalls vom Steuergerät 18 gesteuert wird und gegebenenfalls Luft über eine Einmündung 53 in das Teilvolumen 42 einbläst. Auch die Einmündung 53 des Sekundärluftgebläses 52 kann in die Mehrstoffdüse 50 integriert sein.
Mit Hilfe des Sekundärluftgebläses 52 kann die Zerstäubung des ersten Hilfsstoffs 30 und des zweiten Hilfsstoffs 32 verbessert werden. Außerdem kann die eingeblasene Sekundärluft zur Kühlung der Mehrstoffdüse 50 verwendet werden. Ein weiterer Vorteil der Sekundärluftzufuhr über ein Sekundärluftgebläse 52 besteht darin, dass der Sauerstoff, der für eine exotherme Regeneration des Partikelfilterabschnitts 26 erforderlich ist, unabhängig vom Luftanteil an Brennraumfüllungen des Verbrennungsmotors 10 in das Abgasnachbehandlungssystem 20 eingebracht werden kann. Zur Steuerung des Verbrennungsmotors 10 und des Abgasnachbehandlungssystems 20 verarbeitet das Steuergerät 18 Signale von Sensoren, die Betriebskenngrößen des Verbrennungsmotors 10 und/oder des Abgasnachbehandlungssystems 20 erfassen. Beispielsweise werden Signale eines Luftmassenmessers 54 und/oder eines Fahrerwunschgebers 55, eines Drehzahlsensors 56 und einer Abgassensorik 58 aus einem oder mehreren Abgassensoren verarbeitet. Es versteht sich, dass diese Aufzählung lediglich Beispielcharakter besitzt und dass alternativ und/oder ergänzend auch Signale anderer Sensoren wie Drucksensoren und Temperatursensoren verarbeitet werden können.
Im Folgenden wird unter Bezug auf die 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Nachbehandlung des Abgases des Verbrennungsmotors 10 mit einem Abgasnachbehandlungssystem 20 erläutert.
Dabei repräsentiert der Schritt 60 einen ersten Betriebsmodus BM_1 des Verbrennungsmotors 10 und des Abgasnachbehandlungssystems 20. Im ersten Betriebsmodus BM_1 wird über den Dosierquerschnitt 34 nur der erste Hilfsstoff 30 zum Abgas dosiert. Die Dosierung erfolgt dabei durch öffnendes Ansteuern des Dosierventils 44. Aus der Kenntnis der Ansaugluftmasse und/oder der über die Kraftstoffzumesseinrichtung zu Brennräumen des Verbrennungsmotors 10 zugemessenen Kraftstoffmasse schließt das Steuergerät 18 auf die Stickstoffmasse im Abgas und passt die Zumessung des ersten Hilfsstoffes 30 durch Variation der Ansteuerung des Dosierventils 44 an den Bedarf an.
Der erste Hilfsstoff 30 kann allein oder gegebenenfalls unter gleichzeitiger über das Sekundärluftgebläse 52 erfolgender Zufuhr von Sekundärluft zugeführt werden. Der in das Teilvolumen 42 dosierte erste Hilfsstoff reagiert im SCR-Katalysatorabschnitt 22 mit den im Abgas enthaltenen Stickoxiden, wobei die Stickoxide zu molekularem Stickstoff reduziert werden. Die im Abgas enthaltenen Kohlenstoffpartikel (Ruß) passieren dagegen den SCR-Katalysator und lagern sich im Partikelfilterabschnitt 26 ab. Die Rußmenge im Abgas hängt von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors ab. Aus diesen im Steuergerät 18 bekannten Betriebsparametern bildet das Steuergerät 18 ein Maß B für die Beladung des Partikelfilterabschnitts 26 mit Ruß. Selbstverständlich kann die Beladung des Partikelfilterabschnitts 26 mit Ruß auch durch Sensoren bestimmt werden.
In einem Schritt 62 erfolgt ein Vergleich des im Schritt 60 gebildeten Maßes B mit einem Schwellenwert B_S. Solange der Schwellenwert B_S nicht überschritten wird, erfolgt eine Rückkehr in den Schritt 60, in dem der erste Betriebsmodus BM_1 durchgeführt wird. Die Schleife aus den Schritten 60 und 62 wird so lange durchlaufen, bis das Maß B den Schwellenwert B_S überschreitet. Diese Überschreitung löst eine Regeneration des Partikelfilterabschnitts 26 durch Einstellen eines zweiten Betriebsmodus BM_2 in einem Schritt 64 aus.
Im zweiten Betriebsmodus BM_2 wird die Zufuhr des ersten Hilfsstoffes 30 gestoppt und es wird mit der Zufuhr des zweiten Hilfsstoffes 32 begonnen. Die Zufuhr des zweiten Hilfsstoffes 32 kann dabei mit oder ohne Zufuhr von Sekundärluft erfolgen. Der zugeführte zweite Hilfsstoff passiert den SCR-Katalysatorabschnitt 22 und wird am Oxidationskatalysatorabschnitt 24, der zwischen dem SCR-Katalysatorabschnitt 22 und dem Partikelfilterabschnitt 26 liegt, mit überschüssigem Sauerstoff aus dem Abgas oder aus gegebenenfalls zugeführter Sekundärluft unter Freisetzung von Wärme oxidiert.
Die Menge des zweiten Hilfsstoffes 32 wird dabei so gesteuert oder geregelt, dass die entstehende Wärme ausreicht, um die im Partikelfilterabschnitt 26 angesammelten Partikel thermisch zu oxidieren. Während der durch die thermische Oxidation erfolgenden Regeneration des Partikelfilterabschnitts 26 wird ein Maß E für die resultierende Entladung des Partikelfilterabschnitts 26 gebildet und in einem Schritt 66 mit einem Schwellenwert E_S verglichen.
Sobald die Entladung E den Schwellenwert E_S überschreitet, was auf einen weitgehend entladenen und damit wieder aufnahmebereiten Partikelfilterabschnitt 26 hinweist, wird aus dem Abfrageschritt 66 wieder in den Schritt 60 verzweigt, in dem der bereits beschriebene Betriebsmodus BM_1 durchgeführt wird. Solange der Schwellenwert E_S im Schritt 66 dagegen nicht überschritten wird, verzweigt das Programm wieder in den Schritt 64, so dass die Schleife aus den Schritten 64 und 66 solange durchlaufen wird, bis der Partikelfilterabschnitt 26 hinreichend regeneriert ist.
Während der Regeneration des Partikelfilterabschnittes im zweiten Betriebsmodus BM_2 erfolgt keine Reduzierung der im Rohabgas enthaltenen Stickoxide.
Alternativ zur Durchführung eines zweiten Betriebsmodus BM_2 kann auch ein dritter Betriebsmodus BM_3 durchgeführt werden. Dies wird in der 3 durch den Schritt 68 repräsentiert, der alternativ zum Schritt 64 aus 2 zwischen den Schritten 62 und 66 aus 2 liegt. In dem dritten Betriebsmodus BM_3 wird der zweite Hilfsstoff 32 gleichzeitig mit dem ersten Hilfsstoff 30 zugeführt, wobei die Zufuhr auch hier sowohl mit als auch ohne Sekundärluft erfolgen kann. Dieser Betriebsmodus BM_3 stellt damit eine Kombination der ersten beiden beschriebenen Betriebsmodi BM_1 und BM_2 dar und erlaubt eine Reduzierung von Stickoxiden durch den SCR-Katalysatorabschnitt 22 auch während einer Regeneration des Partikelfilterabschnittes 26.
Der zweite Betriebsmodus BM_2 oder der dritte Betriebsmodus BM_3 kommen im Vergleich zum ersten Betriebsmodus BM_1 selten vor. Üblicherweise wird der erste Betriebsmodus BM_1 über mehrere hundert Kilometer beibehalten, während die beiden anderen Betriebsmodi BM_2 oder BM_3 nur jeweils während einiger weniger Kilometer durchgeführt werden.
Wie bereits erwähnt wurde, besteht ein Vorteil der Hintereinanderanordnung darin, dass es bei der Regeneration des Partikelfilterabschnittes 26 nicht zu einer Temperaturerhöhung am SCR-Katalysatorabschnitt 22 kommt, welche mit einem Verlust an Ammoniakspeicherfähigkeit verbunden sein könnte und damit zu einem unerwünschten Ammoniakdurchbruch führen würde. Falls es dennoch aus irgendeinem Grund in einem der drei Betriebsmodi zu Ammoniakdurchbrüchen hinter dem SCR-Katalysatorabschnitt 22 kommen sollte, so kann der hinter dem SCR-Katalysatorabschnitt folgende Oxidationskatalysatorabschnitt 24 das durchbrechende Ammoniak unter Bildung von Stickoxiden eliminieren. Dies würde zwar den Gesamtumsatz an Stickoxiden verschlechtern, verhindert jedoch sicher einen Ammoniakdurchbruch.

Claims

Abgasnachbehandlungssystem (20) eines Verbrennungsmotors (10), das wenigstens einen, in Strömungsrichtung des Abgases betrachtet, SCR-Katalysatorabschnitt (22) und einen Oxidationskatalysatorabschnitt (24), die eine Baueinheit bilden, und eine Vorrichtung (28) zur Zufuhr eines ersten Hilfsstoffes (30) sowie eines zweiten Hilfsstoffes (32) zur Unterstützung der Abgasnachbehandlung aufweist, wobei die Vorrichtung (28) einen oder mehrere Dosierquerschnitte (34, 36) zur Dosierung des ersten Hilfsstoffes (30) und des zweiten Hilfsstoffes (32) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass, in Strömungsrichtung des Abgases betrachtet, nach dem Oxidationskatalysatorabschnitt (24) ein Partikelfilterabschnitt (26) vorgesehen ist, der in der das Abgasnachbehandlungssystem (20) bildenden Baueinheit enthalten ist, und dass sowohl die Zuleitung (38) für den ersten Hilfsstoff (30) als auch die Zuleitung (40) für den zweiten Hilfsstoff (32) in ein gleiches, in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysatorabschnitt (22) liegendes Teilvolumen (42) des Abgasnachbehandlungssystems (20) münden.
Abgasnachbehandlungssystem (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen (38, 40) über eine Mehrstoffdüse (50) in das Teilvolumen (42) münden, wobei die über die erste Zuleitung (38) erfolgende Zufuhr des ersten Hilfsstoffes (30) getrennt von der über die zweite Zuleitung (40) erfolgenden Zufuhr des zweiten Hilfsstoffes (32) steuerbar ist.
Abgasnachbehandlungssystem (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (52) zur Zufuhr von Luft zum Teilvolumen (42) vorgesehen ist.
Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Dosierung des ersten Hilfsstoffes (30) und des zweiten Hilfsstoffes (32) wenigstens ein erster Betriebsmodus (BM_1) von einem zweiten Betriebsmodus (BM_2) des Abgasnachbehandlungssystems (20) unterschieden wird, wobei in dem ersten Betriebsmodus (BM_1) nur eine Dosierung des ersten Hilfsstoffes (30) erfolgt und wobei in dem zweiten Betriebsmodus (BM_2) nur eine Dosierung des zweiten Hilfsstoffs (32) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Dosierung des ersten Hilfsstoffes (30) und des zweiten Hilfsstoffes (32) wenigstens ein erster Betriebsmodus (BM_1) von einem dritten Betriebsmodus (BM_3) des Abgasnachbehandlungssystems (20) unterschieden wird, wobei in dem ersten Betriebsmodus (BM_1) nur eine Dosierung des ersten Hilfsstoffes erfolgt und wobei in dem dritten Betriebsmodus (BM_3) sowohl eine Dosierung des ersten Hilfsstoffs (30) als auch eine Dosierung des zweiten Hilfsstoffs (32) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des ersten Betriebsmodus (BM_1) ein Beladungszustand des Partikelfilterabschnitts (26) ermittelt und mit einem vorbestimmten Schwellenwert (B_S) verglichen wird und dass eine Überschreitung des Schwellenwertes (B_S) eine Umsteuerung in den zweiten Betriebsmodus (BM_2) oder den dritten Betriebsmodus (BM_3) auslöst.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des zweiten und des dritten Betriebsmodus (BM_2; BM_3) ein Maß (E) für eine Entladung des Partikelfilterabschnitts (26) gebildet und mit einem vorbestimmten Schwellenwert (E_S) verglichen wird und dass eine Überschreitung des Schwellenwertes (E_S) eine Umsteuerung in den ersten Betriebsmodus (BM_1) auslöst.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr des ersten Hilfsstoffs (30) und/oder des zweiten Hilfsstoffs (32) wenigstens zeitweise zusammen mit einer Zufuhr von Luft zum Teilvolumen (42) erfolgt.