DE102018122875A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (10), insbesondere für einen selbstzündenden Verbrennungsmotor nach dem Dieselprinzip. In der Abgasanlage (40) des Verbrennungsmotors (10) sind in Strömungsrichtung des Abgases ein erster Katalysator (50, 98), stromabwärts des ersten Katalysators (50,98) eine erste Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und weiter stromabwärts eine zweite Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet. Dabei ist stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54) und stromaufwärts der zweiten Abgasnachhandlungskomponente (56, 58) ein Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator (96) angeordnet.Es ist vorgesehen, dass in einer Kaltstartphase des Verbrennungsmotors (10) die Stickoxide in dem Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator (96) eingelagert werden und bevor die Stickoxide aus diesem Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator (96) desorbieren, zumindest eine weitere stickoxidmindernde Abgasnachbehandlungskomponente (56, 58) auf ihre Light-Off-Temperatur aufgeheizt ist, um aus dem Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator (96) freigesetzte Stickoxide zu konvertieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Abgasnachbehandlungssystems.
  • Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellen hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen Stickoxid-Emissionen eine Herausforderung für die Motorenentwickler dar. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator, sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren aufweisen. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt Ammoniak verwendet. Weil der Umgang mit reinem Ammoniak aufwendig ist, wird bei Fahrzeugen üblicherweise eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wobei die wässrige Harnstofflösung Ammoniak im Abgaskanal freisetzt. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sich im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen.
  • Jede Vorrichtung zur katalytischen Abgasreinigung benötigt zum Erreichen einer Wirksamkeit das Überschreiten einer Mindesttemperatur, der sogenannten Light-off-Temperatur. Bei einem Kaltstart eines Kraftfahrzeugs liegen der Verbrennungsmotor und die Komponenten zur Abgasnachbehandlung im Temperaturniveau etwa auf Umgebungstemperatur. Auch mit einem hohen Energieeintrag in die Abgasanlage müssen zunächst die thermisch träge Masse der Abgasanlage überwunden und die Strahlungs- beziehungsweise Konvektionsverluste kompensiert werden, um zumindest eine Teilwirksamkeit der Abgasnachbehandlungskomponenten zu erreichen. In dieser Zeit werden die Rohemissionen des Verbrennungsmotors weitgehend ungereinigt emittiert. Abhängig vom Energieeintrag in die Abgasanlage kann dieser Zeitraum verkürzt werden, jedoch niemals auf Null abgesenkt werden.
  • Beim Dieselmotor ist bekannt, einem SCR-Abgasreinigungssystem einen NOx-Speicherkat vorzuschalten, der bereits im Bereich 120 - 200°C eine gute Konvertierungsleistung erbringt, während der SCR-Katalysator erst ab ca. 180°C eine Konvertierung von Stickoxid-Emissionen ermöglicht. Die Abgasnachbehandlungskomponenten können einzeln oder insgesamt während ihrer Aufheizphase, insbesondere bis zur jeweiligen Light-off-Temperatur durch elektrische Heizelemente oder thermische Abgasbrenner unterstützt werden.
  • Aus der DE 10 2016 001 197 B3 ist ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor bekannt, bei welchem der Abgaskanal stromabwärts eines Auslasses des Verbrennungsmotors und stromaufwärts einer Turbine eines Abgasturboladers einen ersten Abgaskanal und einen zweiten Abgaskanal verzweigt, wobei ein Abgasstrom durch die beiden Abgaskanäle mittels Abgasklappen gesteuert werden kann, wobei in einem der Abgaskanäle ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet ist. Dabei kann der NOx-Speicherkatalysator nach einem Kaltstart besonders schnell auf seine Funktionstemperatur gebracht werden, um die NOx-Emissionen in der Kaltstartphase zu verringern.
  • Aus der DE 10 2017 214 572 A1 ist ein Verbrennungsmotor mit einem Abgasnachbehandlungssystem bekannt, bei dem in Strömungsrichtung eines Abgases durch eine Abgasanlage des Verbrennungsmotors ein Oxidationskatalysator, stromabwärts des Oxidationskatalysators ein Niedertemperatur-Stickoxid-Speicherkatalysator und weiter stromabwärts ein Partikelfilter mit einer SCR-Beschichtung angeordnet sind.
  • Darüber hinaus offenbart die US 2011 061 371 A1 einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasnachbehandlungssystem mit einer Abgasanlage, in welcher ein NOx-Speicherkatalysator und ein HC-Speicherkatalysator angeordnet sind, wobei eine Tankentlüftung des Kraftstofftanks mit dem Abgaskanal verbunden ist, und wobei die unverbrannten Kohlenwasserstoffe aus der Tankentlüftung genutzt werden, um den NOx-Speicherkatalysator zu regenerieren.
  • Darüber hinaus offenbart die DE 10 2016 209 610 A1 ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Dieselmotor, wobei in der Abgasanlage des Dieselmotors in Strömungsrichtung ein Oxidationskatalysator, ein Partikelfilter und ein Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet sind. Dabei ist vorgesehen, anhand der eindosierten Reduktionsmittelmenge und der NOx-Konzentration im Abgaskanal stromabwärts des SCR-Katalysators die Reduktionsmittelmenge entsprechend anzupassen, um einen AmmoniakSchlupf möglichst gering zu halten.
  • Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, eine oder mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten stromaufwärts einer Turbine eines Abgasturboladers anzuordnen, um die vor der Turbine höhere Abgastemperatur für ein schnelleres Aufheizen auf die Light-Off-Temperatur dieser Abgasnachbehandlungskomponente zu nutzen. Ebenso bekannt sind Isolierungen zur Verminderung der Wärmeverluste an den Wänden der Abgasanlage. Alle diese Vorrichtungen benötigen einen gewissen Zeitraum bis zur Aktivierung. Nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors kann einerseits die Schadstoffbelastung des Abgases des Verbrennungsmotors infolge einer nicht optimalen Verbrennung hoch sein, andererseits ist üblicherweise die Abgasnachbehandlung zumindest hinsichtlich der Temperatur des Abgases beziehungsweise der Abgasnachbehandlungskomponenten nicht im optimalen Betriebsbereich. Somit wird nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors zumindest ein Teil der vom Verbrennungsmotor emittierten Schadstoffe unkonvertiert in die Umwelt emittiert. In diesem Zeitraum kann eine besonders schadstoffreiche Fahrweise bereits zu einem Überschreiten der zulässigen Emissionsgrenzwerte einer RDE-Fahrt (Real Driving Emissions) führen, sodass selbst bei einer anschließend 100 % Konvertierungsrate der Gesamtfahrzyklus als „nicht bestanden“ gewertet werden müsste. Besonders kritisch sind hier die NOx-Emissionen zu bewerten, die mit steigender Fahrdynamik überproportional zunehmen.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Abgasanlage des Verbrennungsmotors derart weiterzuentwickeln, dass eine verbesserte Abgasnachbehandlung möglich ist und insbesondere die Stickoxid-Endrohr-Emissionen nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors verringert werden können.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Abgasanlage mit einem Abgaskanal, in welchem ein erster Katalysator, eine erste Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und eine zweite Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet sind, gelöst. Dabei ist stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente und stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente ein Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator angeordnet. Unter einem Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator ist in diesem Zusammenhang ein Speicherkatalysator zu verstehen, welcher in einem Temperaturbereich von 40°C - 100°C eine hohe NOx-Speicherfähigkeit aufweist, jedoch bei höheren Temperaturen die eingelagerten Stickoxide wieder unkonvertiert emittiert. Ein solcher Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator kann daher bereits sehr zeitnah nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors eine gute, jedoch nur temporäre NOx-Minderung ermöglichen. Durch die Kombination mit einem Partikelfilter mit SCR-Beschichtung oder einem SCR-Katalysator, welcher während der Kaltstartphase auf seine Light-Off-Temperatur aufgeheizt wird und diese erreicht, bevor es zu einer Desorption der Stickoxide aus dem nachgeschalteten Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator kommt, können die Stickoxidemissionen in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors deutlich verringert werden. Durch die Position des Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysators stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente können die weiteren Abgasnachbehandlungskomponenten durch das Abgas und gegebenenfalls zusätzlich unterstützt durch Heizelemente auf ihre Betriebstemperatur aufgeheizt werden, bevor die Stickoxide aus dem Niedertemperatur-NOX-Speicherkatalysator thermisch desorbieren. Somit können insbesondere in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors die NOx-Endrohr-Emissionen minimiert werden.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Merkmale sind vorteilhafte Weiterentwicklungen und nicht triviale Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Abgasnachbehandlungssystems möglich.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgasanlage einen ersten Bypasskanal für den Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator aufweist. Auf diese Art und Weise kann der Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator aus dem Abgasstrom entkoppelt werden, um eine thermische Desorption der im Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator zurückgehaltenen Stickoxide zu vermeiden, bevor die nachgeschaltete zweite Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden eine hinreichende NOx-Konvertierungsaktivität aufweist.
  • Bevorzugt ist dabei, wenn der erste Bypasskanal stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, insbesondere stromabwärts eines Partikelfilters mit einer SCR-Beschichtung, aus dem Abgaskanal abzweigt und stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, insbesondere stromaufwärts eines SCR-Katalysators in Unterbodenposition eines Kraftfahrzeuges, wieder in den Abgaskanal des Verbrennungsmotor einmündet. Dadurch können die SCR-Katalysatoren zur Reduktion der Stickoxide genutzt werden, sobald diese ihre Betriebstemperatur erreicht haben. In dieser Heizphase kann verhindert werden, dass eingespeicherte NOx-Emissionen aus dem Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator desorbieren und somit emittiert werden, bevor sie durch die SCR-Katalysatoren konvertiert werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass in dem Abgaskanal stromabwärts einer Verzweigung des Bypasskanals aus dem Abgaskanal und stromaufwärts des Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysators eine erste Abgasklappe und in dem Bypasskanal eine zweite Abgasklappe angeordnet sind. Dadurch kann der Abgasstrom des Verbrennungsmotors auf einfache Art und Weise entweder durch den Abgaskanal und somit durch den Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator oder durch den Bypass geleitet werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass stromabwärts des Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysators und stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, insbesondere stromaufwärts eines oder mehrerer in Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges angeordneten SCR-Katalysator(s)en, ein Heizelement, bevorzugt ein elektrisch beheizbarer Katalysator, angeordnet ist. Dieser hintere elektrisch beheizbare Katalysator umfasst ein elektrisches Heizelement, vorzugsweise eine elektrische Heizscheibe. Durch das Heizelement können die Abgasnachbehandlungskomponenten zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden im Wesentlichen unabhängig vom Abgasstrom des Verbrennungsmotors auf ihre Light-Off-Temperatur aufgeheizt werden. Unter „im Wesentlichen unabhängig vom Abgasstrom“ ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass das Abgas zwar als Trägerstrom zur konvektiven Wärmeübertragung von dem Heizelement auf die entsprechende Abgasnachbehandlungskomponente genutzt wird, die zum Heizen genutzte Energie jedoch primär aus dem Heizelement und nicht oder nur zu geringem Anteil aus dem Abgas des Verbrennungsmotors stammt. Ein Trägerstrom kann notwendig sein, um bei einem elektrischen Heizelement eine punktuelle Überhitzung und somit ein Abschalten oder eine thermische Schädigung des elektrischen Heizelements zu verhindern. Bei einem Heizelement in Form eines Abgasbrenners bildet das Abgas des Brenners selbst den Trägerstrom aus.
  • Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Heizelement als ein elektrisch beheizbares Heizelement, insbesondere als eine elektrische Heizscheibe, ausgebildet ist. Durch ein elektrisches Heizelement kann auf einen zusätzlichen Abgasbrenner verzichtet werden, wodurch die Kosten für einen solchen Brenner vermieden werden. Zudem sind keine zusätzlichen Leitungen für eine Brennstoffversorgung des Abgasbrenners notwendig. Ein elektrisches Heizelement kann über vergleichsweise einfache elektrische Leitungen angeschlossen werden. Ein elektrisches Heizelement in Form einer dem Partikelfilter vorgeschalteten Heizscheibe oder eines elektrisch beheizbaren Filtersubstrats kann zudem die Regeneration des Partikelfilters unterstützen, sodass in diesem Falle weniger oder kürzere motorische Heizmaßnahmen möglich sind, um die Regeneration des Partikelfilters einzuleiten.
  • Alternativ oder zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Heizelement in Form eines Abgasbrenners ausgebildet ist. Da der Abgasbrenner mit seinem Abgas selbst einen Trägerstrom ausbildet, ist eine besonders einfache und wirkungsvolle konvektive Wärmeübertragung auf die entsprechenden Komponenten der Abgasnachbehandlung, insbesondere die SCR-Katalysatoren in Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges, möglich.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein zweiter Bypasskanal vorgesehen, welcher stromabwärts des Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysators aus dem Abgaskanal abzweigt und stromabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden wieder in den Abgaskanal einmündet. Durch einen zweiten Bypass kann zumindest ein Teil des Abgasstroms an den weiteren Abgasnachbehandlungskomponenten zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden vorbeigeleitet werden. Dies ermöglicht insbesondere bei kaltem Abgas, dass diese Abgasnachbehandlungskomponenten nicht zusätzlich gekühlt werden und sich leichter durch ein elektrisches Heizelement aufheizen lassen. Somit kann zumindest einer der SCR-Katalysatoren in Unterbodenlage vergleichsweise schnell auf seine Betriebstemperatur zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden aufgeheizt werden, wodurch die Effizienz des Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors, weiter verbessert werden kann.
  • Bevorzugt ist dabei, wenn der zweite Bypass fluidisch mit dem ersten Bypass verbunden ist. Dadurch kann das Abgas aus dem ersten Bypass in den zweiten Bypass geleitet werden, wodurch bei der Steuerung des Abgasstroms zusätzlich Möglichkeiten bezüglich der Aufteilung und der Abgasführung geschaffen werden, sodass eine möglichst schnelle Aufheizung der Abgasnachbehandlungskomponenten und somit eine maximal-effiziente Abgasnachbehandlung realisiert werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass in dem Abgaskanal stromabwärts der zweiten Verzweigung und stromaufwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators eine dritte Abgasklappe und in dem zweiten Bypasskanal eine vierte Abgasklappe angeordnet sind. Durch die weiteren Abgasklappen ist eine entsprechende Steuerung und Aufteilung des Abgasstroms auf zumindest einen der Bypasskanäle sowie den Abgaskanal möglich. Dadurch entstehen weitere Freiheitsgrade, wodurch die Aufheizung der Abgasnachbehandlungskomponenten weiter verbessert werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der erste Katalysator als NOx-Speicherkatalysator ausgeführt ist. Ein NOx-Speicherkatalysator kann ab etwa 90 - 100°C Stickoxide zurückhalten und benötigt damit geringere Temperaturen als ein SCR-Katalysator. Somit kann ein NOx-Speicherkatalysator in vergleichsweise kurzer Zeit auf seine Betriebstemperatur aufgeheizt werden. Durch die Anordnung des NOx-Speicherkatalysators stromaufwärts der Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und somit stromaufwärts des Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysators erwärmt er sich zudem schneller als der Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator. Somit ist sichergestellt, dass der NOx-Speicherkatalysator seine Betriebstemperatur erreicht hat und Stickoxide wirksam zurückhalten kann, bevor der Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator seine obere Grenztemperatur erreicht und die darin eingespeicherten Stickoxide desorbieren.
  • Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass der erste Katalysator einen Oxidationskatalysator umfasst. Durch einen ersten Katalysator, welcher zumindest einen Oxidationskatalysator umfasst, ist die exotherme Umsetzung von unverbrannten Kraftstoffbestandteilen möglich. Durch diese exotherme Umsetzung kann das Aufheizen der SCR-Beschichtung auf dem Partikelfilter oder des SCR-Katalysators unterstützt werden, damit der SCR-Katalysator seine Light-Off-Temperatur erreicht, bevor der Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator seine obere Grenztemperatur erreicht und die eingelagerten Stickoxide desorbieren. Somit ist sichergestellt, dass zu jedem Zeitpunkt zumindest eine der NOx-reduzierenden Abgasnachbehandlungskomponenten ihre Betriebstemperatur erreicht hat und Stickoxidemissionen wirksam verringert werden können. Dem zumindest einen Oxidationskatalysator kann zur Steigerung der Konvertierungsleistung für HC und CO sowie zur schnelleren Durchwärmung auch der nachgeschalteten ersten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein vorderes Heizelement vor- oder nachgeschaltet sein. Dieses Heizelement ist bevorzugt als ein elektrisch beheizbares Heizelement, insbesondere als eine elektrische Heizscheibe, ausgebildet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein SCR-Katalysator oder ein Partikelfilter mit einer SCR-Beschichtung ist. Ein Partikelfilter mit einer SCR-Beschichtung vereint die Funktionalität eines Partikelfilters mit der Funktionalität eines SCR-Katalysators. Dadurch kann gegebenenfalls auf einen zusätzlichen motornahen SCR-Katalysator verzichtet werden, was die Kosten für das Abgasnachbehandlungssystem reduziert und die Montage vereinfacht. Zusätzlich kann dem Partikelfilter mit der SCR-Beschichtung ein weiterer SCR-Katalysator mit weniger als 50 mm Abgaslauflänge vor- oder nachgeschaltet sein, um die gesamthafte NOx-Konvertierungsleitung der ersten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden zu erhöhen.
  • Um durch unterschiedliche Positionen in der Abgasanlage den Funktionsbereich, in welchem wenigstens einer der SCR-Katalysatoren im notwendigen Temperaturbereich betrieben wird, zu vergrößern, wird die erste Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden bevorzugt als Partikelfilter mit einer SCR-Beschichtung, vorzugsweise als motornaher Partikelfilter mit SCR-Beschichtung, ausgeführt. Ferner wird die zweite Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden als der SCR-Katalysator ausgeführt, welcher vorzugsweise in einer motorfernen Unterbodenposition des Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Unter einer motornahen Position ist in diesem Zusammenhang eine Position in der Abgasanlage mit einer Abgaslauflänge von weniger als 80 cm ab zumindest einem Auslassventil des Verbrennungsmotors zu verstehen. Eine motorferne Position ist durch eine Abgaslauflänge von zumindest 30 cm zwischen dem Austritt der ersten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und dem Eintritt in die zweiten Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden definiert.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem vorgeschlagen, welches folgende Schritte umfasst:
    • - Kaltstart des Verbrennungsmotors, wobei ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors durch die erste Abgasnachbehandlungskomponente und den Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator geleitet wird, wobei
    • - die Stickoxid-Emissionen des Verbrennungsmotors, welche nicht in den stromauf angeordneten Abgasnachbehandlungskomponenten konvertiert oder gespeichert werden, im Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator eingespeichert werden, und wobei
    • - ein hinterer elektrisch beheizbarer Katalysator stromabwärts des Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysators elektrisch beheizt wird.
  • Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren können die Stickoxidemissionen des Verbrennungsmotors in der Kaltstartphase minimiert werden. Dabei wird zumindest eine der weiteren Abgasnachbehandlungskomponenten zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden auf ihre Betriebstemperatur aufgeheizt, bevor es zu einer thermischen Desorption der im Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator zurückgehaltenen Stickoxide kommt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Heizelement des hinteren elektrisch beheizbaren Katalysators nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors solange aktiviert bleibt, bis zumindest eine weitere Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ihre Light-Off-Temperatur erreicht hat. Dadurch kann eine Aufheizung der SCR-Katalysatoren in Unterbodenlage auf ihre Betriebstemperatur verkürzt werden. Haben die SCR-Katalysatoren ein vorgegebenes Temperaturniveau erreicht, so kann zur Erhöhung der Lebensdauer des elektrischen Heizelements im elektrisch beheizbaren Katalysator und um Energie zu sparen dieses Heizelement in der Heizleistung reduziert oder deaktiviert werden.
  • In einer Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass unmittelbar nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors ein erster Teilstrom des Abgasstroms über den hinteren elektrisch beheizbaren Katalysator und die zweite Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und ein zweiter Teilstrom über den zweiten Bypasskanal geleitet wird. Damit kann ein schnelleres Aufheizen der SCR-Katalysatoren in Unterbodenlage erreicht werden, da nicht der gesamte, noch kalte Abgasstrom durch die SCR-Katalysatoren geführt wird. Somit wird der Abgasmassenstrom, welcher durch das hintere elektrische Heizelement aufgeheizt werden muss, begrenzt, was zu einer schnelleren Aufheizung der SCR-Katalysatoren in Unterbodenlage führt.
  • In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der zweite Bypasskanal ab dem Erreichen einer Schwellentemperatur für das Abgas und/oder die weitere Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden verschlossen, vorzugsweise vollständig verschlossen, wird. Haben die SCR-Katalysatoren eine Schwellentemperatur, vorzugsweise eine Temperatur von etwa 300°C erreicht, so kann eine vollständige Konvertierung der Stickoxidemissionen durch die Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden erreicht werden. In diesem Falle ist es vorteilhaft, den zweiten Bypasskanal zu schließen, um den Schlupf an unkonvertierten Stickoxiden und gegebenenfalls weiteren Schadstoffen wie beispielsweise Ammoniak zu reduzieren.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der erste Bypass für den Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator verschlossen wird, wenn der Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator zu mindestens 80%, vorzugsweise zu mindestens 95%, entladen ist. Ist der Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator im Wesentlichen entleert, so erfolgt bei höheren Abgastemperatur keine weitere Einlagerung von Stickoxiden, da diese sofort wieder desorbieren würden. Um einen Schlupf an Stickoxid-Emissionen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, in diesem Betriebszustand auch den zweiten Bypasskanal zu schließen. Somit funktioniert das Abgasnachbehandlungssystem in diesem Betriebszustand wie ein bekanntes Abgasnachbehandlungssystem mit Doppeldosierung, wobei zumindest stromaufwärts des Partikelfilters mit SCR-Beschichtung und bevorzugt zusätzlich stromaufwärts der Unterboden-SCR-Katalysatoren jeweils ein Dosiermodul vorgesehen ist, mit welchem ein Reduktionsmittel zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in den Abgaskanal eingebracht werden kann.
  • 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. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:
    • 1 einen Verbrennungsmotor mit einem Luftversorgungssystem und einer Abgasanlage mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem;
    • 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor;
    • 3 das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem in einer ersten Betriebsstellung unmittelbar nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors;
    • 4 das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem in einer zweiten Betriebsstellung, in welchem der Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator entladen wird; und
    • 5 das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem in einer dritten Betriebsstellung, in welcher das Abgasnachbehandlungssystem durchwärmt ist und eine Konvertierung der Stickoxid-Emissionen durch die SCR-Katalysatoren erfolgt.
  • 1 zeigt die schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 10 mit einem Luftversorgungssystem 20 und einer Abgasanlage 40. Der Verbrennungsmotor 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein direkteinspritzender Dieselmotor und weist mehrere Brennräume 12 auf. An den Brennräumen 12 ist jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 zur Einspritzung eines Kraftstoffes in den jeweiligen Brennraum 12 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Einlass 16 mit einem Luftversorgungssystem 20 und mit seinem Auslass 18 mit einer Abgasanlage 40 verbunden. Der Verbrennungsmotor 10 umfasst ferner eine Hochdruck-Abgasrückführung mit einem Hochdruck-Abgasrückführungsventil, über welches ein Abgas des Verbrennungsmotors 10 von dem Auslass 18 zum Einlass 16 zurückgeführt werden kann. An den Brennräumen 12 sind Einlassventile und Auslassventile angeordnet, mit welchen eine fluidische Verbindung vom Luftversorgungssystem 20 zu den Brennräumen 12 oder von den Brennräumen 12 zur Abgasanlage 40 geöffnet oder verschlossen werden kann.
  • Das Luftversorgungssystem 20 umfasst einen Ansaugkanal 28, in welcher in Strömungsrichtung von Frischluft durch den Ansaugkanal 28 ein Luftfilter 22, stromabwärts des Luftfilters 22 ein Luftmassenmesser 24, insbesondere ein Heißfilmluftmassenmesser, stromabwärts des Luftmassenmessers 24 ein Verdichter 26 eines Abgasturboladers 36, stromabwärts des Verdichters 26 eine Drosselklappe 30 und weiter stromabwärts ein Ladeluftkühler 32 angeordnet sind. Dabei kann der Luftmassenmesser 24 auch in einem Filtergehäuse des Luftfilters 22 angeordnet sein, sodass der Luftfilter 22 und der Luftmassenmesser 24 eine Baugruppe ausbildet. Stromabwärts des Luftfilters 22 und stromaufwärts des Verdichters 26 ist eine Einmündung 34 vorgesehen, an welcher eine Abgasrückführungsleitung 86 einer Niederdruck-Abgasrückführung 80 in den Ansaugkanal 28 mündet.
  • Die Abgasanlage 40 umfasst einen Abgaskanal 42, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch den ersten Abgaskanal 42 eine Turbine 44 des Abgasturboladers 36 angeordnet ist, welche den Verdichter 26 im Luftversorgungssystem 20 über eine Welle antreibt. Der Abgasturbolader 36 ist vorzugsweise als Abgasturbolader 36 mit variabler Turbinengeometrie ausgeführt. Dazu sind einem Turbinenrad der Turbine 44 verstellbare Leitschaufeln vorgeschaltet, über welche die Anströmung des Abgases auf die Schaufeln der Turbine 44 variiert werden kann. Stromabwärts der Turbine 44 sind mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten 46, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 64, 96, 98 vorgesehen. Dabei ist unmittelbar stromabwärts der Turbine 44 als erste Komponente der Abgasnachbehandlung ein NOx-Speicherkatalysator 98 angeordnet. Dem NOx-Speicherkatalysator 98 kann ein Heizelement 46 in Form einer vorderen elektrischen Heizscheibe vor- oder nachgeschaltet sein. Stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators 98 ist ein Partikelfilter 52 mit einer Beschichtung 54 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet. Stromabwärts des Partikelfilters 52 ist ein Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator 96 im Abgaskanal 42 angeordnet. Stromabwärts des Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysators 96 sind vorzugsweise in Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges zumindest ein weiterer SCR-Katalysator 56, vorzugsweise zwei weitere SCR-Katalysatoren 56, 58 vorgesehen. Dem SCR-Katalysator 56 ist ein hinterer elektrisch beheizbarer Katalysator 64 vorgeschaltet, um eine Aufheizung des SCR-Katalysators 56, 58 im Wesentlichen unabhängig vom Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen. Stromabwärts des letzten SCR-Katalysators 58 ist ein Ammoniak-Sperrkatalysator 60 vorgesehen. Stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators 98 und stromaufwärts des Partikelfilters 52 mit der SCR-Beschichtung 54 ist ein erstes Dosiermodul 38 zur Eindosierung eines Reduktionsmittels 92 in den Abgaskanal 42 vorgesehen. Stromabwärts des Partikelfilters 52 zweigt eine Abgasrückführungsleitung 86 an einer Verzweigung aus dem Abgaskanal 42 ab. Stromabwärts des Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysators 96 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 56, 58 in Unterbodenlage ist ein weiteres Dosiermodul 62 angeordnet, um Reduktionsmittel 92 in den Abgaskanal einzudosieren. Ferner ist ein Bypasskanal 70 vorgesehen, mit welchem das Abgas des Verbrennungsmotors 10 an dem Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator 96 vorbeigeführt werden kann. Ferner ist ein zweiter Bypasskanal 72 vorgesehen, mit welchem das Abgas an den SCR-Katalysatoren 56, 58 und dem Ammoniak-Sperrkatalysator 60 in Unterbodenlage vorbeigeführt werden kann. Ferner umfasst die Abgasanlage 40 eine Mehrzahl von Abgasklappen 74, 76, 78, 88, mit welchen das Abgas des Verbrennungsmotors 10 in einen der Bypasskanäle 70, 72 oder in den Abgasrückführungskanal 86 der Niederdruck-Abgasrückführung 80 geleitet werden kann.
  • Alternativ oder zusätzlich zu dem NOx-Speicherkatalysator 98 kann auch zumindest ein Oxidationskatalysator 50 verwendet werden. Ferner können anstelle des Partikelfilters 52 mit der SCR-Beschichtung 54 ein SCR-Katalysator 56 und ein unbeschichteter Partikelfilter 52 oder ein Partikelfilter 52 mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung oder ein Partikelfilter 52 mit SCR-Beschichtung vorgesehen sein.
  • Die Abgasrückführung 80 umfasst neben der Abgasrückführungsleitung 86 einen Abgasrückführungskühler 82 und ein Abgasrückführungsventil 84, über welches die Abgasrückführung durch die Abgasrückführungsleitung 86 steuerbar ist. An der Abgasrückführungsleitung 86 der Abgasrückführung 80 ist ein Temperatursensor 48 vorgesehen, über welchen eine Abgastemperatur in der Abgasrückführung 80 ermittelt werden kann, um die Abgasrückführung 80 zu aktivieren, sobald die Abgastemperatur in der Abgasrückführung 80 einen definierten Schwellenwert überschritten hat. Somit kann verhindert werden, dass Wasserdampf oder im Abgas enthaltenes Reduktionsmittel zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, insbesondere flüssige Harnstofflösung, auskondensiert und in der Abgasrückführung 80 oder im Luftversorgungssystem 20 zu Beschädigungen oder Ablagerungen führt. Stromabwärts der Verzweigung und stromaufwärts des Abgasrückführungskühlers 82 kann ein Filter vorgesehen werden, um den Eintrag von Partikeln in die Abgasrückführung 80 zu minimieren. Der Abgasrückführungskanal 86 mündet an einer Einmündung 34 in die Ansaugleitung 28 des Luftversorgungssystems.
  • In der Abgasanlage 40 ist ein Temperatursensor 48 vorgesehen, mit welchem eine Abgastemperatur in der Abgasanlage 40 überwacht werden kann, um eine effektive und effiziente Abgasnachbehandlung des Abgases des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen. Ferner sind Differenzdrucksensoren 99 vorgesehen, um eine Druckdifferenz über dem Partikelfilter 52 zu bestimmen. Auf diese Weise kann der Beladungszustand des Partikelfilters 52 ermittelt und bei Überschreiten eines definierten Beladungsniveaus eine Regeneration des Partikelfilters 52 eingeleitet werden.
  • Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Motorsteuergerät 90 verbunden, welches über nicht dargestellte Signalleitungen mit den Druck- und Temperatursensoren 48, 99 sowie mit den Kraftstoffinjektoren 14 des Verbrennungsmotors 10 und den Dosierelementen 38, 62 verbunden ist.
  • In 2 ist eine schematische Darstellung der Abgasanlage 40 eines Verbrennungsmotors 10 mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem gezeigt. Im Abgaskanal 42 der Abgasanlage sind in motornaher Position I in Strömungsrichtung eines Abgases durch die Abgasanlage ein vorderer elektrisch beheizbarer Katalysator 46, stromabwärts des ersten elektrisch beheizbaren Katalysators 46 ein NOx-Speicherkatalysator 98 oder ein Oxidationskatalysator 50 und weiter stromabwärts ein Partikelfilter 52 mit einer Beschichtung 54 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet. Unter einer motornahen Position ist in diesem Zusammenhang eine Position mit einer Abgaslauflänge von weniger als 80 cm ab einem Auslass des Verbrennungsmotors 10 zu verstehen. Dabei weist eine einlassseitige Stirnfläche des Oxidationskatalysators 50 oder der NOx-Speicherkatalysators 98 eine Abgaslauflänge von weniger als 60 cm, vorzugsweise von weniger als 45 cm, besonders bevorzugt von weniger als 30 cm ab den Auslassventilen des Verbrennungsmotors 10 auf. Der Oxidationskatalysator 50 oder der NOx-Speicherkatalysator 98 weist ein Katalysatorvolumen von vorzugsweise 1,0 bis 3,5 dm3, bevorzugt von 1,3 bis 2,5 dm3, besonders bevorzugt von 1,5 bis 2,2 dm3 auf. Alternativ zu einem Oxidationskatalysator 50 oder einem NOx-Speicherkatalysator 98 kann auch ein Drei-Wege-Katalysator oder eine offener Partikelfilter mit einer Edelmetallbeschichtung vorgesehen sein. Diesem ersten Katalysator 50, 98 ist eine Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, insbesondere ein Partikelfilter 52 mit einer SCR-Beschichtung 54, nachgeschaltet. Die mittlere Abgaslauflänge zwischen der Austrittsstirnfläche des ersten Katalysators 50, 98 und der Eintritts-Stirnfläche des Partikelfilters 52 beträgt dabei weniger als 40 cm, vorzugsweise weniger als 30 cm, insbesondere weniger als 20 cm Abgaslauflänge. Der Partikelfilter 52 mit der SCR-Beschichtung weist dabei ein Volumen von vorzugsweise 2,5 bis 5,5 dm3, besonders bevorzugt von 2,8 bis 4,2 dm3, insbesondere von 3,0 bis 4,0 dm3 auf. Zwischen dem ersten Katalysator 50, 98 und der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 52 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ist ein erstes Dosiermodul 38 angeordnet, mit welchem ein Reduktionsmittel 92, insbesondere wässrige Harnstofflösung, in den Abgaskanal 42 des Verbrennungsmotors 10 eindosiert werden kann. Die Sprayaufbereitung des Reduktionsmittels 92 kann in bekannter Weise durch einen nicht dargestellten Abgasmischer unterstützt werden.
  • Der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 52 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ist ein Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator 96 nachgeschaltet, welcher insbesondere in einem Temperaturbereich bis 150°C eine hohe NOx-Speichereffizienz aufweist. Die Dimensionierung des Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysators 96 ist so zu wählen, dass er eine NOx-Speicherfähigkeit von 0,9 g bis 3,0 g NOx bei einem Speicherwirkungsgrad von mehr als 90 % bei einer Abgastemperatur von 70° bis 100°C und einer Raumgeschwindigkeit von weniger als 200.000 dm3/h aufweist. Unter Beachtung der in Personenkraftwagen üblicherweise zur Verfügung stehenden Einbauräume errechnet sich eine Volumenvorgabe für den Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator 96 von 1,0 bis 5,0 dm3, bevorzugt von 1,5 bis 3,0 dm3, insbesondere von 1,9 bis 2,5 dm3. Um eine schnelle Desorption der im Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator 96 zurückgehaltenen Stickoxide auszuschließen, ist der Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator 96 beabstandet von der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 52 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und vorzugsweise in einer Unterbodenposition II eines Kraftfahrzeuges angeordnet. Die mittlere Abgaslauflänge von der Austrittsstirnfläche der ersten SCR-Abgasnachbehandlungskomponente 52 bis zur Eintrittsstirnfläche des Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysators 96 beträgt vorzugsweise mindestens 40 cm, vorzugswese mindestens 55 cm, besonders bevorzugt mindestens 70 cm.
  • Dem Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator 96 ist ebenfalls in Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges ein hinterer elektrisch beheizbarer Katalysator 64 oder ein Abgasbrenner nachgeschaltet.
  • Stromabwärts des hinteren elektrisch beheizbaren Katalysators 64 oder des Brenners sind vorzugsweise ein erster SCR-Katalysator 56 und ein weiterer SCR-Katalysator 58 angeordnet. Durch die zwei SCR-Katalysatoren 56, 58 soll zum einen die axiale Wärmeleitung zwischen den beiden SCR-Katalysatoren 56, 58 gemindert werden. Zum anderen können die zwei SCR-Katalysatoren 56, 58 unterschiedliche Beschichtungen, Trägerwerkstoffe und Kanalgeometrien aufweisen.
  • Stromabwärts des letzten SCR-Katalysators 58 ist ein Ammoniak-Sperrkatalysator 60, der einen eventuell vorhandenen Ammoniakschlupf durch das Abgasnachbehandlungssystem durch eine Oxidation des Ammoniaks wirksam mindern kann, angeordnet.
  • Zwischen dem Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator 96 und dem SCR-Katalysator 56 ist vorzugsweise ein zweites Dosiermodul 62 zur Einbringung von Reduktionsmittel 92, insbesondere von wässriger Harnstofflösung, in den Abgaskanal 42 vorgesehen. Auch bei diesem Dosiermodul 62 kann die Vermischung des Reduktionsmittels 92 mit dem Abgas durch einen Abgasmischer unterstützt werden. Dieser Abgasmischer kann stromaufwärts oder stromabwärts des hinteren elektrisch beheizbaren Katalysators 64 angeordnet sein. Das Volumen der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente 56, 58 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden liegt vorzugsweise im Bereich von 2,0 bis 8,0 dm3, besonders bevorzugt im Bereich von 2,5 bis 5,0 dm3, insbesondere im Bereich von 3,0 bis 4,5 dm3. Sofern mehr als ein SCR-Katalysator 56 zum Einsatz kommt, sollte der erste SCR-Katalysator 56 ein Volumen von 0,8 bis 2,0 dm3, vorzugsweise von 1,0 bis 1,5 dm3 aufweisen.
  • Um ein schnelles Aufheizen der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente 56, 58 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden zu ermöglichen, wird ein zweiter Bypasskanal 72 um die zweite Abgasnachbehandlungskomponente 56, 58 sowie den vorgeschalteten hinteren elektrisch beheizbaren Katalysator 64 gelegt. Der zweite Bypasskanal 72 mündet dabei vorzugsweise stromabwärts des Ammoniak-Sperrkatalysators 60 wieder in den Abgaskanal 42, kann aber alternativ auch stromabwärts des ersten SCR-Katalysators 56 oder stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators 58 wieder in den Abgaskanal 42 einmünden.
  • Für eine maximale Effizienz bei der thermischen Desorption des Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysators 96 und der Sicherstellung einer ausreichenden anschließenden Konvertierung der dabei freigesetzten Stickoxide ist es zweckmäßig, um den Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator 96 einen ersten Bypasskanal 70 zu legen. Dabei zweigt der erste Bypasskanal 70 an einer erste Verzweigung 66 aus dem Abgaskanal 42 ab. Der zweite Bypasskanal zweigt an einer zweiten Verzweigung 68 aus dem Abgaskanal 42 ab und mündet an einer Einmündung 94 wieder in diesen. Dabei können der erste Bypasskanal 70 und der zweite Bypasskanal 72 wie in 2 dargestellt fluidisch miteinander verbunden sein, sodass das am Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator 96 vorbeigeführte Abgas auch an den SCR-Katalysatoren 56, 58 in Unterbodenlage vorbeigeführt werden kann.
  • In dem Abgaskanal 42 ist stromabwärts der ersten Verzweigung 66 und stromaufwärts des Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysators 96 eine erste Abgasklappe 74 angeordnet. Ferner ist in dem ersten Bypasskanal 70 eine zweite Abgasklappe 76 angeordnet. In dem Abgaskanal 42 ist stromabwärts der zweiten Verzweigung 68 und stromaufwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators 64 eine dritte Abgasklappe 78 vorgesehen. In dem zweiten Bypasskanal 72 ist eine vierte Abgasklappe 88 vorgesehen.
  • Die Betriebsstrategie des Abgasnachbehandlungssystems gliedert sich in drei Phasen. Dabei ist die erste Phase, welche unmittelbar nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 erfolgt, in 3 dargestellt. Dabei werden nach dem Motorstart des Verbrennungsmotors 10 der erste Katalysator 50, 98, der Partikelfilter 52 mit der SCR-Beschichtung und der Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator 96 vom Abgas des Verbrennungsmotors 10 durchströmt. Dadurch ist das Abgas des Verbrennungsmotors 10 stromabwärts des Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysators 96 quasi frei von Stickoxiden. Der hintere elektrisch beheizbare Katalysator 64 in Unterbodenposition wird aktiviert, der optionale vordere elektrisch beheizbare Katalysator 46 in motornaher Position I kann zusätzlich aktiviert werden. Der Bypasskanal 72 um die SCR-Katalysatoren 56, 58 in Unterbodenposition II wird so geschaltet, dass nur ein Teilstrom des Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch die SCR-Katalysatoren 56, 58 in Unterbodenposition II strömt, während ein weiterer Teilstrom durch den zweiten Bypasskanal 72 geführt wird. Zweckmäßigerweise wird der Abgasstrom durch die SCR-Katalysatoren 56, 58 auf 10 - 150 kg/h, insbesondere auf 20 - 100 kg/h, besonders bevorzugt auf 30 - 80 kg/h eingeregelt. Damit soll ein schnelleres Aufheizen der SCR-Katalysatoren 56, 58 in Unterbodenposition II erreicht werden, da nicht der gesamte, noch kalte Abgasmassenstrom mit aufgeheizt werden muss.
  • In 4 ist eine zweite Phase des Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors dargestellt. Nach Sicherstellung einer ausreichenden Konvertierungsleistung durch die SCR-Katalysatoren 56, 58 in Unterbodenlage II infolge einer entsprechenden Durchwärmung und ebenfalls ausreichende Konvertierungsleistung der motornahen Abgasnachbehandlungskomponente 52, 54 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden wird der Bypasskanal 70 um den Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator 96 so geschaltet, dass durch den Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator 96 und die SCR-Katalysatoren 56, 58 in Unterbodenposition II nur ein Abgasteilstrom geführt wird. Dieser Abgasteilstrom wird vorzugsweise auf 10 - 150 kg/h, insbesondere auf 20 - 100 kg/h, besonders bevorzugt auf 30 - 80 kg/h eingeregelt, sofern die Temperatur in den SCR-Katalysatoren noch im Bereich der Light-Off-Temperatur zwischen 160°C und 230°C liegt. Oberhalb dieses Temperaturbereichs der SCR-Katalysatoren 56, 58 kann der Abgasteilstrom erhöht werden. Ab einer Temperatur der SCR-Katalysatoren 56, 58 von 250°C, bevorzugt von 300°C ist eine Beaufschlagung der SCR-Katalysatoren 56, 58 mit dem vollen Abgasstrom vorteilhaft, sodass oberhalb dieser Temperatur die Bypasskanäle 70, 72 verschlossen werden. Der hintere elektrisch beheizbare Katalysator 64 in Unterbodenposition II wird nur bei sehr niedrigen Abgas- oder Substrattemperaturen der SCR-Katalysatoren 56, 58 von beispielsweise < 200°C zum Warmhalten der SCR-Katalysatoren 56, 58 aktiviert.
  • In einer dritten Betriebsphase, welche auch als Normalbetrieb bezeichnet wird, ist die gesamte Abgasanlage 40 hinreichend durchwärmt, sodass die Bypasskanäle 70, 72 zumindest weitestgehend verschlossen werden. In diesem Betriebszustand entspricht das Abgasnachbehandlungssystem einem Twin-Dosing-System mit einem motornahen Partikelfilter 52 mit SCR-Beschichtung 54 und mindestens einem SCR-Katalysator 56, 58 in Unterbodenposition, welchem jeweils ein Dosiermodul 38, 62 zugeordnet ist. Ein solcher Normalbetrieb ist in 5 dargestellt.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Verbrennungsmotor
    12
    Brennraum
    14
    Kraftstoffinjektor
    16
    Einlass
    18
    Auslass
    20
    Luftversorgungssystem
    22
    Luftfilter
    24
    Luftmassenmesser
    26
    Verdichter
    28
    Ansaugkanal
    30
    Drosselklappe
    32
    Ladeluftkühler
    34
    Einmündung
    36
    Abgasturbolader
    38
    Dosiermodul
    40
    Abgasanlage
    42
    Abgaskanal
    44
    Turbine
    46
    vorderer elektrisch beheizbarer Katalysator
    48
    Temperatursensor
    50
    Oxidationskatalysator
    52
    Partikelfilter
    54
    SCR-Beschichtung
    56
    SCR-Katalysator
    58
    SCR-Katalysator
    60
    Ammoniak-Sperrkatalysator
    62
    zweites Dosiermodul
    64
    hinterer elektrisch beheizbarer Katalysator
    66
    erste Verzweigung
    68
    zweite Verzweigung
    70
    erster Bypasskanal
    72
    zweiter Bypasskanal
    74
    erste Abgasklappe
    76
    zweite Abgasklappe
    78
    dritte Abgasklappe
    80
    Niederdruck-Abgasrückführung
    82
    Abgasrückführungskühler
    84
    Abgasrückführungsventil
    86
    Abgasrückführungsleitung
    88
    vierte Abgasklappe
    90
    Steuergerät
    92
    Reduktionsmittel
    94
    Einmündung
    96
    Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator
    98
    NOx-Speicherkatalysator
    99
    Differenzdrucksensor
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016001197 B3 [0005]
    • DE 102017214572 A1 [0006]
    • US 2011061371 A1 [0007]
    • DE 102016209610 A1 [0008]

Claims (15)

  1. Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (10), umfassend eine Abgasanlage (40) mit einem Abgaskanal (42), in welchem ein erster Katalysator (50, 98), stromabwärts des ersten Katalysators (50, 98) eine erste Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet ist und weiter stromabwärts eine zweite Abgasnachbehandlungskomponente (56, 58) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente (56, 58) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator (96) angeordnet ist.
  2. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasanlage (40) einen ersten Bypasskanal (70) für den Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator (96) aufweist.
  3. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bypasskanal (70) stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden aus dem Abgaskanal (42) abzweigt und stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente (56, 58) wieder in den Abgaskanal (42) des Verbrennungsmotors (10) einmündet.
  4. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abgaskanal (42) stromabwärts einer Verzweigung (66) des Bypasskanals (70) aus dem Abgaskanal (42) und stromaufwärts des Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator (96) eine erste Abgasklappe (74) und in dem ersten Bypasskanal (70) eine zweite Abgasklappe (76) angeordnet sind.
  5. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysators (96) und stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente (56, 58) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein hinterer elektrisch beheizbarer Katalysator (64) angeordnet ist.
  6. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Bypasskanal (72) vorgesehen ist, welcher stromabwärts des Niedertemperatur-NOX-Speicherkatalysators (96) aus dem Abgaskanal (42) abzweigt und stromabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente (56, 58) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden wieder in den Abgaskanal (42) einmündet.
  7. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bypasskanal (72) fluidisch mit dem ersten Bypasskanal (70) verbunden ist.
  8. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abgaskanal (42) stromabwärts der zweiten Verzweigung (68) und stromaufwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators (64) eine dritte Abgasklappe (78) und in dem zweiten Bypass (72) eine vierte Abgasklappe (88) angeordnet sind.
  9. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Katalysator (50, 98) als NOx-Speicherkatalysator (98) ausgeführt ist oder zumindest einen Oxidationskatalysator (50) umfasst.
  10. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnachbehandlungskomponenten (52, 54, 56, 58) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein SCR-Katalysator (56, 58) oder ein Partikelfilter (52) mit einer SCR-Beschichtung (54) sind.
  11. Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einem Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend folgende Schritte: - Kaltstart des Verbrennungsmotors (10), wobei ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) durch die erste Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54) und den Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator (96) geleitet wird, wobei - die Stickoxid-Emissionen des Verbrennungsmotors (10), die nicht in den stromauf angeordneten Abgasnachbehandlungskomponenten (50, 98, 52, 54) konvertiert oder gespeichert werden, im Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator (96) eingespeichert werden, und wobei - ein hinterer elektrisch beheizbarer Katalysator (64) stromabwärts des Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysators (96) elektrisch beheizt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heizelement des hinteren elektrisch beheizbaren Katalysators (64) nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors (10) solange aktiviert bleibt, bis zumindest eine weitere Abgasnachbehandlungskomponente (56, 58) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein vorgegebenes Temperaturniveau erreicht hat.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors (10) ein erster Teilstrom des Abgasstroms über den hinteren elektrisch beheizbaren Katalysator (64) und die weitere Abgasnachbehandlungskomponente (56, 58) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und ein zweiter Teilstrom über den zweiten Bypasskanal (72) geleitet werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bypasskanal (72) ab dem Erreichen einer Schwellentemperatur für das Abgas oder die weitere Abgasnachbehandlungskomponente (56, 58) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden verschlossen wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bypass (70) für den Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator (96) verschlossen wird, wenn der Niedertemperatur-NOx-Speicherkatalysator (96) zu mindestens 80 % entladen ist.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020116160B3 (de) 2020-06-18 2021-09-16 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbennungsmotors sowie Abgasnachbehandlungssytem
WO2021203154A1 (de) * 2020-04-08 2021-10-14 Avl List Gmbh Kraftfahrzeug mit einem abgasnachbehandlungssystem mit wenigstens zwei scr-katalysatoren und verfahren zum betreiben eines solchen kraftfahrezeuges
DE102020115608A1 (de) 2020-06-12 2021-12-16 Volkswagen Aktiengesellschaft Abgasnachbehandlungssystem sowie Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
EP4026994A1 (de) * 2021-01-06 2022-07-13 Volkswagen AG Abgasnachbehandlungssystem sowie verfahren zur abgasnachbehandlung eines verbrennungsmotors
AT525793B1 (de) * 2022-03-02 2023-08-15 Avl List Gmbh Abgasreinigungsanlage für ein von einem Dieselmotor angetriebenes Kraftfahrzeug und Betriebsverfahren hierfür
US11846215B1 (en) 2022-11-15 2023-12-19 Fca Us Llc Exhaust burner heat delivery to catalyst by restricting upstream flow and heat leakage paths

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110061371A1 (en) * 2009-09-15 2011-03-17 Ford Global Technologies, Llc HYDROCARBON AND NOx TRAP
DE102016001197B3 (de) * 2016-02-03 2017-07-06 Audi Ag Abgasanlage
DE102016209610A1 (de) * 2016-06-01 2017-12-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Ausgleich von Ammoniakverlusten während des Betriebs eines SCR-Katalysators
DE102017214572A1 (de) * 2016-08-31 2018-03-01 Gm Global Technology Operations, Llc Verfahren und vorrichtung zum minimieren der deaktivierung eines niedertemperatur-stickoxidabsorbers in einem abgasaufbereitungssystem
DE102017215648A1 (de) * 2017-09-06 2019-03-07 Ford Global Technologies, Llc Entschwefelung eines LNT

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110061371A1 (en) * 2009-09-15 2011-03-17 Ford Global Technologies, Llc HYDROCARBON AND NOx TRAP
DE102016001197B3 (de) * 2016-02-03 2017-07-06 Audi Ag Abgasanlage
DE102016209610A1 (de) * 2016-06-01 2017-12-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Ausgleich von Ammoniakverlusten während des Betriebs eines SCR-Katalysators
DE102017214572A1 (de) * 2016-08-31 2018-03-01 Gm Global Technology Operations, Llc Verfahren und vorrichtung zum minimieren der deaktivierung eines niedertemperatur-stickoxidabsorbers in einem abgasaufbereitungssystem
DE102017215648A1 (de) * 2017-09-06 2019-03-07 Ford Global Technologies, Llc Entschwefelung eines LNT

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021203154A1 (de) * 2020-04-08 2021-10-14 Avl List Gmbh Kraftfahrzeug mit einem abgasnachbehandlungssystem mit wenigstens zwei scr-katalysatoren und verfahren zum betreiben eines solchen kraftfahrezeuges
DE102020115608A1 (de) 2020-06-12 2021-12-16 Volkswagen Aktiengesellschaft Abgasnachbehandlungssystem sowie Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
DE102020116160B3 (de) 2020-06-18 2021-09-16 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbennungsmotors sowie Abgasnachbehandlungssytem
EP4026994A1 (de) * 2021-01-06 2022-07-13 Volkswagen AG Abgasnachbehandlungssystem sowie verfahren zur abgasnachbehandlung eines verbrennungsmotors
AT525793B1 (de) * 2022-03-02 2023-08-15 Avl List Gmbh Abgasreinigungsanlage für ein von einem Dieselmotor angetriebenes Kraftfahrzeug und Betriebsverfahren hierfür
AT525793A4 (de) * 2022-03-02 2023-08-15 Avl List Gmbh Abgasreinigungsanlage für ein von einem Dieselmotor angetriebenes Kraftfahrzeug und Betriebsverfahren hierfür
US11846215B1 (en) 2022-11-15 2023-12-19 Fca Us Llc Exhaust burner heat delivery to catalyst by restricting upstream flow and heat leakage paths

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