DE102015219113A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors Download PDF

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Falk-Christian Baron von Ceumern-Lindenstjerna
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10), umfassend folgende Schritte:
– Betreiben des Verbrennungsmotors (10) mit einem überstöchiometrischen, mageren Verbrennungsluftverhältnis,
– Einlagern von NOx-Emissionen in einen ersten NOx-Speicherkatalysator (16) und einen nachgeschalteten zweiten NOx-Speicherkatalysator (18) in Form von Nitraten,
– Regenerieren des ersten NOx-Speicherkatalysators (16) durch Betreiben des Verbrennungsmotors (10) mit einem unterstöchiometrischen, fetten Verbrennungsgemisch unter gleichzeitigem Einbringen von Sekundärluft stromab des ersten NOx-Speicherkatalysators (16) und stromauf des zweiten NOx-Speicherkatalysators (18), und
– Regenerieren des zweiten NOx-Speicherkatalysators (18), wobei der Verbrennungsmotor (10) mit einem unterstöchiometrischen, fetten Verbrennungsgemisch betrieben wird und die Sekundärlufteinbringung gestoppt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors. Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellen hohe Anforderungen an motorische Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Weiterhin sind die Fahrzeug- und Motorenhersteller angehalten, den Verbrauch der Verbrennungsmotoren und die damit verbundenen CO2-Emissionen zu reduzieren. Dies führt unter anderem dazu, dass für Verbrennungsmotoren verbrauchsoptimierte Brennverfahren entwickelt werden. Eine Möglichkeit den Verbrauch eines Ottomotors zu reduzieren ist ein Magerbrennverfahren, also ein Brennverfahren, bei dem der Verbrennungsmotor weitestgehend mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird. Da bei einem Magerbrennverfahren die NOx-Emissionen nicht mehr hinreichend mit einem konventionellen Drei-Wege-Katalysator aus dem Abgas umgesetzt werden können, sind zusätzliche Katalysatoren wie NOx-Speicherkatalysatoren erforderlich. Dabei werden die NOx-Emissionen als Nitrate im NOx-Speicherkatalysator eingelagert. Diese NOx-Speicherkatalysatoren müssen periodisch mit Hilfe einer motorischen Fettphase regeneriert werden. Die Gestaltung dieser Fettphase beeinflusst maßgeblich die Endrohremissionen. Darüber hinaus sind Abgasnachbehandlungsvorrichtungen und Abgasnachbehandlungsverfahren bekannt, bei denen in Strömungsrichtung des Abgases des Verbrennungsmotors stromab eines NOx-Speicherkatalysators ein SCR-Katalysator angeordnet ist.
  • So offenbart die DE 103 15 593 B4 eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, bei der ein NOx-Speicherkatalysator stromauf eines SCR-Katalysators angeordnet ist, wobei das im SCR-Katalysator für die selektive katalytische Reduktion benötigte Ammoniak auf dem NOx-Speicherkatalysator gebildet wird.
  • Aus der DE 10 2004 052 062 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regenerierung von Speicherkatalysatoren bekannt. Dazu wird ein Verbrennungsmotor mit einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben und periodisch Sekundärluft in den Abgaskanal eingebracht. Im unterstöchiometrischen Betrieb werden die Schwefeleinlagerungen aus dem Speicherkatalysator entfernt, durch die Sekundärlufteinbringung wird das Entstehen von H2S Emissionen unterdrückt.
  • Nachteilig an einer solchen Lösung ist jedoch, dass es bei der Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators zu einer Betriebsphase des Verbrennungsmotors kommt, in denen der Drei-Wege-Katalysator mit einem unterstöchiometrischen Abgas beaufschlagt wird, so dass während der Regeneration des NOx-Speicherkatalysators keine optimale Abgasreinigung durch den Drei-Wege-Katalysator möglich ist und es zu einem erhöhten Emissionsschlupf kommt.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, welches zu einer verbesserten Abgasnachbehandlung führt und schädliche Emissionen während der Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators weitestgehend vermeidet.
  • Die Aufgabe wird durch Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors gelöst, welches folgende Schritte umfasst:
    • – Betreiben des Verbrennungsmotors mit einem überstöchiometrischen, mageren Verbrennungsluftverhältnis,
    • – Einlagern von NOx-Emissionen in einen ersten NOx-Speicherkatalysator und in einen dem ersten NOx-Speicherkatalysator strömungstechnisch nachgeschalteten zweiten NOx-Speicherkatalysator in Form von Nitraten,
    • – Regenerieren des ersten NOx-Speicherkatalysators durch Betreiben des Verbrennungsmotors mit einem unterstöchiometrischen, fetten Verbrennungsgemisch unter gleichzeitigem Einbringen von Sekundärluft stromab des ersten NOx-Speicherkatalysators und stromauf des zweiten NOx-Speicherkatalysators, und
    • – Regenerieren des zweiten NOx-Speicherkatalysators, wobei der Verbrennungsmotor (weiterhin oder erneut) mit einem unterstöchiometrischen, fetten Verbrennungsgemisch betrieben wird und die Sekundärlufteinbringung gestoppt wird.
  • Durch das vorgeschlagene Verfahren ist eine Regeneration der NOx-Speicherkatalysatoren möglich, ohne dass es während der Regeneration zu einem NOx-Schlupf kommt und somit NOx-Emissionen an die Umgebung freigesetzt werden. Dies ist besonders vorteilhaft bei einem Verbrennungsmotor, der im Magerbetrieb, also mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis λMotor > 1 betrieben wird, da bei einem überstöchiometrischen Verbrennungsverfahren verfahrensbedingt mehr NOx-Emissionen auftreten und diese im Magerbetrieb nicht durch einen Drei-Wege-Katalysator reduziert werden können.
  • Erfindungsgemäß kann mit diesem Verfahren eine zweistufige Regeneration des ersten und des zweiten NOx-Speicherkatalysators durchgeführt werden, wobei vermieden wird, dass während der Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators der zweite NOx-Speicherkatalysator mit einem stöchiometrischen Abgas beaufschlagt wird, was zu einer hohen NOx-Desorption am zweiten NOx-Speicherkatalysator führen würde. Dadurch werden die Verbrauchsvorteile eines im Magerbetrieb betriebenen Verbrennungsmotors mit einer effizienten Abgasnachbehandlung kombiniert, so dass ein sparsamer und emissionsarmer Betrieb des Verbrennungsmotors möglich ist.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass während der Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators durch Einbringen von Sekundärluft in den Abgaskanal stromauf des zweiten NOx-Speicherkatalysators ein überstöchiometrisches Abgasluftverhältnis eingestellt wird, so dass der zweite NOx-Speicherkatalysator während der Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators weiterhin mit NOx-Emissionen beladen werden kann. Bei einer effektiv durchgeführten NSK-Regeneration des ersten Bauteils treten praktisch keine NOx-Emissionen stromab des ersten NSK auf. Durch die Sekundärluft wird vermieden, dass der zweite NOx-Speicherkatalysator mit einem stöchiometrischen Abgas beaufschlagt wird und es bei der Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators zu einer Desorption von Stickoxiden am zweiten NOx-Speicherkatalysator kommt. Dadurch ist eine einfache und wirkungsvolle Methode geschaffen, während der Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators und während eines Betriebs des Verbrennungsmotors mit einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis λMotor < 1 weiterhin Bedingungen am zweiten NOx-Speicherkatalysator zu schaffen, bei denen der zweite NOx-Speicherkatalysator NOx-Emissionen als Nitrate einspeichern kann.
  • Gemäß einer Weiterentwicklung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Sekundärlufteinbringung deaktiviert wird, sobald stromab des ersten NOx-Speicherkatalysators ein unterstöchiometrisches Abgas gemessen wird.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass stromab des zweiten NOx-Speicherkatalysators eine NOx-Konzentration im Abgaskanal gemessen wird und bei Überschreiten eines Schwellenwertes die Regeneration der beiden NOx-Speicherkatalysatoren eingeleitet wird. Durch eine Messung der NOx-Konzentration im Abgaskanal stromab des zweiten NOx-Speicherkatalysators kann ein Zustand detektiert werden, in dem die NOx-Speicherkatalysatoren soweit beladen sind, dass eine weitere Einlagerung von NOx-Emissionen nicht mehr mit der gewünschten Effizienz möglich ist und es somit zu einem Anstieg der Endrohremissionen kommt. Auf dieser Basis kann ein Schwellenwert festgelegt werden, bei dem eine Regeneration der NOx-Speicherkatalysatoren notwendig ist und bei Überschreiten dieses Schwellenwertes eine Regeneration der NOx-Speicherkatalysatoren durchgeführt werden.
  • Gemäß einer weiteren Weiterentwicklung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Abgasluftverhältnis im Abgaskanal stromab des zweiten NOx-Speicherkatalysators gemessen wird und bei einem Erreichen eines unterstöchiometrischen Abgasluftverhältnisses, also einem Fettdurchbruch durch den zweiten NOx-Speicherkatalysator die Regeneration der NOx-Speicherkatalysatoren beendet wird. Da ein Fettdurchbruch durch den zweiten NOx-Speicherkatalysator mit einer vollständigen Regeneration der Nitrateinlagerungen in den NOx-Speicherkatalysatoren korreliert, kann auf diese Weise auf eine vollständige Regeneration der NOx-Speicherkatalysatoren geschlossen werden. Darauf folgend kann der Verbrennungsmotor wieder in einem Magerbetrieb, also mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis, betrieben werden, was zu einer Kraftstoffersparnis führt.
  • In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor während der Regeneration der NOx-Speicherkatalysatoren mit einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis λMotor von 0,9 bis 0,95, vorzugsweise λMotor = 0,92, betrieben wird. Ein unterstöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis ist zum Abbau der Nitrate auf dem NOx-Speicherkatalysator notwendig. Bei diesem Verbrennungsluftverhältnis kann das Entstehen von größeren Mengen an Ruß verhindert werden, was zu einer starken Beladung eines Partikelfilters oder entsprechenden Endrohremissionen führen würde. Zudem kann ein leicht fettes Gemisch in Zusammenspiel mit der Sekundärlufteinbringung genutzt werden, um das Abgas im Abgaskanal aufzuheizen und somit beispielsweise die Regeneration eines Partikelfilters einzuleiten.
  • Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass ein Beginn und/oder ein Ende der Regeneration der NOx-Speicherkatalysatoren mittels eines in einem Steuergerät abgelegten Bilanzierungsmodells zur Ermittlung des Beladungszustandes der NOx-Speicherkatalysatoren eingeleitet wird. Durch ein entsprechendes Bilanzierungsmodell kann die Regeneration eingeleitet werden, bevor es aufgrund von vollständig geladenen NOx-Speicherkatalysatoren zu einem NOx-Schlupf im Abgas kommt. Ferner kann die Regeneration beendet werden, bevor es zu einem Fettdurchbruch durch den zweiten NOx-Speicherkatalysator kommt. Somit können die emittierten Emissionen nochmals reduziert werden.
  • Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem Abgaskanal, einem im Abgaskanal angeordneten Drei-Wege-Katalysator, mit einem in Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgaskanal dem Drei-Wege-Katalysator nachgeschalteten ersten NOx-Speicherkatalysator sowie mit einem in Strömungsrichtung dem ersten NOx-Speicherkatalysator nachgeschalteten zweiten NOx-Speicherkatalysator vorgeschlagen, wobei zwischen dem ersten NOx-Speicherkatalysator und dem zweiten NOx-Speicherkatalysator eine Vorrichtung zur Sekundärlufteinbringung in den Abgaskanal angeordnet ist. Mit einer solchen Vorrichtung kann ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass stromab des zweiten NOx-Speicherkatalysators ein Partikelfilter angeordnet ist. Durch einen Partikelfilter lassen sich zusätzlich Partikelemissionen eliminieren. Dabei muss der Partikelfilter zur Regeneration von Zeit zu Zeit auf eine Regenerationstemperatur aufgeheizt werden und mit einem überstöchiometrischen Abgas durchströmt werden, um die im Partikelfilter zurückgehaltenen Partikel zu oxidieren und den Partikelfilter auf diese Weise zu regenerieren. Dabei kann die Vorrichtung zur Sekundärlufteinbringung genutzt werden, um das Abgas im Abgaskanal bis auf eine Regenerationstemperatur des Partikelfilters aufzuheizen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Zu diesem Zweck kann etwa eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, welche einen computerlesbaren Programmalgorithmus zur Steuerung des Verfahrens sowie gegebenenfalls erforderliche Kennfelder und dergleichen aufweist.
  • Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
  • 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
  • 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
  • 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
  • 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
  • 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
  • 7 ein Diagramm zur Darstellung des Verbrennungsluftverhältnisses im Verbrennungsmotor, vor einem NOx-Speicherkatalysator und nach einem NOx-Speicherkatalysator
  • 8 eine Verfahrensbeschreibung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung mit Sekundärlufteinblasung zwischen einem ersten, motornahen NOx-Speicherkatalysator und einem zweiten NOx-Speicherkatalysator, sowie zur Regeneration der beiden NOx-Speicherkatalysatoren.
  • 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10 mit einer Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors 10, mit einem Abgaskanal 12, wobei in Strömungsrichtung des Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch den Abgaskanal 12 ein Drei-Wege-Katalysator 14 mit integriertem NOx-Speicherkatalysator 16 und stromab des Drei-Wege-Katalysators 14 mit integriertem NOx-Speicherkatalysator 16 ein zweiter NOx-Speicherkatalysator 18 angeordnet ist. Zwischen dem Drei-Wege-Katalysator 14 mit integriertem NOx-Speicherkatalysator 16 und dem zweiten NOx-Speicherkatalysator 18 ist eine Vorrichtung zur Sekundärlufteinbringung 20 in den Abgaskanal 12 vorgesehen. Stromab des Drei-Wege-Katalysators 14 mit integriertem NOx-Speicherkatalysator 16, sowie jeweils stromauf und stromab des zweiten NOx-Speicherkatalysators 18 ist jeweils eine Lambda-Sonde 22 im Abgaskanal 12 angeordnet. Der Drei-Wege-Katalysator 14 mit integriertem NOx-Speicherkatalysator 16 ist bevorzugt motornah verbaut, während der zweite NOx-Speicherkatalysator 18 bevorzugt in Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges verbaut ist. Unter einer motornahen Position wird dabei ein mittlerer Abgaslaufweg von höchstens 50 cm, insbesondere von höchstens 30 cm, nach dem Auslass des Verbrennungsmotors 10 verstanden.
  • In 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Bei weitestgehend gleichem Aufbau wird im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen. In Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgaskanal 12 ist dem Drei-Wege-Katalysator 14 mit integriertem NOx-Speicherkatalysator 16 ein weiterer Drei-Wege-Katalysator 24 vorgeschaltet. Dabei ist der weitere Drei-Wege-Katalysator 24 motornah angeordnet, um ein schnelles Aufheizen des weiteren Drei-Wege-Katalysators nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen
  • In 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung dargestellt. Bei weitestgehend gleichem Aufbau wie in 1 wird im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen. Anstelle eines Drei-Wege-Katalysators 14 mit integriertem NOx-Speicherkatalysator 16 sind die Drei-Wege-Funktion und die NOx-Speicherfunktion auf zwei separate Katalysatoren verteilt, wobei in Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgaskanal 12 zunächst ein Drei-Wege-Katalysator 14 und stromab des Drei-Wege-Katalysators 14 ein erster NOx-Speicherkatalysator 16 angeordnet ist. Dabei sind der Drei-Wege-Katalysator 14 und der erste NOx-Speicherkatalysator 16 motornah angeordnet, während der zweite NOx-Speicherkatalysator 18 bevorzugt motorfern in einer Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist.
  • In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung dargestellt. Bei weitestgehend gleichem Aufbau wie in 1 wird im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen. Im Abgaskanal 12 des Verbrennungsmotors 10 ist in Strömungsrichtung des Abgases stromab des zweiten NOx-Speicherkatalysators 18 ein Partikelfilter 26 angeordnet.
  • In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung dargestellt. Bei weitestgehend gleichem Aufbau wie in 2 wird im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen. Im Abgaskanal 12 des Verbrennungsmotors 10 ist in Strömungsrichtung des Abgases stromab des zweiten NOx-Speicherkatalysators 18 ein Partikelfilter 26 angeordnet.
  • In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Bei weitestgehend gleichem Aufbau wie in 3 ist im Abgaskanal 12 des Verbrennungsmotors 10 in Strömungsrichtung des Abgases stromab des zweiten NOx-Speicherkatalysators 18 ein Partikelfilter 26 angeordnet.
  • Der Partikelfilter 26 kann zusätzlich mit einer SCR-Beschichtung versehen werden, um eine weitere selektive katalytische Reduktion von NOx-Emissionen durchzuführen und den NOx-Schlupf weiter zu reduzieren.
  • Im Betrieb des Verbrennungsmotors 10 entstehen Emissionen, die durch die Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung aus dem Abgas des Verbrennungsmotors 10 entfernt werden müssen. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abgasnachbehandlung kann in drei Phasen unterteilt werden. In einer ersten Phase, welche als Beladephase des NOx-Speicherkatalysators 18 bezeichnet wird, wird der Verbrennungsmotor 10 in einem Magerbetrieb, mit überstöchiometrischem Verbrennungsluftverhältnis, betrieben. Im Magerbetrieb können die entstehenden NOx-Emissionen nicht durch den Drei-Wege-Katalysator 14 reduziert werden. Daher werden die NOx-Emissionen auf dem im Drei-Wege-Katalysator 14 mit integriertem NOx-Speicherkatalysator 16 als ersten NOx-Speicherkatalysator 16 und mit zunehmender Beladung des ersten NOx-Speicherkatalysators auch in dem zweiten NOx-Speicherkatalysator 18 in Unterbodenlage des Kraftfahrzeuges als Nitrate eingespeichert. Die NOx-Speicherkatalysatoren 16, 18 haben nur eine begrenzte Speicherkapazität, so dass diese periodisch regeneriert werden muss.
  • Ist die Beladungsgrenze des zweiten NOx-Speicherkatalysators 18 in Unterbodenlage des Kraftfahrzeuges erreicht, was beispielsweise durch die Messung eines NOx-Schlupfes hinter dem zweiten NOx-Speicherkatalysator 18 oder durch ein in einem Steuergerät des Verbrennungsmotors 10 abgelegtes Bilanzierungsmodell erfolgen kann, wird in einer zweiten Phase die Regeneration der NOx-Speicherkatalysators 16, 18 eingeleitet. Dazu wird der Verbrennungsmotor 10 fett, also mit einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis von beispielsweise λMotor = 0,92, betrieben. Während dieser Betriebsphase des Verbrennungsmotors 10 werden die Nitrate im ersten NOx-Speicherkatalysator 16 zersetzt und das NOx wieder frei und mit einem im Abgas vorliegenden Reduktionsmittel, insbesondere CO oder H2, reduziert.
  • Während der Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators 16 bzw. des Drei-Wege-Katalysators 14 mit integriertem NOx-Speicherkatalysator 16 ergibt sich stromab des ersten NOx-Speicherkatalysators 16 ein stöchiometrisches Abgasluftverhältnis. Daraus folgt am zweiten NOx-Speicherkatalysator 18 eine erhöhte NOx-Desorption, sodass die Nitrate bei einem stöchiometrischen Abgasluftverhältnis bereits zersetzt werden, jedoch kein Reduktionsmittel für die NOx-Emissionen vorliegt. Dies ist in 7 dargestellt. Um dies zu vermeiden, wird während der Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators 16 durch die Vorrichtung zur Sekundärlufteinbringung 20 in den Abgaskanal 12 Luft stromauf des zweiten NOx-Speicherkatalysators 18 in den Abgaskanal 12 eingebracht. Dadurch ergibt sich während der Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators 16 ein überstöchiometrisches Abgas am zweiten NOx-Speicherkatalysator 18, so dass sich der zweite NOx-Speicherkatalysator 18 noch in der Beladungsphase befindet. Darüber hinaus wird das durch die Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators 16 erwärmte Abgas durch die eingebrachte Sekundärluft gekühlt, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Desorption auf dem zweiten NOx-Speicherkatalysator 18 verringert wird.
  • Sobald die Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators 16 abgeschlossen ist, kann in einer dritten Phase die Einbringung von Sekundärluft beendet werden. Zu diesem Zeitpunkt erreicht das unterstöchiometrische Verbrennungsluftgemisch des Verbrennungsmotors 10 den zweiten NOx-Speicherkatalysator 18 und die Regenration des zweiten NOx-Speicherkatalysators 18 kann beginnen. Auf diese Weise können beide NOx-Speicherkatalysatoren 16, 18 nacheinander regeneriert werden, ohne dass es zu einem erhöhten NOx-Schlupf kommt.
  • Die Dauer der Regeneration wird in der Regel so gewählt, dass die im ersten NOx-Speicherkatalysator 16 und die im zweiten NOx-Speicherkatalysator 18 eingelagerten Nitrate vollständig abgebaut werden und die NOx-Speicherkatalysatoren 16, 18 als regeneriert angesehen werden. Diesen Zustand zeigt eine im Abgaskanal 12 stromab des zweiten NOx-Speicherkatalysators 18 angeordnete Lambda-Sonde 22 an. Sobald keine zu reduzierenden Nitrate mehr vorhanden sind, zeigt die Lambda-Sonde 22 eine unterstöchiometrische Abgaszusammensetzung an. Alternativ kann die Regeneration durch ein in einem Steuergerät abgelegtes Bilanzierungsmodell abgebrochen werden.
  • Nach vollständiger Regeneration der beiden NOx-Speicherkatalysatoren 16, 18 wird der Verbrennungsmotor 10 wieder auf ein mageres Verbrennungsluftgemisch umgeschaltet und kann wieder mit verringertem Verbrauch betrieben werden. Das entsprechende Regenerationsverfahren mit den drei Phasen ist in 8 dargestellt.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Verbrennungsmotor
    12
    Abgaskanal
    14
    Drei-Wege-Katalysator/Drei-Wege-Katalysator mit integriertem NOx-Speicherkatalysator
    16
    erster NOx-Speicherkatalysator
    18
    zweiter NOx-Speicherkatalysator
    20
    Vorrichtung zur Sekundärlufteinbringung
    22
    Lambda-Sonde
    24
    weiterer Drei-Wege-Katalysator
    26
    Partikelfilter
    λMotor
    Verbrennungsluftverhältnis
    λvorNSC
    Abgasluftverhältnis stromauf des zweiten NOx-Speicherkatalysators
    λnachNSC
    Abgasluftverhältnis stromab des zweiten NOx-Speicherkatalysators
    λnachTWNSC
    Abgasluftverhältnis stromab des ersten NOx-Speicherkatalysators
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10315593 B4 [0002]
    • DE 102004052062 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Abgases eines Verbrennungsmotors (10), umfassend folgende Schritte: – Betreiben des Verbrennungsmotors (10) mit einem überstöchiometrischen, mageren Verbrennungsluftverhältnis, – Einlagern von NOx-Emissionen in einen ersten NOx-Speicherkatalysator (16) und in einen nachgeschalteten zweiten NOx-Speicherkatalysator (18) in Form von Nitraten, – Regenerieren des ersten NOx-Speicherkatalysators (16) durch Betreiben des Verbrennungsmotors (10) mit einem unterstöchiometrischen, fetten Verbrennungsgemisch unter gleichzeitigem Einbringen von Sekundärluft stromab des ersten NOx-Speicherkatalysators (16) und stromauf des zweiten NOx-Speicherkatalysators (18), und – Regenerieren des zweiten NOx-Speicherkatalysators (18), wobei der Verbrennungsmotor (10) mit einem unterstöchiometrischen, fetten Verbrennungsgemisch betrieben wird und die Sekundärlufteinbringung gestoppt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators (16) durch Einbringung von Sekundärluft in den Abgaskanal (12) stromauf des zweiten NOx-Speicherkatalysators (18) ein überstöchiometrisches Abgasluftverhältnis (λvorNSC) eingestellt wird, so dass der zweite NOx-Speicherkatalysator (18) während der Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators (16) weiterhin mit NOx-Emissionen beladen werden kann.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärlufteinbringung deaktiviert wird, sobald stromab des ersten NOx-Speicherkatalysators (16) ein unterstöchiometrisches Abgas gemessen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass stromab des zweiten NOx-Speicherkatalysators (18) eine NOx-Konzentration im Abgaskanal (12) gemessen wird und bei Überschreiten eines Schwellenwertes die Regeneration der beiden NOx-Speicherkatalysatoren (16, 18) eingeleitet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasluftverhältnis im Abgaskanal (12) stromab des zweiten NOx-Speicherkatalysators (18) gemessen wird und bei einem Erreichen eines unterstöchiometrischen Abgasluftverhältnisses die Regeneration der NOx-Speicherkatalysatoren (16, 18) beendet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) während der Regeneration des NOx-Speicherkatalysators (18) mit einem Verbrennungsluftverhältnis λMotor von 0,9 bis 0,95 betrieben wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beginn und/oder ein Ende der Regeneration der NOx-Speicherkatalysatoren (16, 18) mittels eines in einem Steuergerät abgelegten Bilanzierungsmodells zur Ermittlung des Beladungszustandes der NOx-Speicherkatalysatoren (16, 18) eingeleitet wird.
  8. Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einem Abgaskanal (12) und einem im Abgaskanal (12) angeordneten Drei-Wege-Katalysator (14) und einem in Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgaskanal (12) dem Drei-Wege-Katalysator (14) nachgeschalteten ersten NOx-Speicherkatalysator (16) sowie einem in Strömungsrichtung dem ersten NOx-Speicherkatalysator (16) nachgeschalteten zweiten NOx-Speicherkatalysator (18), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten NOx-Speicherkatalysator (16) und dem zweiten NOx-Speicherkatalysator (18) eine Vorrichtung zur Sekundärlufteinbringung (20) in den Abgaskanal (12) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgaskanal (12) stromab des zweiten NOx-Speicherkatalysators (18) ein Partikelfilter (26) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, welche einen computerlesbaren Programmalgorithmus zur Steuerung des Verfahrens sowie gegebenenfalls erforderliche Kennfelder und dergleichen aufweist.
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