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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zu Regenerierung eines Stickoxid-Speicherkatalysators eingesetzt bei einem Fahrzeug sowie eine Vorrichtung, die hierfür geeignet ist.
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Es ist bekannt, dass zum Einhalten von Grenzwerten in Bezug auf Komponenten von Abgasen eine Regeneration eines Stickoxid-Speicherkatalysators notwendig ist. Oftmals wird hierfür eine innermotorische Anfettung genutzt, wobei durch das Weiterleiten von unverbrannten Kohlenwasserstoffen hin zum Speicherkatalysator dessen Regenerierung ermöglicht wird. Eine weitere Möglichkeit, eine Regenerierung eines Stickoxid-Speicherkatalysators vorzusehen, besteht in der Nutzung eines Injektors, der extern an einen Abgasstrang zur Reduktionsmittelzufuhr angeordnet ist. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, einen Reformer zu nutzen, um ein Reduktionsmittel zur Regenerierung des Stickoxid-Speicherkatalysators zuführen zu können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Nutzung des Stickoxid-Speicherkatalysators beispielsweise auch in solchen Situationen sicherstellen zu können, in denen der Verbrennungsmotor nicht läuft.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den jeweiligen Unteransprüchen hervor. Die aus den jeweiligen nebengeordneten Hauptansprüchen hervorgehenden Merkmale sind jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung nur als Formulierungsvorschlag aufzufassen. Ein oder mehrere der dort angegebenen Merkmale können durch ein oder mehrere andere Merkmale aus der Beschreibung wie auch aus der übrigen Offenbarung der Erfindung ausgetauscht werden.
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Es wird ein Verfahren zur Regenerierung eines Stickoxid-Speicherkatalysators vorgeschlagen, welches bei einem Fahrzeug eingesetzt wird, welches in unterschiedlichen Betriebsbereichen betrieben wird, wobei vorzugsweise überwacht wird, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator eine ausreichende Betriebstemperatur zu seiner Regenerierung aufweist und eine Regenerierung zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei der eine Strömungsgeschwindigkeit eines Abgasstroms durch den Stickoxid-Speicherkatalysator sich im Vergleich zu einem vorherigen Zeitbereich zumindest verringert hat, insbesondere zumindest erheblich verringert hat.
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Der vorherige Zeitbereich kann beispielsweise weniger als 240 Sekunden zurückliegen. Bevorzugt liegt dieser Abstand bis zum Vergleich in einem Bereich, der weniger als 180 Sekunden beträgt. So kann zum Beispiel auch ein Zustand nach Abschalten eines Verbrennungsmotors überwacht werden.
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Vorzugsweise wird zur Regenerierung ein gasförmiges Reformat eingesetzt. Das Reformat wird beispielweise gasförmig erzeugt und als solches auch gasförmig in den Abgasstrang dosiert. Ein Spülgefälle zum Beispiel bei einem Stillstand einer Verbrennungskraftmaschine bzw. eine richtige Strömungsrichtung in der Reformatleitung wird zum Beispiel mittels einer Frischluftversorgung des Reformers sichergestellt. Bei einem Motorstillstand sind aufgrund des gasförmigen Aggregatzustands des Reformats sodann keine strömungsdynamischen Vorkehrungen zu treffen. Gemäß einer Weiterbildung wird lediglich eine Niederdruck-Abgasrückführungsklappe zur gezielten Beeinflussung der Strömungsrichtung im Abgasstrang benutzt.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist beispielsweise vorgesehen, dass ein Reformer einer Energieerzeugungsvorrichtung des Fahrzeugs eine eigene Luftpumpe aufweist, die ein Reformatgas durch den Stickoxid-Speicherkatalysator strömen lässt. Dadurch kann eine Regeneration des Stickoxid-Speicherkatalysators beispielweise auch bei einem Stillstand der Energieerzeugungsvorrichtung, zum Beispiel der Verbrennungskraftmaschine, erfolgen.
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Eine Reformaterzeugung erfolgt bevorzugt mit dem vorhandenen Kraftstoff, bevorzugt Dieselkraftstoff. Die Reduktionsmittelquelle ist damit ebenso wie bei einem motorischen Anfetten der mitgeführte Kraftstoff.
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Bevorzugt ist eine Temperaturüberwachung vorzugsweise des Stickoxid-Speicherkatalysators mit dem Verfahren zur Regenerierung gekoppelt. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Regenerierung gesperrt wird, wenn die Temperaturüberwachung ergibt, dass selbst bei zugeführtem Gasstrom zur Regenerierung die dafür notwendige Temperatur jedoch am Stickoxid-Speicherkatalysator nicht mehr vorliegt. Dieses kann den ganzen wie auch nur einen Teil des Stickoxid-Speicherkatalysators betreffen. Beispielswiese wird die Temperatur direkt gemessen, beispielswiese an ein oder mehreren Messstellen am Stickoxid-Speicherkatalysator. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Temperaturüberwachung eine indirekte Temperaturermittlung des Stickoxid-Speicherkatalysators aufweist. So kann eine Temperaturüberwachung einer anderen Komponente im Abgasstrang vorgesehen sein, wobei aus der dort ermittelten Temperatur zurückgeschlossen wird auf diejenige Temperatur, die am Stickoxid-Speicherkatalysator vorliegt. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die Temperaturüberwachung die Regenerierung erst freigibt, wenn eine ausreichende Temperatur überhaupt vorliegt.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn der Vergleich hinsichtlich der Strömungsgeschwindigkeit zu einem unmittelbar vorherigen Zeitbereich erfolgt. Das bedeutet, dass der Vergleich innerhalb von wenigen Sekunden, bevorzugt innerhalb von 5 Sekunden, bevorzugt innerhalb von weniger als 5 Sekunden, insbesondere innerhalb von zwei Sekunden und weniger erfolgt. Dieses ermöglicht zum Beispiel, dass auch bei nur kurzzeitigen Fahrbetriebszuständen eine Regenerierung ausgelöst werden kann. So kann sich beispielweise das Fahrzeug in einem Segel-Betrieb befinden. Segel-Betrieb bedeutet hierbei, dass bei einem Entfernen des Fußes vom Gaspedal ausgekuppelt und somit nicht mit der Verbrennungskraftmaschine gebremst wird. Wenn hingegen das Bremspedal angetippt oder an den Paddels am Lenkrad zur Bedienung des Schaltgetriebes runtergeschaltet wird, wird wieder eingekuppelt und mit der Verbrennungskraftmaschine gebremst.
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Eine ausreichende Betriebstemperatur zur Regenerierung ist beispielsweise davon abhängig, welches Reduktionsmittel zur Regenerierung eingesetzt wird. So besteht die Möglichkeit, dass bei der Nutzung von einem Reduktionsmittel, welches beispielsweise CO, HC und H2 aufweist, eine Regenerierung schon bei Temperaturen um etwa 250°C ermöglicht ist. Diese Temperatur ist insbesondere eine Regenerierungstemperatur als Mindesttemperatur bei Nutzung einer innermotorischen Regenerierung, das heißt beispielsweise durch beabsichtigtes Anfetten. Wird hingegen beispielsweise ein Reformat genutzt, kann dieses eine hohe Qualität aufweisen, beispielsweise eine höhere H2/CO-Konzentration. Bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass die H2/CO-Konzentration in einem Bereich größer jeweils 15 Volumen-Prozent ist, insbesondere jeweils größer 18 Volumen-Prozent. Des Weiteren wird angestrebt, möglichst wenig HC im Reformat einzusetzen, insbesondere ein Reformat zuzuführen, was kein HC aufweist. In diesem Falle kann eine Regenerierungstemperatur als Mindesttemperatur bevorzugt unter 200°C liegen. Diese Light-Off-Temperatur, ab der die Regenerierung des Stickoxid-Speicherkatalysators ermöglicht ist, wird somit bevorzugt vorwählbar in Abhängigkeit von dem zugefügten Regenerierungsmittel berücksichtigt. Dieses kann beispielsweise durch eine Steuerung beziehungsweise Regelung erfolgen. Wird beispielsweise vorgesehen, dass eine Reformate-Zuführung wie aber auch eine innermotorische Anfettung möglich ist, kann in Abhängigkeit von einer Auswahl aus beidem vorgegeben sein, wann eine ausreichende Betriebstemperatur für den Stickoxid-Speicherkatalysator angenommen wird und damit eine Regenerierung überhaupt ausgeführt werden kann. Beispielsweise kann eine Anfettung erfolgen, wenn eine Störung bei einer Zufuhr eines Reformats als Reduktionsmittel vorliegt.
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Das Feststellen einer ausreichenden Betriebstemperatur zur Regenerierung kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung beispielsweise durch eine Überwachung der Temperatur direkt im Stickoxid-Speicherkatalysator erfolgen. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Temperatursensoren am beziehungsweise im Stickoxid-Speicherkatalysator angeordnet sind. Eine weitere Anordnung eines oder mehrerer Temperatursensoren kann beispielsweise vor beziehungsweise hinter dem Stickoxid-Speicherkatalysator vorliegen. Beispielsweise kann auch über eine Berechnung der durchgeströmten Wärmemengen auf eine Temperatur des Stickoxid-Speicherkatalysators rückgeschlossen werden. Eine weitere Ausgestaltung sieht beispielsweise vor, dass in Kenntnis von einem Aufheizverhalten des Stickoxid-Speicherkatalysators eine Zeitvorgabe gewählt wird, ab der eine Regenerierung überhaupt erst zugelassen wird. Dieses vermeidet, dass eine Regenerierung zu einem Zeitpunkt auslösbar ist, zu der der Stickoxid-Speicherkatalysator noch nicht eine ausreichende Light-Off-Temperatur zumindest in ein oder mehreren Bereichen des Katalysator-Körpers aufweist. Die Auswahl einer ausreichenden Betriebstemperatur kann sich hierbei insbesondere auch auf einen ausschließlichen Anfangsbereich des Katalysator-Körpers erstrecken. Hierbei wird beispielsweise vorgesehen, dass durch die dort vollzogene Regenerierung und die dabei frei gewordene Wärme ein weiteres Aufheizen von stromabwärts liegenden Bereichen des Katalysator-Körpers erfolgt. Diese erreichen dadurch schneller ebenfalls die jeweilige Light-Off-Temperatur und können dadurch ebenfalls regeneriert werden. Eine andere Ausgestaltung sieht beispielsweise vor, dass eine ausreichende Betriebstemperatur zur Regenerierung erst dann angenommen wird, wenn der gesamte Speicherkatalysator auf einer Light-Off-Temperatur temperiert worden ist.
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Vorzugsweise ist eine ausreichende Betriebstemperatur zur Regenerierung dadurch sichergestellt, dass erst nach Erfüllen zumindest einer Vorgabe eine entsprechende Regenerierung freigegeben wird. Hierzu kann beispielsweise die Motorsteuerung über einen dort vorhandenen Timer vorsehen, dass nach unmittelbarem Betriebsstart der Verbrennungskraftmaschine, welche im Fahrzeug angeordnet ist, überprüft wird, wann die Verbrennungskraftmaschine zuletzt betätigt wurde. Ist ein Zeitraum hierfür noch nicht allzulange zurückliegend, kann beispielsweise das Motorsteuergerät die implementierte Annahme aufweisen, dass sich die Verbrennungskraftmaschine noch im betriebswarmen Zustand und ebenfalls der Abgasstrang in einem ausreichenden betriebswarmen Zustand befindet. Dadurch kann zum Beispiel angenommen werden, dass die Light-Off-Temperatur des Stickoxid-Speicherkatalysators sofort und unmittelbar nach Betriebsstart der Verbrennungskraftmaschine erzielt wird. In einem derartigen Fall kann die Regenerierung sofort freigegeben werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass beispielsweise in der Motorsteuerung hinterlegt ist, dass in Abhängigkeit vom letzten Betrieb des Fahrzeugs eine daran anzupassende Betriebszeit abzuwarten ist, nach der davon ausgegangen werden kann, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator auf eine ausreichende Light-Off-Temperatur aufgeheizt ist.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die Regenerierung zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem eine Strömungsgeschwindigkeit eines Abgasstromes durch den Stickoxid-Speicherkatalysator geringer ist als zu einem vorherigen Zeitbereich. Eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit weist den Vorteil auf, dass ein höherer Regenerationswirkungsgrad erreichbar ist. Insbesondere das Abpassen von kleinen Raumgeschwindigkeiten innerhalb des Stickoxid-Speicherkatalysators ermöglicht, dass eine Regenerierungseffizienz bei der Regeneration erhöht und eine Desorption von Stickoxiden sowie ein möglicher Schlupf des Regenerationsmittels, beispielsweise CO beziehungsweise HC verringert, insbesondere unterbunden wird. Auch ermöglicht die erhöhte Effizienz bei geringer Raumgeschwindigkeit eine Verringerung des Einsatzes des Reduktionsmittels. Ist für die Regeneration des Speicherkatalysators kein Anfetten des Motors erforderlich, verringert sich zudem der Kraftstoffmehrverbrauch durch die Verbrennungswirkungsgradvorteile des mageren Motorbetriebes. Insbesondere bei einer hierfür erforderlichen Anfettung durch Nachdosierung wird dadurch ein Kraftstoffverbrauch niedrig gehalten.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist beispielsweise vorgesehen, dass eine niedrigere Raumgeschwindigkeit durch Strömungsmessung ermittelbar ist. Hierzu kann beispielsweise zumindest ein entsprechender Strömungssensor im Abgaspfad angeordnet sein. Auch besteht die Möglichkeit, dass über eine Auswertung von beispielsweise im Motorsteuergerät vorhandenen Parametern auf eine Raumgeschwindigkeit insbesondere im Bereich Stickoxid-Speicherkatalysators geschlossen wird. Wird beispielsweise eine vorgebbare Grenze für diese Geschwindigkeit unterschritten, wird eine Regenerierung ausgelöst, sofern ein oder mehrere weitere Vorgaben vorzugsweise ebenfalls für die Regenerierung sprechen. Hierzu kann insbesondere beispielsweise eine Überwachung des Beladungszustandes des Stickoxid-Speicherkatalysators gehören. Neben einer Messung der Geschwindigkeit kann auch eine Änderung der Geschwindigkeit detektiert bzw. ermittelt werden. Die Änderung der Geschwindigkeit lässt beispielweise einen Rückschluss darauf zu, wie signifikant die Abnahme oder Zunahme der Geschwindigkeit ist. So kann beispielsweise eine, über einen gewissen Zeitraum detektierte Änderung der Geschwindigkeit als Auslöser für eine Regenerierung dienen.
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Als Geschwindigkeitssensor kann zum Beispiel ein Volumendurchflussmesser, ein Hitzdraht-Sensor, ein Heißfilmsensor oder sonstiges zum Einsatz gelangen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass ein Abgasmassenstrom in der Motorsteuerung durch einen Frischluft- und durch einen Kraftstoffmassenstrom bekannt ist.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht beispielsweise vor, dass eine Regenerierung in solchen Betriebspunkten erfolgt, in denen davon ausgegangen werden kann, dass eine niedrigere Raumgeschwindigkeit als in anderen Betriebspunkten vorliegt. Gemäß einer Ausgestaltung ist hierbei beispielsweise vorgesehen, dass eine Regenerierung in einem Leerlauf der Verbrennungskraftmaschine erfolgt. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass eine Annahme einer kleinen beziehungsweise keiner Raumgeschwindigkeit angenommen wird, wenn eine Verbrennungskraftmaschine still steht. Dieses kann beispielsweise in einer Motorstillstandsphase im Start-Stopp-Betrieb oder im sogenannten Segel-Betrieb erfolgen. Eine Stillstandsphase des Motors kann jedoch ebenfalls auch bei einem Parallelhybrid oder einem anderen Hybrid-Fahrzeug vorgesehen sein, beispielsweise wenn eine Architektur des Antriebes eine Abkupplung der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht. In diesem Falle können beispielsweise auch weitere Motorstillstandsphasen für die Regenerierung eingesetzt werden. Beispielsweise ist dies möglich bei einem regenerativen Bremsen wie aber auch bei einer möglichen Bergabfahrt oder im Segelbetrieb.
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Bevorzugt wird zur Regenerierung bei einem Motorstillstand das zugeführte Regenerationsmittel in gasförmiger Form zugeführt. Das Regenerationsmittel kann sodann den Stickoxid-Speicherkatalysator fluten beziehungsweise langsam durchströmen. Aufgrund der im Stickoxid-Speicherkatalysator vorhandenen Temperaturen können gleich beziehungsweise oberhalb der Light-Off-Temperatur eine Umsetzung und damit Regeneration ermöglichen. Insbesondere Start-Stopp-Systeme können zur Regenerierung mit eingesetzt werden, insbesondere wenn ein Reformer eingesetzt wird, um das Reduktionsmittel unabhängig von der Betriebsweise der Verbrennungskraftmaschine erzeugen zu können. Insbesondere erlaubt auch die Nutzung des Reformers zur Regenerierungsmittelerzeugung ein derart abgestimmtes Regenerationsmittel erzeugen zu können, dass auch bei niedrigeren Temperaturen eine ausreichende Regenerierung ermöglicht wird.
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Des Weiteren wird gemäß einer Weiterbildung beispielsweise vorgesehen, dass ein eventueller Reduktionsmittelschlupf dadurch vermieden wird, dass eine Nachoxidation auf einem, dem Stickoxid-Speicherkatalysator nachgeschalteten Katalysator mit vorzugsweise großem Sauerstoffspeicher ermöglicht ist. Hierzu wird dieser in Strömungsrichtung betrachtet dem Stickoxid-Speicherkatalysator direkt nachgeordnet. Eine weitere Ausgestaltung sieht beispielsweise vor, dass zur Strömungslenkung beim Motorstillstand eine beispielsweise vor dem Speicherkatalysator vorhandene Abgasgegendruckklappe geschlossen wird. Dadurch kann eine Durchströmungsrichtung durch den Stickoxid-Speicherkatalysator erzwungen werden, die wiederum dessen Regenerierung durch Zuführung des Reformats beziehungsweise Regenerationsmittel ermöglicht. Hierzu wird der Stickoxid-Speicherkatalysator bevorzugt in Abgasströmungsrichtung betrachtet, stromabwärts von der Niederdruck-Abgasrückführungsklappe angeordnet ist.
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Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, welches zum Betrieb in unterschiedlichen Betriebsbereichen vorgesehen ist und mit einer Abgasnachbehandlung versehen ist, die zumindest einen Stickoxid-Speicherkatalysator und einen Reformer aufweist. Der Reformer weist eine Reformatdosierung in einen Abgasstrang vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator auf. Des Weiteren weist das Fahrzeug eine hinterlegte Regenerierungsstrategie für den Stickoxid-Speicherkatalysator auf, die eine Auslösung der Regenerierung bei der Detektierung eines Betriebszustands vorsieht, bei dem keine Last von der Verbrennungskraftmaschine abgefordert wird, vozugsweise einem Motorstillstand. Ein derart vorgeschlagenes Fahrzeug ist bevorzugt einsetzbar bei Nutzung von Start-Stopp- oder Segel-Betrieb, kann aber ebenfalls eingesetzt werden bei beispielsweise Fahrzeugen, bei denen nach dem Abstellen des Fahrzeuges im Motorstillstand noch eine Regenerierung erfolgt. Bei Vorhandensein eines Speicherkatalysator-Bypasses ist eine motorunabhängige Regeneration ebenso im Normalbetrieb sowie im Schub möglich.
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Bevorzugt ist das Fahrzeug derart mit einem Reformer ausgestaltet, dass eine motorunabhängige Reduktionsmittelerzeugung nutzbar wird, um darüber ein Reduktionsmittel zur Regenerierung dem Stickoxid-Speicherkatalysator zumindest im Motorstillstand zuführen zu können. Eine weitere Zuführung des Reduktionsmittels auch während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine ist ebenfalls möglich. Insbesondere erlaubt die Nutzung des Reformers, dass ein zusätzliches Anfetten zur Regenerierung des Stickoxid-Speicherkatalysator mittels Nachdosierung gemäß einer Ausgestaltung beispielsweise verzichtbar ist. Eine Regenerierungsstrategie kann daher beispielsweise ein Umsetzen der Regenerierung ohne Motorfettbetrieb vorsehen. Dieses senkt den Verbrauch der Verbrennungskraftmaschine, da zur Regeneration des Speicherkatalysators der kraftstoffverbrauchsoptimale Magerbetrieb nicht verlassen werden muss. Eine andere Ausgestaltung sieht beispielsweise eine Regenerierungsstrategie vor, bei der ein Anfetten zusätzlich zur Nutzung eines Regenerierungsmittels aus einem Reformer eingesetzt wird.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine Regenerierung bei einer Temperatur des Stickoxid-Speicherkatalysators bei weniger als 200°C erfolgt. Hierzu wird insbesondere die Light-Off-Temperatur im Rahmen der Regelstrategie im Fahrzeug an das Regenerierungsmittel angepasst vorgesehen. Auch kann die Regenerierungsstrategie vorsehen, dass eine Auslösung der Regenerierung bei der Detektierung eines Leerlaufs zwangsläufig erfolgt. Ist beispielsweise das Fahrzeug mit einer Detektierung ausgestattet, die es ermöglicht, längere Standzeiten, zum Beispiel an einer Ampel oder Ähnliches detektieren zu können, kann ein Stillstand des Fahrzeuges beziehungsweise ein Motorstillstand hierfür angepasst ausgenutzt werden. Insbesondere besteht sodann die Möglichkeit, zwischen zu kurzen Motorstillständen beziehungsweise Fahrzeugstillständen einerseits und ausreichend langen Stillständen unterscheiden zu können, die für eine Regenerierung des Stickoxid-Speicherkatalysator geeignet sind.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht beispielsweise vor, dass bei Betrieb des Motors im Leerlauf eine Sekundäreinspritzung zur Regenerierung vorgesehen ist, wobei ein Bypass zum Stickoxid-Speicherkatalysator zum Einsatz kommt. Dieser verhindert beispielsweise, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator durch ein zu fettes Gemisch bei der Regenerierung überhitzen könnte.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den nachfolgenden Figuren hervor. Die aus den einzelnen Figuren hervorgehenden jeweiligen Ausgestaltungen und Merkmale sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Vielmehr können ein oder mehrere dieser Merkmale mit ein oder anderen Merkmalen aus anderen Ausgestaltungen wie auch aus der obigen Beschreibung zu weiteren Ausführungen verknüpft werden. Es zeigen:
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1 eine erste schematische Ansicht eines Fahrzeuges mit schematisch dargestellter Abgasnachbehandlung,
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2 eine zweite Ausgestaltung einer Abgasnachbehandlung in schematischer Darstellung,
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3 eine beispielhafte Darstellung einer Betriebsweise, bei der eine Regenerierung in einem Zustand einer Verbrennungskraftmaschine in einem nichtlastabfragendem Bereich wie beispielsweise einem Leerlauf erfolgt, und
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4 eine weitere schematische Darstellung einer Betriebsweise bei einem Fahrzeug, wobei dieses sich im Stillstand befindet und eine Verbrennungskraftmaschine abgestellt wird, wobei mit dem Abstellen der Verbrennungskraftmaschine eine Regenerierung eingeleitet wird.
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1 zeigt in schematischer Ansicht eine beispielhafte Ausgestaltung eines Fahrzeuges 1. Das Fahrzeug 1 ist vorzugsweise ein Landfahrzeug, insbesondere ein Straßenfahrzeug. Es kann sich hierbei um ein Personenkraftfahrzeug wie aber auch um ein Nutzlastfahrzeug handeln. Das Fahrzeug ist beispielsweise als Hybridfahrzeug ausgestaltet, wobei eine Verbrennungskraftmaschine 2 wie auch ein Elektromotor 3 miteinander gekoppelt sind, beispielsweise über eine Kupplung 4. Die schematische Darstellung gibt keinen tatsächlichen Aufbau eines Antriebsstranges wieder, sondern dient lediglich der schematischen Darstellung. Daher ist im Falle eines Antriebskonzepts neben einer Hybridlösung, beispielsweise durch die dargestellte Kombination von Verbrennungskraftmaschine 2 und Elektromotor 3, ebenfalls auch die alleinige Nutzung einer Verbrennungskraftmaschine oder ein sonstiges Antriebskonzept mit verschiedenen Antriebskomponenten möglich, bei denen eine Abgasnachbehandlung in einem Abgasstrang 4 notwendig ist. Im Abgasstrang 4 ist beispielsweise ein Stickoxid-Speicherkatalysator 6 und stromabwärts davon ein Dieselpartikelfilter 7 angeordnet. Diese Reihenfolge wird motornahes System genannt. Eine vertauschte Reihenfolge, d. h. Dieselpartikelfilter mit stromabwärts befindlichem Stickoxid-Speicherkatalysator, ist ebenso anwendbar. Diese Reihenfolge wird Unterbodensystem genannt. Es können jedoch auch andere Abgasreinigungskomponenten im Abgasstrang 5 angeordnet sein. Beispielsweise ist vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator 4 eine Lambda-Sonde 8 angeordnet. Diese ist beispielsweise mit einer Motorsteuerung 9 verbunden. Die Motorsteuerung 9 ist vorzugsweise ebenfalls in der Lage, den Stickoxid-Speicherkatalysator 6 überwachen zu können. Beispielsweise ist im oder am Stickoxid-Speicherkatalysator 6 zumindest ein Temperatursensor 10 angeordnet. Das Temperatursensor 10 liefert seine Temperaturinformationen an die Motorsteuerung 9. Darüber weist die Motorsteuerung 9, ob der Stickoxid-Speicherkatalysator 6 schon ausreichend temperiert ist, so dass die Light-Off-Temperatur überschritten und eine Regenerierung prinzipiell ermöglicht werden kann. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass beispielsweise über die Lambda-Sonde 8 eine Temperatur detektiert wird. Über einen eventuellen Massenflusssensor 11 oder Geschwindigkeitssensor, der beispielsweise im Abgasstrang 5 angeordnet ist, kann die Motorsteuerung 9 Daten über einen Abgasstrom 12 erhalten. Der Abgasstrom 12 ist schematisch als Pfeil angedeutet. Dem Abgasstrom 12 kann ein Reduktionsmittel 13 zugeführt werden, beispielsweise über eine Nachdosierung von Kraftstoff bei der Verbrennungskraftmaschine 2. Eine weitere Ausgestaltung sieht beispielsweise vor, dass als Reduktionsmittel 13 ein Reformat 14 zugeführt wird. Reduktionsmittel 13 beziehungsweise Reformat 14 sind jeweils schematisch als Pfeile angedeutet. Das Reduktionsmittel 13, beispielsweise in Form des Reformats 14 oder als angefetteter Abgasstrom 12, strömt in den Stickoxid-Speicherkatalysator. Dort wird, sofern dieser eine Temperatur aufweist, die oberhalb der Light-Off-Temperatur liegt, das Reduktionsmittel vorzugsweise in Form des Reformates als direkter chemischer Reaktionspartner bei der NOx-Reduktionsreaktion genutzt. Wie vorgeschlagen wird hierbei der Zuführungszeitpunkt für das Reduktionsmittel beziehungsweise die Reformatdosierung des Reformats 14 in den Abgasstrang 5 durch vorzugsweise die Motorsteuerung 9 derart abgepasst, dass der Abgasstrom 12 eine Strömungsgeschwindigkeit aufweist, die eine signifikante Verlangsamung gegenüber einem vorherigen, kurz zuvor liegendem Zeitbereich hat. Dadurch durchströmt das Reduktionsmittel 13 ebenfalls mit nur sehr geringer Strömungsgeschwindigkeit den Stickoxid-Speicherkatalysator 6. Dadurch besteht ein längerer zur Verfügung stehender Zeitraum, die Stickoxid-Reduktionsreaktion ausführen zu können. Das Reduktionsmittel hat eine längere Verweildauer innerhalb des Stickoxid-Speicherkatalysators 6. Dadurch wird auch insbesondere ermöglicht, dass eine zugegebene Menge des Reduktionsmittels 13 angepasst an die Abgasstromgeschwindigkeit zugeführt werden kann mit Hinblick auf eine Optimierung der Umsetzung im Stickoxid-Speicherkatalysator 6. So wird beispielsweise eine Reduktionsmittelzuführung zu einem Zeitpunkt seitens der Motorsteuerung 9 vorgesehen, bei dem sich die Verbrennungskraftmaschine 2 beispielsweise im Motorstillstand befindet. Dieser Motorstillstand kann beispielsweise im Rahmen eines Start-Stopp-Betriebes vorliegen. Eine weitere Ausgestaltung ist beispielsweise bei dem hier dargestellten Hybridfahrzeug dann ermöglicht, wenn die Kupplung 4 geöffnet wird, die Verbrennungskraftmaschine 2 ausgeschaltet ist und das Fahrzeug so rollt, quasi segelt. Auch kann ein Abschalten der Verbrennungskraftmaschine 2 im Rahmen des Hybridbetriebes dazu genutzt werden, dass zum Abschalten hin eine Regenerierung erfolgt, während der Antrieb des Fahrzeuges durch den Elektromotor 3 gewährleistet ist. Hierzu kann ebenfalls die Motorsteuerung 9 herangezogen werden.
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Für die Umsetzung der Regenerierung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Motorsteuerung 9 auch über eine Detektierung eines Motorstillstandes verfügt. Diese Detektierung kann beispielsweise auch darüber ermöglicht werden, dass ein Sensor 15 vorgesehen ist, der einen Rückschluss auf einen Motorstillstand oder aber zumindest auf einen anderen Betriebszustand mit äußerst geringem Geschwindigkeitsstrom des Abgasstromes 12 hinweist, zum Beispiel bei einem Leerlauf. Der Sensor 15 kann daher beispielsweise zumindest benachbart zur Kupplung 4 angeordnet sein und bei Detektierung einer Entkopplung von Verbrennungskraftmaschine 2 und Elektromotor 3 bei ausschließlichem Antrieb durch den Elektromotor 3 einerseits den Motorstillstand mit initiieren, zum anderen als Überwachung für die Motorsteuerung 9 hierbei dienen. Der Sensor 15 kann jedoch auch an einem anderen Ort des Fahrzeugs angeordnet werden, beispielsweise im Bereich einer Kupplung, einer Startvorrichtung beziehungsweise Zündvorrichtung oder sonstigem.
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Die Motorsteuerung
9 ist bevorzugt in der Lage, nicht nur die Verbrennungskraftmaschine
2, sondern auch den Elektromotor
3 in Form einer übergeordneten Instanz zu steuern, regeln oder in sonstiger Weise zu betreiben, insbesondere auch unter Berücksichtigung weiterer Steuergeräte, die beispielsweise lokal an der Verbrennungskraftmaschine
2 beziehungsweise dem Elektromotor
3 beispielsweise angeordnet sind. Auch kann ein einzelnes Steuergerät vorgesehen sein, das für die Abgasnachbehandlung und insbesondere auch für die Reformataufbereitung und Dosierung zuständig ist. So kann beispielsweise ein Reformer wie auch eine Reformatdosierung
17 zum Einsatz gelangen, wie sie beispielsweise aus der
DE 10 2009 016 097 hervorgeht. Auf die Reformatherstellung, auf die Zuführung des Reformates, auf den Reformer selbst, dessen Betrieb wie auch weitere Einzelheiten auch in Bezug auf einen Stickoxid-Speicherkatalsator in dieser Druckschrift wird im Rahmen dieser Offenbarung voll inhaltlich verwiesen. Das Reformat kann beispielweise über Kraftstsoff aus dem Kraftstofftank im Reformer generiert werden.
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Eine Regenerierungsstrategie kann beispielsweise in der Motorsteuerung 9 hinterlegt sein. Es besteht jedoch ebenfalls die Möglichkeit, dass die eigentliche Regenerierungsstrategie in einem eigenen Steuergerät untergebracht ist und die Motorsteuerung 9 nur die entsprechenden Daten, beispielsweise auch Auslösezeitpunkte dem anderen Steuergerät zuführt. Gemäß einer Ausgestaltung ist beispielsweise vorgesehen, dass die Regenerationsstrategie adaptiv ist. Je nach Betriebs- und damit Fahrweise des Fahrzeuges kann ein unterschiedlich schnelles Aufheizen des Stickoxide-Speicherkatalysators aber auch beispielsweise im Stadtverkehr ein unterschiedliches Beschleunigen, Abbremsen und Stillstehen erfolgen. Durch eine adaptive Lernmöglichkeit kann darauf Rücksicht genommen und eine Regenerationsstrategie somit spezifisch angepasst werden. Wird beispielsweise ein Fahrzeug überwiegend im Stadtverkehr und damit im häufigen Start-Stopp-Betrieb benutzt, muss die Regenerationsstrategie dem Rechnung tragen. Gleiches ist ebenfalls der Fall, wenn das Fahrzeug hingegen im Wesentlichen im Langstreckenbetrieb sich befindet.
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Aus 2 geht eine weitere beispielhafte Ausgestaltung eines zweiten Fahrzeuges 18 hervor. Beispielhaft ist dieses ebenfalls wieder als Hybridfahrzeug ausgeführt, wobei auch das zweite Fahrzeug eine zweite Verbrennungskraftmaschine 19 und einen zweiten Elektromotor 20 aufweist. Insbesondere kann das zweite Fahrzeug 18 in Bezug auf den Antriebsstrang gleich betrieben werden wie das erste Fahrzeug. Es besteht jedoch ebenfalls die Möglichkeit, dass eine Betriebsweise des zweiten Fahrzeug 18 von der des in 1 dargestellten Fahrzeuges auch abweichen kann. Das zweite Fahrzeug 18 weist einen zweiten Abgasstrang 21 auf. In diesem ist nahe zur Verbrennungskraftmaschine 19 ein Oxidationskatalysator 22 angeordnet. Durch diesen strömt ein zweiter Abgasstrom, angedeutet durch den Pfeil. Stromabwärts vom Oxidationskatalysator 9 ist eine Dieselpartikelfilter 23 angeordnet. Dieses erlaubt beispielsweise, dass dem Dieselpartikelfilter 23 eine Strömungsleitvorrichtung 24 nachfolgt. Die Strömungsleitvorrichtung 24 ist beispielsweise eine Abgasklappe oder auch ein Abgasrückführungsventil. Gemäß einer Ausgestaltung ist beispielsweise vorgesehen, dass von diesem Ventil aus ein Teil des durch den Oxidationskatalysator 22 und den Dieselpartikelfilter 23 durchgeströmten Teilmassenstromes 25, angedeutet durch den Pfeil, zurückgeführt wird zur zweiten Verbrennungskraftmaschine 19. Beispielsweise kann dieses im Rahmen eines Niederdruck-Abgasrückführungssystemes erfolgen. Der verbliebene Abgasmassenstrom wird sodann angereichert mit einem Reformat 26, welches aus einem Reformer 27 zur Verfügung gestellt wird. Das Reformat 26 vermischt sich bei Dosierung mit dem Teilmassenstrom. und das Gemisch wird sodann einem Stickoxid-Speicherkatalysator 28 zugeführt. Der Betrieb des Reformers 27 kann wiederum mittels einer Motorsteuerung 29 erfolgen. Insbesondere kann die Reformateinspritzung des Reformats 26 in ihrer Menge aber auch bezüglich des Einspritzdruck so getimt werden, dass das Reformat sicher vollständig bei der Reduktion umgesetzt wird. Ein Ausströmen von nicht reduziertem Reformat im Stickoxid-Speicherkatalysator 28 wird dadurch verhindert.
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Beim zweiten Fahrzeug 18 ist ebenfalls vorgesehen, dass die Regenerierung des Stickoxid-Speicherkatalysators vorzugsweise zu einem Zeitpunkt erfolgt, an dem eine Strömungsgeschwindigkeit signifikant abgenommen, wenn nicht sogar zumindest kurz vor dem Stillstand steht. Dadurch kann die zur Verfügung stehende Reaktionszeit optimiert werden. Die Zuführung des Reformates 26 kann beispielsweise mit einem ungeteilten Abgasstrom, der aus der Verbrennungskraftmaschine 19 abströmt, erfolgen. Es besteht jedoch ebenfalls die Möglichkeit, durch Nutzung beispielsweise des Strömungsleitelementes 24, beispielsweise in Form einer AGR-Klappe, und insbesondere einer Rückführung im Bereich des Abgasrückführungssystemes eine Vermischung mit nur einem Teilabgasstrom vorzusehen. Insbesondere kann auch eine Rückführung eines Teilmassenstromes 25 auf eine Zuführung des Reformates 26 hin beispielsweise über die Motorsteuerung 29 abgestimmt sein.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn eine Anströmung des Stickoxid-Speicherkatalysators mit dem Reformat beziehungsweise dem Gemisch aus Reformat und Abgasstrom möglichst von Beginn an vollflächig auf die gesamte Stirnfläche erfolgt. Dazu ist beispielsweise vorgesehen, dass in Strömungsrichtung vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator eine ausreichende Durchmischungsstrecke, insbesondere aber auch eine Durchmischungsfördereinrichtung vorgesehen sein kann. Beispielsweise kann dieses ein Mischer sein, der eine Homogenisierung des Gemisches anstrebt. Eine andere Ausgestaltung sieht beispielsweise vor, dass in Bezug auf die Stirnfläche des Stickoxid-Speicherkatalysators eine daran angepasste Reformatverteilung im Strömungsquerschnitt unterstützt wird. So kann beispielsweise ein höherer Teilreformatstrom in einem äußeren Umrandungsbereich des Stickoxid-Speicherkatalysators vorgesehen werden. Es kann jedoch ebenfalls auch in einem inneren Bereich einer Stirnseite des Stickoxid-Speicherkatalysators ein höherer Volumenstrom des zugeführten Reformats vorliegen.
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Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass der Reformer
27 nicht nur für die Regenerierung des Stickoxid-Speicherkatalysators
28 Reformat zur Verfügung stellt. Vielmehr besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass der Reformer
27 Reformat zur Regenerierung des Partikelfilters
23 generiert. Dieses ist durch den gestrichelten Pfeil als Zuführung von weiterem Reformat
29 angedeutet. Bezüglich einer derartigen Reformataufbereitung, -zuführung wie auch Regenerierung eines Partikelfilters wird beispielsweise auf den Inhalt der
DE 103 411 43 Bezug genommen, deren diesbezüglicher Inhalt vollumfänglich zum Offenbarungsgehalt dieser Erfindung gehört.
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Des Weiteren kann ein Bypass um den Stickoxid-Speicherkatalysator 28 herum vorgesehen sein. Insbesondere bei Leerlaufbetrieb ermöglicht das eine Regenerierung, die motorunabhängig über die Reformatdosierung ermöglicht werden kann. Dieser Bypass kann beispielsweise durch das Strömungsleitelement 24 geschaffen werden, wenn die Zuführung des Reformats 26 stromaufwärts davon erfolgt. Der Bypass kann aber auch ausschließlich um den Stickoxid-Speicherkatalysator herum verlaufen.
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3 zeigt in beispielhafter schematischer Darstellung eine Möglichkeit, wie sich eine Regenerierungsstrategie wie oben vorgeschlagen auswirkt. Dazu ist in einem xy-Diagramm auf der x-Achse die Zeit eingetragen, auf der y-Achse hingegen wird einerseits eine Strömungsgeschwindigkeit des Abgases aufgetragen, andererseits eine Temperatur des Stickoxid-Speicherkatalysators. Des Weiteren ist auf der y-Achse die Light-Off-Temperatur eingetragen, die eine insbesondere an das zugeführte Reduktionsmittel angepasste Grenze darstellt, bei deren Überschreitung eine Reduktion innerhalb des Stickoxid-Speicherkatalysators erst ermöglicht ist. Wie dargestellt, wird zu Beginn eine Aufheizungsphase des Stickoxid-Speicherkatalysators erfolgen. Dieses wird durch den Abgasstrom, der von der Verbrennungskraftmaschine stammt, ausgeführt. Erreicht die Temperatur die Light-Off-Temperatur und überschreitet diese, wird das beispielsweise durch die Motorsteuerung festgestellt und/oder aber ist zum Beispiel durch diese vorhersagbar. Tritt die Verbrennungskraftmaschine nun in einen Leerlaufbereich ein, was hier angedeutet ist durch die Abnahme der Geschwindigkeit, ergibt sich dadurch ein zu einem ersten Zeitbereich t1 zweiter Zeitbereich t2, in dem die Strömungsgeschwindigkeit im Stickoxid-Speicherkatalysator signifikant abgesenkt ist. Zu diesem Zeitpunkt kann die Regenerierung des Stickoxid-Speicherkatalysators in vorteilhafter Weise, insbesondere mit geringeren Mengen an Regenerierungsmittel ausgeführt werden. Die Zuführung des Regenerierungsmittels kann gegebenenfalls schon beim Absinken der Strömungsgeschwindigkeit und vor Detektieren einer Leerlaufphase erfolgen. Sie kann jedoch ebenfalls auch erst zu einem Zeitpunkt erfolgen, bei dem über einen gewissen Mindestzeitraum der Leerlauf anhält.
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4 zeigt in beispielhafter Ausgestaltung eine weitere Konstellation, bei der ein Erzielen einer Regenerierung in einem Zeitbereich erfolgt, bei dem eine Strömungsgeschwindigkeit im Stickoxid-Speicherkatalysator signifikant abgenommen hat. In 4 ist ebenso wie in 3 wieder ein xy-Diagramm dargestellt. Die Achsen in 4 sind gleich zu der in 3. In 4 ist jedoch die Situation bei einem Stillstand der Verbrennungskraftmaschine in Bezug auf die Situation im Stickoxid-Speichekatalysator dargestellt. Die Strömungsgeschwindigkeit fällt hierzu signifikant ab und wird sogar 0. Die Temperatur des Stickoxid-Speichekatalysators hingegen verbleibt noch aufgrund der Wärmekapazität des Materials des Speicherkatalysators für einen längeren Zeitraum oberhalb der Light-Off-Temperatur. Eine Regenerierung ist daher solange möglich, solange eine Light-Off-Temperatur noch überschritten ist. Es muss jedoch Sorge dafür getragen werden, dass das Reduktionsmittel trotz Stillstand und eventuell schon gegen Null strebender Geschwindigkeit des Abgasstromes eine ausreichende Verteilung im Stickoxid-Speichekatalysator findet. Dieses kann beispielsweise durch einen Nachlauf einer Abgasturbine, durch einen Druckabbau eines Druckes aus einem Abgasrückführungspfad hin zur Atmosphäre oder in sonstiger Weise erfolgen. Wird beispielsweise ein noch im Abgasrückführungspfad enthaltener gegenüber der Atmosphäre höherer Druck dafür genutzt, wird beispielsweise das Abgasrückführungsventil geöffnet und anstelle ein Abgas der Verbrennungskraftmaschine zuzuführen, das im Abgasrückführungspfad enthaltene Abgas nunmehr noch durch den Stickoxid-Speicherkatalysator zur Umgebung zugeführt. Hierbei kann dieser ausströmende Abgasstrom mit Reformat zur Regenerierung angereichert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009016097 [0032]
- DE 10341143 [0037]
