DE102008030307A1 - Katalysatoranordnung zur Reinigung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Katalysatoranordnung zur Reinigung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Katalysatoranordnung (1) zur Reinigung eines Abgasstroms (3), eines Verbrennungsmotors (5), eines Kraftfahrzeuges (7). Um eine verbesserte Katalysatoranordnung bereitzustellen, weist diese einen dem Verbrennungsmotor (5) motornah nachgeschalteten ersten Katalysator (15), einen dem ersten Katalysator (15) nachgeschaltet angeordneten zweiten Katalysator (27), eine dem ersten Katalysator (15) zugeordnete erste elektrische Heizung (11) zur Erwärmung des ersten Katalysators (15) und/oder des Abgasstroms (3) und eine dem zweiten Katalysator (27) zugeordnete zweite Heizung (23) zur Erwärmung des zweiten Katalysators (27) und/oder des Abgasstroms (3) auf.

Description

  • Katalysatoranordnungen können einen oder mehrere Katalysatoren aufweisen und dienen zur Nachbehandlung bzw. Reinigung von in dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors mitgeführten Schadstoffen, beispielsweise Partikeln, insbesondere Rußpartikeln, Kohlenwasserstoffe und/oder Stickoxide. Der bzw. die Katalysatoren weisen im Allgemeinen eine Umsetzungsrate für die Schadstoffe auf, die temperaturabhängig ist. Es ist bekannt, die Temperatur des Abgasstroms und/oder des Katalysators mittels einer elektrischen Heizung zu beeinflussen. Die DE 199 33 654 A1 zeigt eine Anordnung zum elektrischen Beheizen eines Katalysators und die DE 196 40 577 A1 einen elektrisch beheizten Katalysator für einen Motor.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Katalysatoranordnung bereitzustellen, insbesondere eine verbesserte Umsetzungsrate von Schadstoffen in der Katalysatoranordnung zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe ist mit einer Katalysatoranordnung zur Reinigung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, mit einem dem Verbrennungsmotor nachgeschalteten ersten Katalysator, einem dem ersten Katalysator nachgeschaltet angeordneten zweiten Katalysator, einer dem ersten Katalysator zugeordneten ersten elektrischen Heizung zur Erwärmung des ersten und/oder zweiten Katalysators und/oder des Abgasstroms und einer dem zweiten Katalysator zugeordneten zweiten elektrischen Heizung zur Erwärmung des zweiten Katalysators und/oder des Abgasstroms gelöst. Vorteilhaft weist die Katalysatoranordnung zwei Katalysatoren auf, die jeweils getrennt mittels der elektrischen Heizungen erwärmbar sind und dadurch schneller anspringen (light off temperature) und/oder besser in einem für eine Konvertierung der Schadstoffe optimalen Funktionsbereich zu halten sind. Es ergibt sich eine deutlich verbesserte Umsetzungsrate. Es ist möglich, für jeden der Katalysatoren separat einen Funktionsbereich zu definieren und diese schnellstmöglich mittels der separaten elektrischen Heizungen einzustellen. Zusätzlich können motorische Maßnahmen zur Erhöhung einer Temperatur des Abgasstroms durchgeführt werden. Der erste Katalysator ist motornah angeordnet und der zweite diesem nachgeschaltet, beispielsweise in einem Unterboden des Kraftfahrzeuges. Unter motornah kann beispielsweise eine Anordnung direkt hinter einem Abgaskrümmer des Verbrennungsmotors verstanden werden.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der Katalysatoranordnung ist vorgesehen, dass die erste elektrische Heizung dem ersten Katalysator und die zweite elektrische Heizung dem zweiten Katalysator vorgeschaltet ist. Mittels der elektrischen Heizungen kann jeweils der Abgasstrom stromaufwärts des zugeordneten Katalysators erwärmt werden.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Katalysatoranordnung ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Katalysator jeweils als NOx-Katalysator ausgebildet sind. Unter NOx-Katalysator kann in dieser Anmeldung ein NOx-Speicherkatalysator (NSK) verstanden werden. Mittels der ersten und zweiten Heizung können die zum Betrieb der NOx-Speicherkatalysatoren notwendigen Temperaturen bzw. Funktionsbereiche schneller und besser eingestellt werden. NOx-Speicherkatalysatoren können insbesondere für Verbrennungsmotoren, die mit einem Luftüberschuss betreibbar sind, eingesetzt werden.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der erste Katalysator als Oxidationskatalysator (Ox-Kat) und der zweite Katalysator als SCR-Katalysator ausgebildet sind. Unter Oxidationskatalysator kann in dieser Anmeldung ein Katalysator verstanden werden, der in Anwesenheit eines Oxidationsmittels, beispielsweise Sauerstoff, der insbesondere bei einer mageren Gemischzusammensetzung des Verbrennungsmotors und/oder mittels einer Sekundärlufteinblasung vorhanden ist, Schadstoffe des Abgasstroms mittels Oxidation in unschädliche Komponenten konvertiert, beispielsweise Wasser und/oder Kohlendioxid. Unter SCR-Katalysator kann in dieser Anmeldung ein Katalysator verstanden werden, der mittels einer selektiven katalytischen Reaktion Schadstoffe entgegen einem eigentlich vorhandenen Reaktionsgleichgewicht reduziert, insbesondere Stickoxide in Stickstoff umwandelt. Dies kann beispielsweise trotz einer Anwesenheit von Sauerstoff unter Zugabe und/oder Freisetzung eines zusätzlichen Reaktionsmittels, insbesondere Ammoniak, das ebenfalls an der Reaktion teilnimmt, geschehen. Mittels der zugeordneten elektrischen Heizungen können sowohl der Oxidationskatalysator als auch der SCR-Katalysator besser und/oder schneller in einen jeweiligen Funktionsbereich bzw. Temperaturbereich für optimale Konvertierungsraten gebracht und/oder gehalten werden.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Katalysatoranordnung ist vorgesehen, dass dem ersten Katalysator ein Partikelfilter nachgeschaltet ist. Mittels des Partikelfilters können vorteilhaft im Abgasstrom mitgeführte Partikel, insbesondere Rußpartikel, aus dem Abgasstrom entfernt werden. Vorteilhaft ist es möglich, die für eine Regeneration des Partikelfilters notwendige Temperaturanhebung, um ein Abbrennen der Rußpartikel zu zünden, mittels der ersten elektrischen Heizung schneller einzuleiten.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Katalysatoranordnung ist vorgesehen, dass dem zweiten Katalysator ein Sperrkatalysator nachgeschaltet ist. Mittels des Sperrkatalysators können unerwünschte Schadstoffdurchbrüche, im Fall der selektiven katalytischen Reaktion, beispielsweise Ammoniakdurchbrüche, vermieden werden.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Katalysatoranordnung ist vorgesehen, dass zur Ansteuerung und/oder Regelung eine Motorsteuerung (75) vorgesehen ist. Mittels der Motorsteuerung können Parameter des Verbrennungsmotors und/oder der Katalysatoranordnung gesteuert und/oder geregelt werden, z. B. Temperaturen des Abgasstroms und/oder der Katalysatoren.
  • Die Aufgabe ist außerdem mit einem Verfahren zur Reinigung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges mit einer vorab beschriebenen Katalysatoranordnung gelöst. Das Verfahren weist ein Anheben einer Abgastemperatur des Abgasstroms mittels der elektrischen Heizung und/oder ein Anheben der Abgastemperatur des Abgasstroms mittels der zweiten elektrischen Heizung und/oder ein Anheben der Abgastemperatur des Abgasstroms mittels einer katalytischen Umsetzung motorisch mittels des Verbrennungsmotors erzeugter Kohlenwasserstoffe (HC) und/oder ein Ansteuern eines Funktionsbereichs einer NOx-Speicherung mittels der Temperaturanhebung und/oder ein Ansteuern eines Funktionsbereichs einer Entschwefelung mittels der Temperaturanhebung auf. Vorteilhaft können mittels der ersten und der zweiten Heizung Funktionsbereiche für die Katalysatoren der Katalysatoranordnung separat eingestellt werden.
  • Die Aufgabe ist ferner mit einem Kraftfahrzeug mit einer vorab beschriebenen Katalysatoranordnung gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
  • 1 eine Katalysatoranordnung zur Reinigung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges;
  • 2 eine weitere Katalysatoranordnung;
  • 3 ein Schaubild eines Temperaturhubes im Vergleich einer Katalysatoranordnung mit elektrischer Beheizung und ohne elektrischer Beheizung; und
  • 4 verschiedene Messkurven über einer Zeitachse einer Harnstoffzudosierung, eines Temperaturverlaufs sowie einer NOx-Emission, jeweils im Vergleich mit und ohne elektrische Zuheizung.
  • 1 zeigt eine Katalysatoranordnung 1 zur Reinigung eines Abgasstroms 3 eines Verbrennungsmotors 5 eines Kraftfahrzeuges 7. Die Katalysatoranordnung 1 kann Teil einer dem Verbrennungsmotor 5 nachgeschalteten, lediglich schematisch dargestellten Abgasanlage 9 des Kraftfahrzeuges 7 sein. Die Katalysatoranordnung 1 weist eine erste elektrische Heizung 11 mit einer ersten elektrischen Katalysatorscheibe 13 auf.
  • Die erste elektrische Katalysatorscheibe 13 ist motornah angeordnet, beispielsweise direkt abgasseitig dem Verbrennungsmotor 5 nachgeschaltet. Der ersten elektrischen Katalysatorscheibe 13 ist ein erster Katalysator 15 nachgeschaltet. Der erste Katalysator 15 weist einen NOx-Speicherkatalysator 17 (NSK) auf. Dem NOx-Speicherkatalysator 17 ist ein Partikelfilter 19 nachgeschaltet. Mittels des NOx-Speicherkatalysators 17 können Stickoxide des Abgasstroms 3 zurückgehalten werden. Mittels des Partikelfilters 19 können in dem Abgasstrom 3 mitgeführte Partikel, insbesondere Rußpartikel, zurückgehalten werden. Die erste elektrische Heizung 11 mit der ersten elektrischen Katalysatorscheibe 13, der nachgeschaltete erste Katalysator 15 mit dem NOx-Speicherkatalysator 17 sowie der diesen nachgeschaltete Partikelfilter 19 sind motornah angeordnet, also direkt dem Verbrennungsmotor 5 nachgeschaltet. Weiter stromabwärts, beispielsweise in einem in 1 lediglich schematisch angedeuteten Unterboden 21 des Kraftfahrzeuges 7 sind weitere Komponenten nachgeschaltet. Dabei handelt es sich um eine zweite elektrische Heizung 23, die eine zweite elektrische Katalysatorscheibe 25 aufweist. Die Katalysatorscheiben 13 und 25 sind von dem Abgasstrom 3 durchströmt und können mittels Bestromung mittels einer elektrischen Energiequelle, beispielsweise einer Bordbatterie des Kraftfahrzeuges 7 und/oder anderer Energiequellen, beispielsweise Kondensatoren, den Abgasstrom 3 aufheizen. Es ist denkbar, dass die Katalysatorscheiben 13, 25 selbst einen Katalysator bzw. katalytisch wirksames Material aufweisen und somit zur katalytischen Umsetzung der in dem Abgasstrom 3 enthaltenen Schadstoffe mit beitragen. In der zweiten elektrischen Katalysatorscheibe 25 ist ein zweiter Katalysator 27 mit einem zweiten NOx-Speicherkatalysator 29 nachgeschaltet. Die zweite elektrische Katalysatorscheibe 25 und der nachgeschaltete zweite Katalysator 27 bilden eine zweite Reinigungsstufe. Der zweiten Reinigungsstufe ist ein Sperrkatalysator 31 nachgeschaltet.
  • 2 zeigt eine weitere Katalysatoranordnung 1 zur Reinigung des Abgasstroms 3. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei lediglich auf die Unterschiede zu 1 eingegangen wird. Im Unterschied weist die Katalysatoranordnung 1 gemäß 2 bzw. der erste Katalysator 15 einen Oxidationskatalysator 33 (Ox-kat) auf. Ebenfalls im Unterschied weist der zweite Katalysator 27 einen SCR-Katalysator 35 auf. Der SCR-Katalysator 35 ist zu einer selektiven katalytischen Reaktion zur Reinigung des Abgasstroms 3 ausgelegt. Hierzu kann die Katalysatoranordnung 1 eine in 2 nicht näher dargestellte Zudosiereinheit, beispielsweise für eine wässrige Harnstofflösung, aufweisen, die stromaufwärts des SCR-Katalysators 35 angeordnet sein kann. Eventuell vorhandene Ammoniakdurchbrüche des SCR-Katalysators 35 können mittels des Sperrkatalysators 31 wieder in NOx-Emissionen zurückkonvertiert werden.
  • 3 zeigt ein Schaubild 37 eines Temperaturhubes des Abgasstroms 3. Das Schaubild 37 zeigt über einer Zeitachse 39 einen ersten Temperaturverlauf 41 im Vergleich zu einem gepunktet dargestellten Temperaturverlauf 43. Entsprechend ist an einer Y-Achse 45 des Schaubilds 37 eine Temperatur des Abgasstroms 3 des Verbrennungsmotors 5 aufgetragen. Bei den Temperaturverläufen 41 und 43 kann es sich um eine mittels einer der ersten elektrischen Heizung 11 oder der zweiten elektrischen Heizung 23 nachgeschalteten Messstelle ermittelbare Temperatur handeln. Der erste Temperaturverlauf 41 zeigt den Verlauf nach einem Kaltstart, wie er sich ergibt bei ausgeschalteten elektrischen Heizungen 13 und 23. Im Vergleich dazu zeigt der zweite Temperaturverlauf 43 das Temperaturverhalten des Abgasstroms 3 bei eingeschalteter erster elektrischer Heizung 11 und/oder zweiter elektrischer Heizung 23. Um elektrische Energie einzusparen, ist es denkbar, die erste und/oder zweite elektrische Heizung 11, 23 nur für eine begrenzte Zeit zu betreiben. Im Vergleich der Temperaturverläufe 41 und 43 ist dies zu erkennen, wobei in einer rechten Hälfte der Temperaturverläufe 41 und 43 sich diese aneinander annähern. In einer ersten Hälfte, in 3 links dargestellt, der Temperaturverläufe 41 und 43 ist zu erkennen, dass der zweite Temperaturverlauf 43 gleich zu Beginn einen sehr steilen Temperaturanstieg 47 erfährt, sodass der erste Temperaturverlauf 41 sehr viel schneller als der zweite Temperaturverlauf 43 einen Funktionsbereich 49 erreicht, der in 3 mittels einer gestrichelten Linie angedeutet ist.
  • 4 zeigt ein weiteres Schaubild 53 mit einem ersten Teilschaubild 55, einem zweiten Teilschaubild 57 und einem dritten Teilschaubild 59, jeweils über einer Zeitachse 39. Die Zeitachse 39 kann sich beispielsweise in einem Zeitintervall zwischen 0 und 1.000 Sekunden befinden. Auf einer ersten Y-Achse 61 des ersten Teilschaubilds 55 ist eine kumulierte NOx-Emission aufgetragen. Auf einer zweiten Y-Achse 63 des zweiten Teilschaubildes 57 ist eine Temperatur des Abgasstroms 3, ähnlich der Darstellung in 3, aufgetragen. Auf der dritten Y-Achse 65 des dritten Teilschaubildes 59 ist eine Menge einer Harnstoffzudosierung aufgetragen. Das Schaubild 53 der 4 kann beispielsweise Messwerte der in 2 dargestellten Katalysatoranordnung 1 beinhalten.
  • Jeweils gepunktet dargestellt sind Messwerte unter Zuhilfenahme der ersten elektrischen Heizung 11 und/oder der zweiten elektrischen Heizung 23. Im Vergleich dazu, symbolisiert mittels durchgezogener Linien, sind Messwerte aufgetragen, die sich ohne die elektrischen Heizungen 11 und/oder 23 ergeben.
  • Anhand des ersten Teilschaubildes 55 ist zu erkennen, dass eine erste kumulierte NOx-Emission 67 deutlich steiler verläuft als eine zweite kumulierte NOx-Emission 69, wie sie sich bei eingeschalteten elektrischen Heizungen 11 und/oder 23 ergibt. In dem zweiten Teilschaubild 57 sind ein erster Temperaturverlauf 41, wie er sich bei ausgeschalteten elektrischen Heizungen 11, 23 ergibt und ein zweiter Temperaturverlauf 43, wie er sich bei eingeschalteten elektrischen Heizungen 11 und/oder 23 ergibt. Es ist zu erkennen, dass der gepunktet dargestellte zweite Temperaturverlauf 43 gleich zu Beginn, beispielsweise nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 5, einen sehr steilen Temperaturanstieg 47 aufweist. In dem dritten Teilschaubild 59 sind mittels durchgezogenen Linien eine erste Harnstoffzudosiermenge 71 und mittels gepunkteter Linien eine zweite Harnstoffzudosiermenge 73 aufgetragen. Die zweite Harnstoffzudosiermenge 73 korrespondiert mit dem zweiten Temperaturverlauf 43 und der zweiten kumulierten NOx-Emission 69, wie sie sich bei eingeschalteten elektrischen Heizungen 11 und/oder 23 ergeben.
  • Anhand der zweiten Harnstoffzudosiermenge 73 ist zu erkennen, dass diese aufgrund der schnellen Anhebung des zweiten Temperaturverlaufes 43 sehr viel früher beginnen kann, was ein Zeichen für eine deutlich höhere Konvertierungsrate und mithin eine deutlich reduzierte NOx-Emission ist, was auch anhand der zweiten NOx-Emission 69 des ersten Teilschaubildes 55 zu erkennen ist.
  • Die Besonderheit der Katalysatoranordnung 1 besteht darin, dass dem ersten Katalysator 15 die erste elektrische Heizung 11 motornah vorgeschaltet ist und diese in Kombination mit der nachgeschalteten im Unterboden 21 angeordneten zweiten elektrischen Heizung 23 angeordnet ist. Zur Steuerung und/oder Regelung der elektrischen Heizungen 11 und/oder 23 sowie der gesamten übrigen Katalysatoranordnung 1 und des Verbrennungsmotors 5 ist eine in den 1 und 2 dargestellte Motorsteuerung 75 vorgesehen. Um in den Funktionsbereich des in 1 dargestellten NOx-Speicherkatalysators 17 und/oder des NOx-Speicherkatalysators 29 zu gelangen, kann zusätzlich über motorische Maßnahmen die Temperatur des Abgasstroms 3 angehoben werden. Zur Unterstützung dieser Temperaturanhebung kann für kurze Zeit die erste elektrische Katalysatorscheibe 13 und/oder die zweite elektrische Katalysatorscheibe 25 eingeschaltet werden. Eine entsprechende Ansteuerung kann mittels der Motorsteuerung 75 und/oder nicht näher dargestellten Verstärkern erfolgen. Vorteilhaft kann dies sowohl bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 5 als auch bei einem schwachlastigen Motorbetrieb des Verbrennungsmotors 5 zum schnelleren Erreichen der für die Einspeicherung bzw. zum Regenerieren notwendigen Temperaturen erfolgen. Vorteilhaft können die erste und oder zweite elektrische Katalysatorscheibe 13 und oder 25 auch genutzt werden, um motorisch erzeugte Kohlenwasserstoffe (HC) auf einem der NOx-Speicherkatalysatoren 17 und oder 29 umzusetzen, um einen weiteren Anstieg der Temperatur zu erreichen.
  • Um den ersten und oder zweiten NOx-Speicherkatalysator 17 und oder 29 zu entschwefeln kann ebenfalls über motorische Maßnahmen die Abgastemperatur angehoben werden und vorteilhaft zusätzlich eine Unterstützung mittels einer elektrischen Katalysatorscheiben 13 und oder 25 erfolgen.
  • Die elektronisch angesteuerte, insbesondere mittels der Motorsteuerung 75, erste Katalysatorscheibe 13 vor dem Oxidationskatalysator 33 (2) in Kombination mit der zweiten vorgeschalteten elektrischen Katalysatorscheibe 25 im Unterboden 21 des Kraftfahrzeuges 7 kann wie folgt eingesetzt werden:
    • 1. Anhebung der Abgastemperatur des Abgasstroms 3 in dem Funktionsbereich 49 einer NOx-Speicherung.
    • 2. Anhebung der Abgastemperatur des Abgasstroms 3 in einen Funktionsbereich einer Entschwefelung.
    • 3. Anhebung der Abgastemperatur des Abgasstroms 3 um in Verbindung mit der katalytischen Umsetzung der motorisch erzeugten Kohlenwasserstoffe eine weitere Steigerung der Abgastemperatur des Abgasstromes 3 zur Erweiterung des Funktionsbereichs 49 der NOx-Speicherkatalysatoren 17 und oder 29 (1) bzw. der Abgasreinigung mittels einer selektiven katalytischen Reaktion mittels des SCR-Katalysators 35 der in 2 dargestellten Katalysatoranordnung 1.
  • 1
    Katalysatoranordnung
    3
    Abgasstrom
    5
    Verbrennungsmotor
    7
    Kraftfahrzeug
    9
    Abgasanlage
    11
    Erste elektrische Heizung
    13
    Erste elektrische Katalysatorscheibe
    15
    Erster Katalysator
    17
    NOx-Speicherkatalysator
    19
    Partikelfilter
    21
    Unterboden
    23
    Zweite elektrische Heizung
    25
    Zweite elektrische Katalysatorscheibe
    27
    Zweiter Katalysator
    29
    Zweiter NOx-Speicherkatalysator
    31
    Sperrkatalysator
    33
    Oxidationskatalysator
    35
    SCR-Katalysator
    37
    Schaubild
    39
    Zeitachse
    41
    Erster Temperaturverlauf
    43
    Zweiter Temperaturverlauf
    45
    Y-Achse
    47
    Anstieg
    49
    Funktionsbereich
    51
    Linie
    53
    Schaubild
    55
    Erstes Teilschaubild
    57
    Zweites Teilschaubild
    59
    Drittes Teilschaubild
    61
    Erste Y-Achse
    63
    Zweite Y-Achse
    65
    Dritte Y-Achse
    67
    Erste kumulierte NOx-Emission
    69
    Zweite kumulierte NOx-Emission
    71
    Erste Harnstoffzudosierung
    73
    Zweite Harnstoffzudosierung
    75
    Motorsteuerung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19933654 A1 [0001]
    • - DE 19640577 A1 [0001]

Claims (9)

  1. Katalysatoranordnung (1) zur Reinigung eines Abgasstroms (3), eines Verbrennungsmotors (5), eines Kraftfahrzeuges (7) mit: – Einem dem Verbrennungsmotor (5) motornah nachgeschalteten ersten Katalysator (15), – einem dem ersten Katalysator (15) nach geschaltet angeordneten zweiten Katalysator (27), – einer dem ersten Katalysator (15) zugeordneten ersten elektrischen Heizung (11) zur Erwärmung des ersten Katalysators (15) und oder des Abgasstroms (3), – einer dem zweiten Katalysator (27) zugeordneten zweiten Heizung (23) zur Erwärmung des zweiten Katalysators (27) und oder des Abgasstroms (3).
  2. Katalysatoranordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste elektrische Heizung (11) dem ersten Katalysator (15) und die zweite elektrische Heizung (23) dem zweiten Katalysator (27) vorgeschaltet ist.
  3. Katalysatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Katalysator (15) und der zweite Katalysator (27) als NOX-Speicherkatalysatoren (17, 29) (NSK) ausgebildet sind.
  4. Katalysatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, wobei der erste Katalysator (15) als Oxidationskatalysator (33) (Ox-Kat.) und der zweite Katalysator (27) als SCR-Katalysator (35) ausgebildet sind.
  5. Katalysatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem ersten Katalysator (15) ein Partikelfilter (19) nachgeschaltet ist.
  6. Katalysatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem zweiten Katalysator (27) ein Sperrkatalysator (31) nachgeschaltet ist.
  7. Katalysatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Ansteuerung und/oder Regelung eine Motorsteuerung (75) vorgesehen ist.
  8. Verfahren zur Reinigung eines Abgasstroms (3) eines Verbrennungsmotors (5) eines Kraftfahrzeuges (7) mit einer Katalysatoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einem der folgenden Schritte: – Anheben einer Abgastemperatur (41, 43) des Abgasstroms (3) mittels der ersten elektrischen Heizung (11), – Anheben einer Abgastemperatur (41, 43) des Abgasstroms (3) mittels der zweiten elektrischen Heizung (23), – Anheben einer Abgastemperatur (41, 43) mittels einer katalytischen Umsetzung motorisch mittels des Verbrennungsmotors (5) erzeugter Kohlenwasserstoffe (HC), – Ansteuern eines Funktionsbereiches (49), einer NOx-Speicherung mittels der Temperaturanhebung, – Ansteuern eines Funktionsbereichs, einer Entschwefelung der Katalysatoranordnung (1) mittels der Temperaturanhebung.
  9. Kraftfahrzeug (7) mit einer Katalysatoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2282027A1 (de) * 2009-07-29 2011-02-09 International Engine Intellectual Property Company, LLC Erhitzung von Abgas zur Dieselrußpartikelfilterregeneration
US9968886B2 (en) 2015-08-05 2018-05-15 Ford Global Technologies, Llc Dual catalyst heating system
FR3065921A1 (fr) * 2017-05-02 2018-11-09 Peugeot Citroen Automobiles Sa Vehicule equipe d’un systeme de depollution des gaz d’echappement
US11339698B2 (en) 2020-05-27 2022-05-24 Cummins Inc. Multiple heater exhaust aftertreatment system architecture and methods of control thereof
US11365662B2 (en) 2020-03-25 2022-06-21 Cummins Inc. Systems and methods for coordinated exhaust temperature control with electric heater and engine
US11428133B2 (en) 2020-05-27 2022-08-30 Cummins Inc. Systems and methods for managing catalyst temperature based on location
EP4060168A1 (de) 2021-03-17 2022-09-21 Volkswagen Ag Abgastemperaturabhängige regeneration eines partikelfilters mittels einer heizvorrichtung
US11920533B2 (en) 2020-05-27 2024-03-05 Cummins Inc. Systems and methods for coordination of skip-fire and aftertreatment heater operation to maintain exhaust gas temperature

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4236271A1 (de) * 1991-10-28 1993-04-29 Toyota Motor Co Ltd
DE19640577A1 (de) 1995-10-02 1997-04-10 Toyota Motor Co Ltd Elektrisch beheizter Katalysator für einen Motor
US6112520A (en) * 1997-09-12 2000-09-05 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Exhaust gas purifying system for internal combustion engine
DE19933654A1 (de) 1999-07-17 2001-01-18 Audi Ag Anordnung zum elektrischen Beheizen eines Katalysators
EP1553269A1 (de) * 2003-12-25 2005-07-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vorrichtung und Verfahren zur Abgasreinigung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4236271A1 (de) * 1991-10-28 1993-04-29 Toyota Motor Co Ltd
DE19640577A1 (de) 1995-10-02 1997-04-10 Toyota Motor Co Ltd Elektrisch beheizter Katalysator für einen Motor
US6112520A (en) * 1997-09-12 2000-09-05 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Exhaust gas purifying system for internal combustion engine
DE19933654A1 (de) 1999-07-17 2001-01-18 Audi Ag Anordnung zum elektrischen Beheizen eines Katalysators
EP1553269A1 (de) * 2003-12-25 2005-07-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vorrichtung und Verfahren zur Abgasreinigung

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2282027A1 (de) * 2009-07-29 2011-02-09 International Engine Intellectual Property Company, LLC Erhitzung von Abgas zur Dieselrußpartikelfilterregeneration
US9968886B2 (en) 2015-08-05 2018-05-15 Ford Global Technologies, Llc Dual catalyst heating system
FR3065921A1 (fr) * 2017-05-02 2018-11-09 Peugeot Citroen Automobiles Sa Vehicule equipe d’un systeme de depollution des gaz d’echappement
US11365662B2 (en) 2020-03-25 2022-06-21 Cummins Inc. Systems and methods for coordinated exhaust temperature control with electric heater and engine
US11898481B2 (en) 2020-03-25 2024-02-13 Cummins Inc. Systems and methods for coordinated exhaust temperature control with electric heater and engine
US11339698B2 (en) 2020-05-27 2022-05-24 Cummins Inc. Multiple heater exhaust aftertreatment system architecture and methods of control thereof
US11428133B2 (en) 2020-05-27 2022-08-30 Cummins Inc. Systems and methods for managing catalyst temperature based on location
US11920506B2 (en) 2020-05-27 2024-03-05 Cummins Inc. Multiple heater exhaust aftertreatment system architecture and methods of control thereof
US11920533B2 (en) 2020-05-27 2024-03-05 Cummins Inc. Systems and methods for coordination of skip-fire and aftertreatment heater operation to maintain exhaust gas temperature
EP4060168A1 (de) 2021-03-17 2022-09-21 Volkswagen Ag Abgastemperaturabhängige regeneration eines partikelfilters mittels einer heizvorrichtung
DE102021106568A1 (de) 2021-03-17 2022-09-22 Volkswagen Aktiengesellschaft Abgastemperaturabhängige Regeneration eines Partikelfilters mittels einer Heizvorrichtung

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