DE112009001032T5 - Passive ammoniak-selektive katalytische Reduktion für NOx-Steuerung in Verbrennungsmotoren - Google Patents

Passive ammoniak-selektive katalytische Reduktion für NOx-Steuerung in Verbrennungsmotoren Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Reduzieren von NOx-Emissionen in einem Abgaszustrom eines Verbrennungsmotors, wobei das Verfahren umfasst:
Ausstatten des Motors mit einem Nachbehandlungssystem, das eine katalytische Vorrichtung umfasst, die stromaufwärts einer ersten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung in Reihe fluidverbunden ist, die stromaufwärts einer zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung fluidverbunden ist, wobei die erste ammoniak-selektive katalytische Reduktionsvorrichtung ein jeweiliges katalytisches Material enthält, das ein erstes unedles Metall umfasst, die zweite ammoniak-selektive katalytische Reduktionsvorrichtung ein jeweiliges katalytisches Material enthält, das ein zweites unedles Metall umfasst;
Modulieren des Motors, um einen Rohemissions-Abgaszustrom zu erzeugen, der Stickstoffmonoxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält, die an der katalytischen Vorrichtung zu Ammoniak umwandelbar sind;
Speichern des Ammoniaks an der ersten und zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung; und
Reduzieren von NOx-Emissionen in der ersten und der zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung unter Verwenden des gespeicherten Ammoniaks.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Offenbarung betrifft die Steuerung von Nachbehandlung von NOx-Emissionen in Verbrennungsmotoren.
  • Hintergrund
  • Die Angaben in diesem Abschnitt sehen lediglich Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung vor und stellen eventuell nicht den Stand der Technik dar.
  • Hersteller von Verbrennungsmotoren entwickeln ständig neue Strategien zur Steuerung von Motoren, um Kundenforderungen nachzukommen und verschiedene Bestimmungen zu erfüllen. Eine solche Motoren-Steuerstrategie umfasst das Betreiben eines Motors bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das überstöchiometrisch ist, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern und Emissionen zu verringern. Solche Motoren umfassen sowohl Motoren mit Kompressionszündung als auch mager verbrennende Motoren mit Fremdzündung.
  • Ein magerer Motorbetrieb kann Stickoxide (NOx), ein bekanntes Nebenprodukt der Verbrennung, erzeugen, wenn in der Ansaugluft des Motors vorhandene Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle sich bei den hohen Verbrennungstemperaturen spalten. Die Raten der NOx-Erzeugung folgen bekannten Beziehungen zu dem Verbrennungsprozess, wobei zum Beispiel höhere Raten der NOx-Erzeugung mit höheren Verbrennungstemperaturen und einem längeren Einwirken der höheren Temperaturen auf die Luftmoleküle in Verbindung stehen.
  • Sobald NOx-Moleküle in dem Brennraum erzeugt werden, können sie in Nachbehandlungsvorrichtungen zu Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen reduziert werden. Der Wirkungsgrad bekannter Nachbehandlungsvorrichtungen ist großteils von Betriebsbedingungen abhängig, beispielsweise einer Vorrichtungsbetriebstemperatur, die durch Abgasstromtemperaturen und Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors bestimmt wird. Ferner umfassen Nachbehandlungsvorrichtungen Materialien, die bei Verwendung aufgrund des Einwirkens hoher Temperaturen und von Schadstoffen in dem Abgaszustrom zu Beschädigung oder Degradation neigen.
  • Bekannte Motorbetriebsstrategien zum Steuern von Verbrennung, um Kraftstoffwirkungsgrad zu verbessern, umfassen das Arbeiten bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das Verwenden von örtlich begrenzter Verbrennung oder Verbrennung mit geschichteter Ladung in dem Brennraum während Arbeiten in einem ungedrosselten Zustand. Während die Temperaturen in dem Brennraum in Verbrennungstaschen hoch genug werden können, um signifikante NOx-Mengen zu erzeugen, kann die gesamte Energieabgabe des Brennraums, insbesondere die von dem Motor durch den Abgasstrom ausgestoßene Wärmeenergie, gegenüber normalen Werten stark verringert sein. Solche Bedingungen können für Abgasnachbehandlungsstrategien problematisch sein, da die Nachbehandlungsvorrichtungen häufig erhöhte Betriebstemperaturen erfordern, die von der Abgasstromtemperatur bestimmt werden, um zum Behandeln von NOx-Emissionen adäquat zu arbeiten.
  • Nachbehandlungssysteme umfassen katalytische Vorrichtungen, um chemische Reaktionen zum Behandeln von Abgasbestandteilen zu erzeugen. Insbesondere bei Benzinanwendungen werden Dreiwegekatalysatorvorrichtungen (TWC) verwendet, um Abgasbestandteile zu behandeln. Mager-NOx-Adsorber (NOx-Falle) nutzen Katalysatoren, die eine gewisse Menge an NOx speichern können, und es wurden Motorsteuertechnologien entwickelt, um diese NOx-Adsorber mit kraftstoffeffizienten Motorsteuerstrategien zu kombinieren, um Kraftstoffwirkungsgrad zu verbessern und immer noch zulässige NOx-Emisssionswerte zu erreichen. Eine bekannte Strategie umfasst das Verwenden eines Mager-NOx-Adsorbers, um während magerer Betriebe NOx-Emissionen zu speichern und dann das gespeicherte NOx während fetter Motorbetriebsbedingungen zu spülen und mit einem TWC zu Stickstoff und Wasser zu reduzieren. Dieselpartikelfilter (DPF) halten bei Dieselanwendungen Ruß und Partikelmaterial zurück, und das festgehaltene Material wird während Regenerationsvorgängen hoher Temperatur regelmäßig gespült.
  • Eine bekannte Nachbehandlungsvorrichtung umfasst eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR). Die SCR-Vorrichtung umfasst katalytisches Material, das die Reaktion von NOx mit einem Reduktionsmittel, beispielsweise Ammoniak oder Harnstoff, fördert, um Stickstoff und Wasser zu erzeugen. Die Reduktionsmittel können stromaufwärts der SCR-Vorrichtung in einen Abgaszustrom eingespritzt werden, was Einspritzsysteme, Tanks und Steuerschemata erfordert. Die Tanks können regelmäßiges Nachfüllen erfordern und können in kalten Klimazonen gefrieren, was zusätzliche Heizvorrichtungen und Isolierung erfordert.
  • In SCR-Vorrichtungen verwendete katalytische Materialien umfassen Vanadium (V) und Wolfram (W) auf Titan (Ti) und unedle Metalle, einschließlich Eisen (Fe) oder Kupfer (Cu) mit einem Zeolith-Washcoat. Katalytische Materialien, die Kupfer enthalten, können bei niedrigeren Temperaturen effektiv arbeiten, weisen aber bei höheren Temperaturen nachweislich mangelhafte Wärmebeständigkeit auf. Katalytische Materialien, die Eisen enthalten, können bei höheren Temperaturen gute Leistung erbringen, jedoch mit sinkendem Reduktionsmittel-Speicherwirkungsgrad bei niedrigeren Temperaturen.
  • Für mobile Anwendungen haben SCR-Vorrichtungen im Allgemeinen einen Betriebstemperaturbereich von 150°C bis 600°C. Der Temperaturbereich kann abhängig vom Katalysator variieren. Dieser Betriebstemperaturbereich kann während oder nach Betrieben mit höherer Last sinken. Temperaturen von über 600°C können einen Reduktionsmitteldurchbruch bewirken und die SCR-Katalysatoren degradieren, während die Wirksamkeit der NOx-Verarbeitung bei Temperaturen unter 150°C sinkt.
  • Zusammenfassung
  • Ein Verfahren und Nachbehandlungssystem zum Reduzieren von NOx-Emissionen in einem Abgaszustrom eines Verbrennungsmotors umfasst eine katalytische Vorrichtung, die stromaufwärts einer ersten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung fluidverbunden ist, die stromaufwärts einer zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung fluidverbunden ist. Die erste ammoniak-selektive katalytische Reduktionsvorrichtung umfasst ein jeweiliges katalytisches Material, das ein erstes unedles Metall umfasst, und die zweite ammoniak-selektive katalytische Reduktionsvorrichtung umfasst ein jeweiliges katalytisches Material, das ein zweites unedles Metall umfasst. Der Motorbetrieb wird moduliert, um einen Rohemissionsabgaszustrom zu erzeugen, der Stickstoffmonoxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff umfasst, die an der katalytischen Vorrichtung zu Ammoniak umwandelbar sind. Das Ammoniak wird an der ersten und zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung gespeichert. Die NOx-Emissionen werden in der ersten und zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung unter Verwenden des gespeicherten Ammoniaks reduziert.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Nun werden ein oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft unter Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben, wobei:
  • 1 eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Motorsystems und Nachbehandlungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 2 ein Steuerschema zum Handhaben eines Abgaszustroms von dem Motor gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 3 graphisch beispielhafte Testdaten von einem beispielhaften NOx-Sensor und einem Ammoniaksensor als Funktion von L/K-V des Motors gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
  • 4 schematisch ein Steuerschema zum Handhaben eines Abgaszustroms von dem Motor gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
  • 5 graphisch beispielhafte Testdaten gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, die eine Beziehung zwischen Ammoniakerzeugung und Fahrzeuggeschwindigkeit beschreiben;
  • 6A und 6B graphisch beispielhafte Testdaten gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellen, die eine Beziehung zwischen kumulativen NOx-Emissionen und Fahrzeuggeschwindigkeit beschreiben;
  • 7 und 8 schematisch Nachbehandlungskonfigurationen des Abgasnachbehandlungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen;
  • 9 graphisch beispielhafte Testdaten gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, die eine Beziehung zwischen Ammoniakerzeugung und Luft/Kraftstoff-Verhältnis beschreiben;
  • 10 schematisch ein Steuerschema zum Handhaben eines Abgaszustroms von dem Motor gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht; und
  • 11–13 graphisch beispielhafte Testdaten gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellen.
  • Eingehende Beschreibung
  • Unter Bezug auf die Zeichnungen, bei denen die Darstellungen lediglich dem Zweck der Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht dem Zweck der Beschränkung derselben dienen, zeigt 1 schematisch einen Verbrennungsmotor 10, ein Nachbehandlungssystem 70 und ein damit einhergehendes Steuermodul 5, die gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung konstruiert worden sind. Der Motor 10 ist selektiv bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (L/K-V), einem stöchiometrischen L/K-V und einem mageren L/K-V betreibbar. Die Offenbarung kann auf verschiedene Verbrennungsmotorsysteme und Verbrennungszyklen angewendet werden.
  • In einer Ausführungsform kann das Nachbehandlungssystem 70 mit dem Motor 10 verbunden werden, der mit einem elektro-mechanischen Hybridantriebsstrangsystem (nicht gezeigt) gekoppelt ist. Das elektromechanische Hybridantriebsstrangsystem kann Drehmomentmaschinen umfassen, die ausgelegt sind, um Zugleistung auf ein Antriebssystem eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) zu übertragen.
  • Der beispielhafte Motor 10 umfasst einen Mehrzylinder-Viertaktmotor mit Direkteinspritzung, der in Zylindern 15 gleitend bewegliche Hubkolben 14 aufweist, die Brennräume 16 veränderlichen Volumens festlegen. Die Kolben 14 sind mit einer sich drehenden Kurbelwelle 12 verbunden, durch die eine lineare Hubbewegung in Drehbewegung umgewandelt wird. Ein Lufteinlasssystem liefert einem Ansaugkrümmer 29 Luft, der Luft in Saugrohre der Brennräume 16 leitet und verteilt. Das Lufteinlasssystem umfasst Luftstromleitungen und Vorrichtungen zum Überwachen und Steuern des Luftstroms. Die Lufteinlassvorrichtungen umfassen vorzugsweise einen Luftmassenstromsensor 32 zum Überwachen von Luftmassenstrom und Ansauglufttemperatur. Eine Drosselklappe 34 umfasst vorzugsweise eine elektronisch gesteuerte Vorrichtung, die verwendet wird, um als Reaktion auf ein Steuersignal (ECT) von dem Steuermodul 5 Luftstrom zu dem Motor 10 zu steuern. Ein Drucksensor 36 in dem Ansaugkrümmer 29 ist ausgelegt, um Krümmerunterdruck und Luftdruck zu überwachen. Ein externer Stromdurchlass führt Abgase von dem Motorauslass zu dem Ansaugkrümmer 29 zurück, wobei er ein Stromsteuerventil aufweist, das als Abgasrückführungs(AGR)-Ventil 38 bezeichnet wird. Das Steuermodul 5 dient zum Steuern von Massenstrom von Abgas zu dem Ansaugkrümmer 29 durch Steuern des Öffnens des AGR-Ventils 38.
  • Luftstrom von dem Ansaugkrümmer 29 in den Brennraum 16 wird durch ein oder mehrere Einlassventil(e) 20 gesteuert. Abgasstrom aus dem Brennraum 16 heraus wird durch ein oder mehrere Auslassventil(en) 18 zu einem Abgaskrümmer 39 gesteuert. Der Motor 10 ist mit Systemen ausgestattet, um das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 zu steuern und anzupassen. In einer Ausführungsform kann das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 durch Steuern von Vorrichtungen 22 bzw. 24 für variable Nockenphasenlage/variable Hubsteuerung (VCP/VLC) des Einlasses und Auslasses gesteuert und angepasst werden. Die Einlass- und Auslass-VCP/VLC-Vorrichtungen 22 und 24 sind ausgelegt, um eine Eingangsnockenwelle 21 bzw. eine Ausgangsnockenwelle 23 zu steuern und zu betreiben. Die Drehungen der Eingangs- und der Ausgangsnockenwelle 21 und 23 sind mit der Drehung der Kurbelwelle 12 verbunden und indiziert, wodurch das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 mit Stellungen der Kurbelwelle 12 und der Kolben 14 verbunden wird.
  • Die Einlass-VCP/VLC-Vorrichtung 22 umfasst vorzugsweise einen Mechanismus, der ausgelegt ist, um den Ventilhub des Einlassventils/der Einlassventile 20 zu schalten und zu steuern und die Phasenlage der Eingangsnockenwelle 21 für jeden Zylinder 15 als Reaktion auf ein Steuersignal (EINLASS) von dem Steuermodul 5 variabel anzupassen und zu steuern. Die Auslass-VCP/VLC-Vorrichtung 24 umfasst vorzugsweise einen steuerbaren Mechanismus, der dazu dient, den Ventilhub des Auslassventils/der Auslassventile 18 variabel zu schalten und zu steuern und die Phasenlage der Ausgangsnockenwelle 23 für jeden Zylinder 15 als Reaktion auf ein Steuersignal (AUSLASS) von dem Steuermodul 5 variabel anzupassen und zu steuern.
  • Die Einlass- und Auslass-VCP/VLC-Vorrichtungen 22 und 24 umfassen jeweils vorzugsweise einen steuerbaren zweistufigen Steuermechanismus für variablen Hub (VLC), der ausgelegt ist, um die Größenordnung des Ventilhubs oder das Öffnen des Einlass- und des Auslassventils/der Einlass- und Auslassventile 20 bzw. 18 zu einer von zwei getrennten Stufen zu steuern. Die beiden getrennten Stufen umfassen vorzugsweise eine offene Ventilstellung mit niedrigem Hub (etwa 4–6 mm in einer Ausführungsform), vorzugsweise für Betrieb mit Lastdrehzahl und niedriger Last, und eine offene Ventilstellung mit hohem Hub (etwa 8–13 mm in einer Ausführungsform), vorzugsweise für Betrieb mit hoher Drehzahl und hoher Last. Die Einlass- und Auslass-VCP/VLC-Vorrichtung 22 und 24 umfasst jeweils vorzugsweise einen Mechanismus für variable Phasenlage (VCP), um die Phasenlage (d. h. relative Steuerzeiten) des Öffnens und Schließens des Einlassventils/der Einlassventile 20 bzw. des Auslassventils/der Auslassventile 18 zu steuern und anzupassen. Das Anpassen der Phasenlage bezeichnet das Verschieben von Öffnungszeiten des Einlass- und des Auslassventils 20 und 18/der Einlass- und der Auslassventile 20 und 18 im Verhältnis zu Stellungen der Kurbelwelle 12 und des Kolbens 14 in dem jeweiligen Zylinder 15. Die VCP-Mechanismen der Einlass- und Auslass-VCP/VLC-Vorrichtungen 22 und 24 weist jeweils vorzugsweise einen Bereich von Phasenlagenzuständigkeit von etwa 60°–90° Kurbeldrehung auf, was es dem Steuermodul 5 erlaubt, das Öffnen und Schließen eines des Einlass- und des Auslassventils/der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 im Verhältnis zur Position des Kolbens 14 für jeden Zylinder 15 auf früh oder spät zu verstellen. Der Bereich der Phasenlagenzuständigkeit wird durch die Einlass- und Auslass-VCP/VLC-Vorrichtungen 22 und 24 festgelegt und beschränkt. Die Einlass- und Auslass-VCP/VLC-Vorrichtungen 22 und 24 umfassen Nockenwellenstellungssensoren (nicht gezeigt), um Drehstellungen der Eingangs- und Ausgangsnockenwellen 21 und 23 zu ermitteln. Die VCP/VLC-Vorrichtungen 22 und 24 werden unter Verwenden von elektrisch-hydraulischer, hydraulischer oder elektrischer Steuerkraft gesteuert von dem Steuermodul 5 betätigt.
  • Der Motor 10 umfasst ein Kraftstoffeinspritzsystem, das mehrere Hochdruck-Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 28 umfasst, die jeweils ausgelegt sind, um als Reaktion auf ein Signal von dem Steuermodul 5 eine Kraftstoffmasse direkt in einen der Brennräume 16 einzuspritzen. Den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 28 wird druckbeaufschlagter Kraftstoff von einem (nicht gezeigten) Kraftstoffverteilungssystem zugeführt.
  • Der Motor 10 umfasst ein (nicht gezeigtes) Fremdzündungssystem, durch das einer Zündkerze 26 Zündenergie zum Zünden oder Unterstützen des Zündens von Zylinderfüllungen in jedem der Brennräume 16 als Reaktion auf ein Signal (IGN) von dem Steuermodul 5 geliefert werden kann.
  • Der Motor 10 ist mit verschiedenen Erfassungsvorrichtungen zum Überwachen von Motorbetrieb ausgestattet, einschließlich mit einem Kurbelsensor 42, der U/min-Abtrieb aufweist und zum Überwachen von Kurbelwellendrehstellung, d. h. Kurbelwinkel und -drehzahl, dient, in einer Ausführungsform mit einem Verbrennungssensor 30, der ausgelegt ist, um Verbrennung zu überwachen, und einem Abgassensor 40, der ausgelegt ist, um Abgase zu überwachen, wobei er in einer Ausführungsform einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor umfasst. Der Verbrennungssensor 30 umfasst eine Sensorvorrichtung, die dazu dient, einen Zustand eines Verbrennungsparameters zu überwachen, und ist als Zylinderdrucksensor abgebildet, der dazu dient, Verbrennungsdruck im Zylinder zu überwachen. Der Ausgang des Verbrennungssensors 30 und des Kurbelsensors 42 werden durch das Steuermodul 5 überwacht, das Verbrennungsphasenlage ermittelt, d. h. die Steuerzeiten von Verbrennungsdruck im Verhältnis zu dem Kurbelwinkel der Kurbelwelle 12 für jeden Zylinder 15 für jeden Verbrennungszyklus. Der Verbrennungssensor 30 kann auch durch das Steuermodul 5 überwacht werden, um einen effektiven Mitteldruck (IMEP) für jeden Zylinder 15 für jeden Verbrennungszyklus zu ermitteln. Vorzugsweise sind der Motor 10 und das Steuermodul 5 mechanisiert, um IMEP-Zustände für jeden der Motorzylinder 15 während jedes Zylinderzündvorgangs zu überwachen und zu ermitteln. Alternativ können andere Erfassungssysteme verwendet werden, um Zustände von anderen Verbrennungsparametern innerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung zu überwachen, z. B. Ionenerfassungszündsysteme und nicht intrusive Zylinderdrucksensoren.
  • Das Steuermodul 5 führt einen darin gespeicherten algorithmischen Code aus, um Aktuatoren zu steuern, um Motorbetrieb zu steuern, einschließlich Drosselstellung, Zündsteuerzeiten, Kraftstoffeinspritzmasse und -steuerzeiten, Einlass- und/oder Auslassventil-Steuerzeiten und -Phasenlage sowie Stellung des Abgasrückführungsventils, um das Strömen von rückgeführten Abgasen zu steuern. Ventilsteuerzeiten und -phasenlage können eine negative Ventilüberschneidung (NVO) und Hub des erneuten Öffnens des Auslassventils (in einer Abgasneuansaugstrategie) umfassen. Das Steuermodul 5 ist ausgelegt, um von einem Fahrer Eingangssignale (z. B. eine Gaspedalstellung und eine Bremspedalstellung), um eine Drehmomentforderung des Fahrers zu ermitteln, und Eingang von den Sensoren, der die Motordrehzahl und Ansauglufttemperatur sowie Kühlmitteltemperatur und andere Umgebungsbedingungen anzeigt, zu erhalten.
  • Das Steuermodul 5 ist vorzugsweise ein digitaler Universalrechner, der im Allgemeinen umfasst: einen Mikroprozessor oder eine zentrale Recheneinheit, Speichermedien mit nicht flüchtigem Speicher, einschließlich Festspeicher und elektrisch programmierbarem Festspeicher, Arbeitsspeicher, Analog/Digital- und Digital/Analog-Schaltkreise mit hochfrequentem Takt und Eingabe/Ausgabe-Schaltkreise und -vorrichtungen (I/O) sowie geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltkreise. Das Steuermodul 5 weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, die speicherresidente Programmbefehle und Kalibrierungen umfassen, die in den nicht flüchtigen Speichervorrichtungen gespeichert sind und ausgeführt werden, um die erwünschten Funktionen vorzusehen. Die Algorithmen werden vorzugsweise während vorab festgelegter Schleifendurchläufe ausgeführt. Algorithmen werden von der zentralen Recheneinheit ausgeführt und dienen dazu, Eingänge von den vorstehend erwähnten Erfassungsvorrichtungen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb der Aktuatoren unter Verwenden vorab festgelegter Kalibrierungen zu steuern. Schleifendurchläufe können bei regelmäßigen Intervallen, zum Beispiel alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs, ausgeführt werden. Alternativ können Algorithmen als Reaktion auf das Auftreten eines Vorgangs ausgeführt werden.
  • Bei Betrieb überwacht das Steuermodul 5 Eingänge von den vorstehend erwähnten Sensoren, um Zustände von Motorbetriebsparametern zu ermitteln. Das Steuermodul 5 ist ausgelegt, um Eingangssignale von einem Fahrer (z. B. mittels eines Gaspedals und eines Bremspedals, nicht gezeigt) zu erhalten, um eine Drehmomentforderung des Fahrers zu ermitteln. Das Steuermodul 5 überwacht die Sensoren, die die Motordrehzahl und Ansauglufttemperatur sowie Kühlmitteltemperatur und andere Umgebungsbedingungen anzeigen.
  • Das Steuermodul 5 führt darin gespeicherten algorithmischen Code aus, um die vorstehend erwähnten Aktuatoren zu steuern, um die Zylinderfüllung zu bilden, einschließlich Steuern von Drosselstellung, Fremdzündungssteuerzeiten, Kraftstoffeinspritzmasse und -steuerzeiten, AGR-Ventilstellung, um das Strömen von rückgeführten Abgasen zu steuern, und Einlass- und/oder Auslassventil-Steuerzeiten und -Phasenlage an derart ausgestatteten Motoren. Die Ventilsteuerzeiten und -Phasenlage können in einer Ausführungsform ein negatives Ventilüberschneiden (NVO) und Hub des erneuten Auslassventilöffnens (bei einer Abgasrücksaugstrategie) umfassen. Das Steuermodul 5 kann so arbeiten, dass es den Motor 10 während laufenden Fahrzeugbetriebs ein- und ausschaltet, und kann so arbeiten, dass es einen Teil der Brennräume 15 oder einen Teil der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 durch Steuerung von Kraftstoff und Zündung sowie Ventildeaktivierung selektiv deaktiviert. Das Steuermodul 5 kann beruhend auf Rückmeldung von dem Abgassensor 40 L/K-V steuern. Der Abgassensor 40 kann einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor mit breitem Bereich umfassen, der ausgelegt ist, um ein dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechendes lineares Signal über einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich zu erzeugen. Alternativ kann der Abgassensor 40 in einer Ausführungsform einen schalterartigen stöchiometrischen Sensor umfassen, der ausgelegt ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht, das entweder unterstöchiometrisch oder überstöchiometrisch ist.
  • Das Abgasnachbehandlungssystem 70 ist mit dem Abgaskrümmer 39 fluidverbunden und umfasst eine katalytische Vorrichtung 48, eine erste ammoniak-selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (NH3-SCR) 60 und eine zweite NH3-SCR-Vorrichtung 62. Die katalytische Vorrichtung 48 ist stromaufwärts der ersten NH3-SCR-Vorrichtung 60 fluidisch und in Reihe angeschlossen. Die erste NH3-SCR-Vorrichtung 60 ist stromaufwärts der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 62 fluidisch und in Reihe angeschlossen. Das Abgasnachbehandlungssystem 70 kann andere katalytische und/oder zurückhaltende Substrate umfassen, die dazu dienen, Elemente des Abgaszustroms zu oxidieren, adsorbieren, desorbieren, reduzieren und zu verbrennen, wie hierin nachstehend beschrieben wird.
  • Das Abgasnachbehandlungssystem 70 kann mit verschiedenen Erfassungsvorrichtungen zum Überwachen des Abgaszustroms von dem Motor 10 ausgestattet sein, einschließlich eines ersten NOx-Sensors 50, der ausgelegt ist, um NOx-Moleküle stromaufwärts der zweiten NH3-SCR 62 zu überwachen und zu quantifizieren, eines zweiten NOx-Sensors 52, um NOx-Moleküle stromabwärts der NH3-SCR 62 zu detektieren und zu quantifizieren, eines ersten Temperatursensors 51, der ausgelegt ist, um die Temperatur der ersten NH3-SCR-Vorrichtung 60 zu überwachen, und eines zweiten Temperatursensors 53, der ausgelegt ist, um die Temperatur der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 62 zu überwachen. Andere NOx-Sensoren können in dem Abgasnachbehandlungssystem 70 enthalten sein, um NOx-Moleküle in dem Abgaszustrom zu detektieren und zu quantifizieren, z. B. ein NOx-Sensor, der ausgelegt ist, um in das Nachbehandlungssystem 70 eindringende NOx-Moleküle zu detektieren, und ein NOx-Sensor, der ausgelegt ist, um aus der katalytischen Vorrichtung 48 austretende NOx-Moleküle zu überwachen.
  • Während Motorbetrieb erzeugt der beispielhafte Motor 10 einen Abgaszustrom, der Bestandteile enthält, die in dem Nachbehandlungssystem umgewandelt werden können, einschließlich Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NOx) und Partikelmaterial (PM) u. a. Sauerstoff (O2) ist in dem Abgaszustrom nach dem überstöchiometrischen Betreiben des Motors 10 vorhanden. Die Erzeugung von Wasserstoff (H2) kann in dem Motor 10 durch den Verbrennungsprozess erfolgen. Die Verbrennung in einem stöchiometrischen oder fetten L/K-V-Umfeld, bei dem wenig molekularer Sauerstoff vorhanden ist, pflegt erhöhte Werte molekularen Wasserstoffs zu erzeugen.
  • Die katalytische Vorrichtung 48 übernimmt eine Reihe von katalytischen Funktionen zum Behandeln eines Abgasstroms. Die katalytische Vorrichtung 48 oxidiert Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO). Die katalytische Vorrichtung 48 ist formuliert, um während eines stöchiometrischen und fetten Motorbetriebs Ammoniak zu erzeugen. Die Formulierung kann das Verwenden unterschiedlicher Katalysatoren, einschließlich Platingruppenmetalle, z. B. Platin, Palladium und Rhodium, mit Cerium- und Zirkoniumoxiden für Sauerstoffspeicherfähigkeit, umfassen. In einer Ausführungsform ist die katalytische Vorrichtung 48 ein Dreiwegekatalysator, der ausgelegt ist, um Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO) zu oxidieren und NOx während stöchiometrischen Motorbetrieben zu reduzieren.
  • Die erste und die zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 reduzieren NOx zu anderen Molekülen, einschließlich Stickstoff und Wasser, wie hierin nachstehend beschrieben wird. Eine beispielhafte NH3-SCR-Vorrichtung umfasst ein Substrat (nicht gezeigt), das mit einem Zeolith-Washcoat und einem katalytischen Material beschichtet ist, das ein katalytisch aktives unedles Metall umfasst. Die erste NH3-SCR-Vorrichtung 62 ist mit dem Zeolith-Washcoat und einem ersten katalytischen Material beschichtet, das ein erstes katalytisch aktives unedles Metall umfasst, und die zweite NH3-SCR-Vorrichtung 62 ist mit dem Zeolith-Washcoat und einem zweiten katalytischen Material beschichtet, das ein zweites katalytisch aktives unedles Metall umfasst. Das erste und das zweite katalytisch aktive unedle Metall sind vorzugsweise unterschiedliche unedle Metalle. Das Substrat umfasst einen Cordierit oder Metallmonolith mit einer Zelldichte von etwa 62 bis 93 Zellen pro Quadratzentimeter (400–600 Zellen pro Quadratzoll) und mit einer Wanddicke von etwa drei Mil (0,0762 mm) bis sieben Mil (0,1779 mm). Die Zellen des Substrats umfassen Stromdurchlässe, durch die Abgas strömt, um den Katalysator zu kontaktieren, um Speicherung von Ammoniak zu bewirken. Das Substrat ist mit dem Zeolith-Washcoat imprägniert. Der Zeolith-Washcoat enthält auch die katalytisch aktiven unedlen Metalle, z. B. Eisen (Fe), Kupfer (Cu), Kobalt (Co), Nickel (Ni). Alternativ können vanadiumbasierte Zusammensetzungen und/oder Zusammensetzungen mit Wolfram (W) auf Titan (Ti) als Katalysatoren verwendet werden. Es hat sich gezeigt, dass Kupferkatalysatoren bei niedrigeren Temperaturen, z. B. 100°C bis 450°C, effektiv arbeiten, aber mangelhafte Wärmebeständigkeit aufweisen. Eisenkatalysatoren können bei höheren Temperaturen, z. B. 200°C bis 650°C, gut arbeiten, aber mit sinkender Reduktionsmittelspeicherfähigkeit.
  • Die erste und zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 speichern Ammoniak, das mit NOx-Emissionen reagiert. Das gespeicherte Ammoniak reagiert bei Vorhandensein der katalytischen Materialien selektiv mit NOx, um Stickstoff und Wasser zu erzeugen. Die folgenden Gleichungen beschreiben die primären Reaktionen mit Ammoniak in der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62: 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O [1] 3NO2 + 4NH3 → 3,5N2 + 6H2O [2] 2NO + 2NO2 + 4NH3 → 4N2 + 6H2O [3]
  • Abhängig von der Art des verbrauchten Kraftstoffs können mehrere sekundäre Reaktionen gleichzeitig auftreten und werden variieren.
  • Während Motorbetrieb überträgt der Abgaszustrom Wärmeenergie auf das katalytische Material an der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62. Der Abgaszustrom kann während des Strömens durch das Nachbehandlungssystem 70 abkühlen, was einen Temperaturgradienten von der ersten NH3-SCR-Vorrichtung 60 zu der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 62 erzeugt, wodurch bei einer bekannten Rohemissionsabgastemperatur die erste NH3-SCR-Vorrichtung 60 bei relativ höheren Temperaturbedingungen arbeitet und die zweite NH3-SCR-Vorrichtung 62 bei relativ niedrigeren Temperaturbedingungen arbeitet. Das katalytische Material fördert die vorstehend erwähnten Reaktionen nach dem Erreichen eines Mindesttemperaturschwellwerts und ist wirksam, bis ein maximaler Temperaturschwellenwert überschritten wird. Die erste NH3-SCR-Vorrichtung 60 ist einem ersten Betriebstemperaturbereich zugeordnet und die zweite NH3-SCR-Vorrichtung 62 ist einem zweiten Betriebstemperaturbereich zugeordnet. Zum Beispiel reduziert die erste NH3-SCR-Vorrichtung 60 NOx, wenn ihre Temperatur in dem ersten Betriebstemperaturbereich liegt, und die zweite NH3-SCR-Vorrichtung 62 reduziert NOx, wenn ihre Temperatur in dem zweiten Betriebstemperaturbereich liegt.
  • 13 zeigt den NOx-Umwandlungswirkungsgrad (%) als Funktion von durchschnittlicher Katalysatortemperatur für eine Ausführungsform, die einen Zeolith-Washcoat unter Verwenden von Kupfer als katalytisches Material (Cu-Zeolith) umfasst, und für einen Zeolith-Washcoat, der Eisen als katalytisches Material (Fe-Zeolith) umfasst. Ein Verfahren zum Steigern eines Drehzahl/Last-Betriebsbereichs des Motors für mageren Motorbetrieb umfasst das Anheben der Betriebstemperaturbereiche für die erste und zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62. Ein anderes Verfahren zum Steigern des Drehzahl/Last-Betriebsbereichs des Motors für mageren Motorbetrieb umfasst das Konfigurieren des Nachbehandlungssystems 70, um Bedingungen zu maximieren, bei denen die erste und zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 während Motorbetrieb innerhalb der zugeordneten Betriebstemperaturbereiche liegen, einschließlich der Parameter der räumlichen Auslegung, beispielsweise räumlicher Abstände zwischen der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62.
  • In einer Ausführungsform ist die erste NH3-SCR-Vorrichtung 60 vorzugsweise nahe dem Motor 10 positioniert, um eine NOx-Reduktion bei niedrigeren Abgastemperaturen zu ermöglichen, die während Betrieb bei Motorbetriebspunkten mit niedrigerer Drehzahl/Last auftreten können, und die zweite NH3-SCR-Vorrichtung 62 ist vorzugsweise stromabwärts der ersten NH3-SCR-Vorrichtung 60 positioniert, um eine NOx-Reduktion bei höheren Abgastemperaturen zu ermöglichen, die während Betrieb bei Betriebsbedingungen mit höherer Drehzahl/Last auftreten können. Die Position wird vorbestimmt und beruht auf bestimmten Motoreigenschaften und der jeweiligen Hardwareanwendung. In einer Ausführungsform ist der Abstand zwischen der ersten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 62 ausgelegt, um den Abgasstrom zwischen der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 zu kühlen, wodurch der Drehzahl/Last-Betriebsbereich des Motors für NOx-Reduktion in der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 ausgeweitet wird. Der Abstand zwischen der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 kann beruhend auf Kalibrierungen gemäß Testergebnissen ermittelt werden, die einer bestimmten Hardwareanwendung entsprechen.
  • In einer Ausführungsform wird ein maximaler Drehzahl/Last-Betriebsbereich des Motors für NOx-Reduktion während mageren Motorbetriebs erreicht, wenn die erste NH3-SCR-Vorrichtung 60 Ammoniak speichert und NOx-Moleküle bei relativ höheren Temperaturen reduziert und die zweite NH3-SCR-Vorrichtung 62 Ammoniak speichert und NOx-Moleküle bei relativ niedrigeren Temperaturen reduziert. Daher umfasst die erste NH3-SCR-Vorrichtung 60 vorzugsweise katalytisches Material, das ausgelegt ist, um Ammoniak zu speichern und NOx-Moleküle bei einem hohen katalytisch aktiven Temperaturbereich zu reduzieren, und die zweite NH3-SCR-Vorrichtung 62 umfasst vorzugsweise katalytisches Material, das ausgelegt ist, um Ammoniak zu speichern und NOx-Moleküle bei einem niedrigeren katalytisch aktiven Temperaturbereich zu speichern. In einer Ausführungsform wird ein Eisenkatalysator für die erste NH3-SCR-Vorrichtung 60 verwendet und ein Kupferkatalysator wird für die zweite NH3-SCR-Vorrichtung 62 verwendet. Der Eisenkatalysator speichert Ammoniak und reduziert NOx-Moleküle bei dem relativ hohen katalytisch aktiven Temperaturbereich für die erste NH3-SCR-Vorrichtung 60 und der Kupferkatalysator speichert Ammoniak und reduziert NOx-Moleküle bei dem relativ niedrigeren katalytisch aktiven Temperaturbereich.
  • Es wird hierin ein Verfahren zum selektiven und regelmäßigen Modulieren von Motorbetrieb offenbart, um einen Rohemissionsabgaszustrom zu erzeugen, der Stickstoffmonoxid (NO), Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) umfasst, um in einer katalytischen Vorrichtung, beispielsweise der katalytischen Vorrichtung 48, Ammoniak zu erzeugen.
  • Ammoniak kann in der katalytischen Vorrichtung 48 aus einem Umwandlungsprozess erzeugt werden, der durch die folgende Gleichung beschrieben ist: NO + CO + 1,5H2 → NH3 + CO2[4]
  • Ein Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass diese Umwandlung das Abbauen von molekularem Sauerstoff von der katalytischen Vorrichtung 48 erfordert, bevor NO mit dem molekularen Wasserstoff reagiert. In einer Ausführungsform trat in der katalytischen Vorrichtung 48 ausreichend Umwandlung bei Temperaturen von über 250°C auf. Überschüssiger Sauerstoff ist häufig vorhanden, wenn der Verbrennungsmotor in mageren Betriebsmodi mit einem mageren L/K-V oder mit überschüssiger Luft betrieben wird. Somit steuert das Steuermodul 5 das L/K-V auf ein stöchiometrisches L/K-V oder ein fettes L/K-V, um Sauerstoff in dem Abgaszustrom abzubauen, wenn in der katalytischen Vorrichtung 48 Ammoniakerzeugung erwünscht ist.
  • Weiterhin erleichtert die Auswahl eines L/K-V mit den stöchiometrischen und fetten Betriebsbereichen die Ammoniakerzeugung zum Beispiel durch Erzeugen von Stickstoffmonoxid (NO) und Wasserstoff (H2) in geeigneten Verhältnissen weiter. Gleichung 4 beschreibt ein ideales Verhältnis von 1,5:1 von Wasserstoff zu Stickstoffmonoxid (H2:NO). Beruhend auf der von der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 vorgesehenen Umgebung sowie anderen Reaktionen, die in der katalytischen Vorrichtung 48 erfolgen, kann aber ein anderes tatsächliches Verhältnis von Wasserstoff (H2) zu Stickstoffmonoxid (NO) Ammoniak erzeugen. Zum Beispiel ist in einer Ausführungsform ein Verhältnis zwischen 3:1 und 5:1 Wasserstoff zu Stickstoffmonoxid (H2:NO) bevorzugt.
  • Das Modulieren von Motorbetrieb umfasst das fette oder stöchiometrische Betreiben des Motors 10, während die Drehmomentforderung des Fahrers erfüllt wird, ohne die Ausgangsleistung des Motors zu ändern. Ein beispielhaftes Verfahren zum unterstöchiometrischen Betreiben des beispielhaften Motors 10 kann das Ausführen von mehreren Kraftstoffeinspritzpulsen während eines Verbrennungszyklus umfassen, einschließlich Einspritzen eines ersten Kraftstoffpulses in den Brennraum 16 während jedes Verdichtungstakts. Die während des ersten Kraftstoffpulses eingespritzte Kraftstoffmasse wird beruhend auf einer Menge ermittelt, die ausreicht, um den Motor 10 so zu betreiben, dass er die Drehmomentforderung des Fahrers und andere Lastforderungen erfüllt. Anschließende Kraftstoffpulse können während anderer Takte des Verbrennungszyklus in den Brennraum 16 eingespritzt werden, wodurch ein Abgaszustrom erzeugt wird, der Stickstoffmonoxid (NO), Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) umfasst, um in der katalytischen Vorrichtung 48 Ammoniak zu erzeugen. In einer Ausführungsform werden die anschließenden Kraftstoffpulse spät in einem Arbeitstakt oder früh in einem Auspufftakt des Verbrennungszyklus ausgeführt, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Verbrennung in dem Brennraum 16 minimiert wird.
  • Die Auswahl eines katalytisch aktiven Materials, das niedrigere Verhältnisse von Wasserstoff(H2)-Molekülen zu Stickstoffmonoxid(NO)-Molekülen an der katalytischen Vorrichtung 48 ermöglicht, ist bevorzugt, da Wasserstoffforderungen direkt mit einer Kraftstoffmenge in Verbindung stehen, die von den anschließenden Kraftstoffpulsen aufgebracht wird, um Ammoniakerzeugung zu ermöglichen. Die Kalibrierung gemäß Testergebnissen oder Modellierung gemäß Verfahren, die ausreichend sind, um Motorbetrieb, Nachbehandlungsprozesse und Umwandlungen genau zu schätzen, kann genutzt werden, um ein bevorzugtes L/K-V zu wählen, um Ammoniakerzeugung zu steuern. Ein Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass das Vorhandensein von Kohlenmonoxid (CO) ebenfalls berücksichtigt werden muss, um die vorstehend beschriebene Reaktion zu erleichtern.
  • Die Ammoniakerzeugung kann gemäß einer Reihe von Faktoren, die Ammoniakverbrauch in der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 beeinflussen, gesteuert oder ermöglicht werden, was geschätzte Ammoniakspeicherung, geschätzten oder detektierten Ammoniakdurchbruch, geschätzten oder detektierten NOx-Durchbruch stromabwärts der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 62 und für Ammoniakerzeugung förderlichen Motorbetrieb einschließt. Das Überwachen dieser Faktoren kann durch Überwachen einer Reihe von Eingängen verwirklicht werden, einschließlich Motorbetrieb, Abgaseigenschaften und NOx-Umwandlungswirkungsgrad in der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62. Zeiträume von Motorbeschleunigung umfassen nachweislich höhere Werte an NOx- und Wasserstofferzeugung und ein L/K-V, das auf Stöchiometrie gesteuert ist. Motorbetriebsbedingungen, die für Ammoniakerzeugung förderlich sind, werden bevorzugt, um einen intrusiven Motorbetrieb zu minimieren. Die Länge des Modulierens von Motorbetrieb, um Ammoniak zu erzeugen, variiert abhängig von der erforderlichen Ammoniakerzeugung, den Einzelheiten des genutzten Systems und dem bestimmten Betrieb des Motors 10. In einer Ausführungsform wird die erste NH3-SCR-Vorrichtung 60 als primäre NOx-Reduktionsvorrichtung verwendet und die zweite NH3-SCR-Vorrichtung 62 wird als sekundäre NOx-Reduktionsvorrichtung verwendet. Die zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 wird vorrangig verwendet, um durchgebrochene Ammoniakmoleküle von der ersten NH3-SCR-Vorrichtung 60 während Motormodulation zu speichern und zu reduzieren. Das gespeicherte Ammoniak wird durch Reagieren mit NOx-Molekülen in dem Abgaszustrom mit dem gespeicherten Ammoniak von der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 62 reduziert und desorbiert.
  • 2 zeigt ein Steuerschema 200 zum Handhaben eines Abgaszustroms von dem Motor 10 während Motorbetrieben. Das Steuerschema 200 ist als mehrere getrennte Elemente dargestellt. Eine solche Veranschaulichung dient der einfachen Beschreibung, und es versteht sich, dass die von den getrennten Elementen ausgeführten Funktionen in einer oder mehreren Vorrichtungen kombiniert werden können, z. B. in Software, Hardware und/oder applikationsspezifischer integrierter Schaltung implementiert werden können. Das Steuerschema 200 kann zum Beispiel in dem Steuermodul 5 als ein oder mehrere Algorithmen ausgeführt sein. Das Steuerschema 200 umfasst das Überwachen des Abgaszustroms und des Nachbehandlungssystems 70 (203). Das Überwachen des Abgaszustroms umfasst das Detektieren von NOx-Durchbruch und Ammoniakdurchbruch stromabwärts der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62. Das Überwachen des Nachbehandlungssystems 70 umfasst das Überwachen der Temperatur der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 unter Verwenden des ersten Temperatursensors 51 bzw. des zweiten Temperatursensors 53.
  • Vor dem Einleiten von magerem Motorbetrieb oder dem Modulieren von Motorbetrieb, um Ammoniak zu erzeugen, muss die Temperatur mindestens einer von erster und zweiter NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 innerhalb des Betriebstemperaturbereichs liegen (206). Vorzugsweise werden die Temperaturen der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 unter Verwenden des ersten und des zweiten Temperatursensors 51 und 53 ständig überwacht. Wenn während mageren Motorbetriebs die Temperaturen sowohl der ersten als auch der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 außerhalb ihrer zugeordneten Betriebstemperaturbereiche liegen, kann der Motorbetrieb auf ein stöchiometrisches L/K-V gesteuert werden.
  • Wenn die Temperatur der ersten oder der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 innerhalb ihres zugeordneten Betriebstemperaturbereichs liegt, moduliert das Steuerschema 200 den Motorbetrieb, um die Bestandteile und den Wasserstoff (H2) für Ammoniakerzeugung zu erzeugen (209). Ammoniak wird in der katalytischen Vorrichtung 48 unter Verwenden der Bestandteile und des Wasserstoffs (H2) erzeugt, wie hierin vorstehend beschrieben ist. Dann wird Ammoniak stromabwärts zu der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 befördert, wo es gespeichert wird.
  • Das Steuerschema 200 überwacht Ammoniak und setzt das Modulieren von Motorbetrieb im Anschluss an das Ermitteln, dass die erste und zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 mit Ammoniak gesättigt sind, aus (218). Die Ammoniakerzeugung kann zusätzlich nach Erreichen eines vorbestimmten Schwellenwerts von Ammoniakmolekülen oder wenn Motorbetriebsbedingungen für Ammoniakerzeugung nicht förderlich sind, z. B. während Fahrzeuggeschwindigkeitsverminderungen, Leerlauf des Motors oder Anhalten des Motors (219), ausgesetzt werden. Die Sättigung kann durch Überwachen des Abgaszustroms stromabwärts der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 62 ermittelt werden, um einen vorbestimmten Ammoniakdurchbruchschwellenwert zu detektieren. Ammoniakdurchbruch zeigt an, dass die erste und zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 mit Ammoniak gesättigt sind. Ammoniakdurchbruch kann durch Überwachen eines Signalausgangs eines (nicht gezeigten) Ammoniaksensors detektiert werden, der ausgelegt ist, um den Abgaszustrom stromabwärts der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 62 zu überwachen. In einer Ausführungsform können Sättigung und/oder Ammoniakmolekülerzeugung unter Verwenden eines Modells geschätzt werden, um das Arbeiten des Verbrennungszyklus, die Nachbehandlungsprozesse, Umwandlungen und die überwachten Betriebsbedingungen präzis zu schätzen, einschließlich Luftmassenstrom, L/K-V, Motordrehzahl, TWC-Temperatur, TWC-Alterungszustand, Temperatur der SCR-Vorrichtung und Alterungszustand der SCR-Vorrichtung. Das Modell kann gemäß Testergebnissen kalibriert sein, die einer bestimmten Hardwareanwendung entsprechen.
  • 3 zeigt graphisch beispielhafte Testdaten, die Signalausgänge von einem bekannten NOx-Sensor und einem bekannten Ammoniak-Sensor als Funktion von L/K-V von dem Motor 10 zeigen, wobei sie Signalausgänge von dem ersten und zweiten NOx-Sensor 50 und 52 und einem Ammoniaksensor (nicht gezeigt) veranschaulichen. Bekannte NOx-Erfassungstechnologien unterscheiden nicht zwischen NOx-Molekülen und Ammoniakmolekülen in dem Abgaszustrom. Während mageren Motorbetriebsbedingungen, bei denen das Vorhandensein von Ammoniak in dem Abgaszustrom minimal ist und NOx-Moleküle vorhanden sind, zeigt der Signalausgang von dem NOx-Sensor NOx-Moleküle an und steigt mit steigendem L/K-V. Der Signalausgang von dem Ammoniaksensor ist minimal. Wenn bei stöchiometrischen Motorbetriebsbedingungen NOx-Moleküle und Ammoniakmoleküle, die in dem Abgaszustrom vorhanden sind, minimal sind, ist der Signalausgang von dem NOx-Sensor und dem Ammoniaksensor minimal. Wenn L/K-V während fetter Motorbetriebsbedingungen sinkt, steigt das Vorhandensein von Ammoniakmolekülen, während NOx-Moleküle in dem Abgaszustrom minimal sind. Der Signalausgang von dem NOx-Sensor und dem Ammoniaksensor steigt während fetten Motorbetriebs, wenn das L/K-V sinkt. Daher kann während fetten Motorbetriebs ein erhöhter Signalausgang von dem ersten und zweiten NOx-Sensor 50 und 52 verwendet werden, um Ammoniakmoleküle in dem Abgaszustrom anzuzeigen. Somit kann durch Überwachen von Signalausgang von dem ersten und zweiten NOx-Sensor 50 und 52 während fetten Motorbetriebs Ammoniakdurchbruch detektiert werden. In einer Ausführungsform wird der zweite NOx-Sensor 52 auf erhöhten Signalausgang während Ammoniakerzeugung überwacht. Wenn der Signalausgang von dem zweiten NOx-Sensor 52 steigt, ermittelt das Steuerschema 200, dass Ammoniakdurchbruch stattfindet.
  • Nach dem Ermitteln, dass die erste und zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 mit Ammoniak gesättigt sind, und/oder nach dem Erreichen eines vorbestimmten Ammoniakerzeugungsschwellenwerts setzt das Steuerschema 200 das Modulieren von Motorbetrieb und Ammoniakerzeugung aus und überführt den Motorbetrieb zu magerem Motorbetrieb (221). Der Verbrennungsprozess setzt NOx-Emissionen in den Abgasstrom frei. Die katalytische Vorrichtung 48 reduziert einen Teil der NOx-Emissionen, die Sauerstoff und Stickstoff stromabwärts zu der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 befördern. An der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 gespeichertes Ammoniak reagiert mit NOx, wodurch NOx-Emissionen reduziert und Stickstoff und Wasser erzeugt werden. Die Ammoniakspeicherung nimmt ab, wenn Ammoniakmoleküle mit NOx-Molekülen reagieren. Nach dem Abbauen des in der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 gespeicherten Ammoniaks treten NOx-Emissionen im Wesentlichen unreduziert durch die erste und zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62, was zu NOx-Durchbruch führt.
  • Das Steuerschema 200 setzt vorzugsweise mageren Motorbetrieb aus und betreibt den Motor 10 nach Ermitteln, dass NOx-Durchbruch stromabwärts der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 62 auftritt (224), bei einem stöchiometrischen L/K-V. Ein NOx-Durchbruch kann durch Überwachen des Abgaszustroms detektiert oder durch Modellieren von Ammoniakabbau ermittelt werden. Das Detektieren von NOx-Durchbruch umfasst das Überwachen von Signalausgang von dem ersten und zweiten NOx-Sensor 50 und 52. Ein Anstieg des Signalausgangs von dem ersten und zweiten NOx-Sensor 50 und 52 ist mit einem Anstieg von NOx-Emissionen aus der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 bzw. 62 während mageren Motorbetriebs korrelierbar. Ein NOx-Durchbruch wird detektiert, wenn der Signalausgang von sowohl dem ersten als auch dem zweiten NOx-Sensor 50 und 52 steigt.
  • Ein anderes Verfahren zum Detektieren von NOx-Durchbruch umfasst das Modellieren von Ammoniakabbau. Ammoniakabbau und daher NOx-Durchbruch können unter Verwenden eines Modells gemäß Verfahren geschätzt werden, die ausreichend sind, um das Arbeiten des Verbrennungszyklus, Nachbehandlungsprozesse und überwachte Betriebsbedingungen, einschließlich Ansaugluftmassenstrom, L/K-V, Motordrehzahl, TWC-Temperatur, TWC-Alterungszustand, Temperatur der SCR-Vorrichtung und Alterungszustand der SCR-Vorrichtung, präzis zu schätzen. Das Modell kann gemäß Testergebnissen, die einer bestimmten Hardwareanwendung entsprechen, kalibriert werden.
  • Nach dem Ermitteln, dass Ammoniak um eine vorbestimmte Menge abgebaut ist, oder alternativ nach dem Detektieren von NOx-Durchbruch kann das Steuerschema 200 NOx-Durchbruch durch Betreiben des Motors 10 bei einem stöchiometrischen L/K-V bestätigen, bevor es den Motorbetrieb moduliert, um Ammoniak zu erzeugen (227). NOx-Durchbruch wird nach Wechseln von Motorbetrieb zu einem stöchiometrischen L/K-V beruhend auf Signalausgang von dem ersten oder zweiten NOx-Sensor 50 und 52 bestätigt (230). In einer Ausführungsform bestätigt ein sinkender Signalausgang von dem Signal des ersten NOx-Sensors 50 NOx-Durchbruch während vorherigen mageren Motorbetriebs, wodurch es dem Steuermodul 5 ermöglicht wird, den Motorbetrieb zu modulieren, um Ammoniak zu erzeugen (209). Ansonsten maßen der erste und zweite NOx-Sensor 50 und 52 Ammoniakdurchbruch, der das Vorhandensein von Ammoniakmolekülen auf den Katalysatoren der ersten und zweiten SCR-Vorrichtung 60 und 62 anzeigt. In diesem Fall wechselt das Steuermodul 5 den Motorbetrieb zu dem mageren L/K-V (221). Nach dem Ermitteln, dass Ammoniak abgebaut wird, oder nach dem Detektieren von NOx-Durchbruch kann das Steuerschema 200 den Motorbetrieb modulieren, um Ammoniak zu erzeugen (209).
  • Die vorstehend erwähnten Verfahren können in Verbindung mit Ansaugluftmessungen verwendet werden, um mageren Motorbetrieb auszuweiten, wodurch Kraftstoffwirkungsgrad verbessert wird. Wenn Ansaugluftmasse in dem Motor 10 abnimmt, wird in dem Verbrennungsprozess weniger Kraftstoff verbrannt und die Temperatur des Abgaszustroms sinkt, was Bedingungen für NOx-Reduktion in dem Nachbehandlungssystem 70 erzeugt.
  • 4 zeigt ein zweites Steuerschema 400, das verwendet werden kann, um Motorbetrieb zu steuern und einen Abgaszustrom nach einem Motorbetrieb mit hoher Drehzahl/Last zu handhaben. Das Steuerschema 400 wird hierin als getrennte Elemente veranschaulicht und beschrieben. Eine solche Veranschaulichung dient der einfachen Beschreibung, und es versteht sich, dass die von diesen Elementen ausgeführten Funktionen in einer oder mehreren Vorrichtungen kombiniert sein können, z. B. in Software, Hardware und/oder anwendungsspezifischer integrierter Schaltung implementiert sein können. Zum Beispiel kann das Steuerschema 400 als ein oder mehrere Algorithmen in dem Steuermodul 5 ausgeführt werden. Das Steuerschema 400 umfasst das Überwachen von Ansaugluftmassenstrom unter Verwenden des Luftmassenstromsensors 32, des Abgaszustroms und des Nachbehandlungssystems 70 (403).
  • Bei einer geringfügigen Reduzierung des Ansaugluftmassenstroms, z. B. mehr als 5 g/s und weniger als 10 g/s, überwacht das Steuerschema 400 den Signalausgang von dem zweiten NOx-Sensor 52 und die Temperatur der ersten und der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62. Wenn eine geringfügige Reduzierung des Ansaugluftmassenstroms nach dem Erreichen eines Motorbetriebspunkts mit hoher Drehzahl/Last erfolgt (406), d. h. bei Überschreiten eines vorbestimmten Drehzahl/Last-Schwellenwerts über einen vorbestimmten Zeitraum (405), und wenn die Temperatur der ersten oder der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 niedriger als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, z. B. 400°C (407), kann das Steuerschema 400 den Motorbetrieb wie hierin vorstehend beschrieben modulieren (409), um an der katalytischen Vorrichtung 48 Ammoniak zu erzeugen. Das Ammoniak wird zur Speicherung an der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 zu der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 befördert, wie hierin vorstehend beschrieben ist. Das Steuerschema 400 ermittelt durch Überwachen des zweiten NOx-Sensors (415), dass die erste und zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 gesättigt sind. Wenn Signalausgänge von dem zweiten NOx-Sensor 52 steigen, was Ammoniakdurchbruch anzeigt, setzt das Steuerschema 400 das Modulieren von Motorbetrieb aus und leitet mageren Motorbetrieb ein (418). Magerer Motorbetrieb wird wie hierin vorstehend beschrieben nach dem Detektieren von NOx-Durchbruch ausgesetzt (421). In einer Ausführungsform kann das Steuerschema 400 nach dem Erzeugen eines vorbestimmten Schwellenbetrags von Ammoniakmolekülen das Modulieren von Motorbetrieb aussetzen und mageren Motorbetrieb einleiten.
  • Bei wesentlichen Reduzierungen von Ansaugluftmassenstrom, z. B. mehr als 10 g/s, überwacht das Steuerschema 400 den Signalausgang von dem ersten und zweiten NOx-Sensor 50 und 52 und die Temperatur der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 62. Wenn der Ansaugluftmassenstrom nach dem Erreichen eines Betriebspunkts mit hoher Drehzahl/Last eine vorbestimmte verstrichene Zeit lang wesentlich reduziert ist (405) und die Temperatur der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 62 niedriger als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, z. B. 400°C (458), kann das Steuerschema 400 den Motorbetrieb wie hierin vorstehend beschrieben modulieren (469), um an der katalytischen Vorrichtung 48 Ammoniak zu erzeugen. Das Ammoniak wird zur Speicherung an der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 zu der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 befördert, wie hierin vorstehend beschrieben ist. Das Steuerschema 400 ermittelt durch Überwachen eines Signalausgangs von dem ersten NOx-Sensor 50, dass die erste und zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 gesättigt sind (480). Nach einem vorbestimmten Zeitraum nach Steigen der Signalausgänge von dem ersten NOx-Sensor 50, was Ammoniakdurchbruch anzeigt, setzt das Steuerschema 400 das Modulieren von Motorbetrieb aus und leitet mageren Motorbetrieb ein (488). Magerer Motorbetrieb wird wie hierin vorstehend beschrieben nach dem Detektieren von NOx-Durchbruch ausgesetzt (490). In einer Ausführungsform kann das Steuerschema 400 nach dem Erzeugen eines vorbestimmten Schwellenbetrags von Ammoniakmolekülen das Modulieren von Motorbetrieb aussetzen und mageren Motorbetrieb einleiten.
  • 5 stellt graphisch beispielhafte Testdaten dar, die eine Beziehung zwischen Ammoniakerzeugung und Fahrzeuggeschwindigkeiten beschreiben. Ammoniakkonzentrationen wurden mit einem Fourier-Transform-Infrarot-Spektrometer während Motorbetrieben unter Verwenden des beispielhaften Nachbehandlungssystems 70 gemessen. Wenn während Motorbeschleunigungen der beispielhafte Motor 10 bei Stöchiometrie oder leicht unterstöchiometrisch arbeitet (z. B. L/K-V zwischen 13,8:1 und 14,2:1), steigt, wie 5 zeigt, die von der katalytischen Vorrichtung 48 erzeugte Ammoniakkonzentration.
  • 6A zeigt graphisch beispielhafte Testdaten, die eine Beziehung zwischen kumulativen NOx-Emissionen aus dem beispielhaften Motor 10, der katalytischen Vorrichtung 48, der ersten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 62 und Fahrzeuggeschwindigkeit zeigen, wenn der Motor 10 so gesteuert wird, dass er überstöchiometrisch arbeitet. Wenn der beispielhafte Motor 10 so gesteuert wird, dass er zwischen mageren und fetten Auslenkungen wechselt, treten signifikant weniger NOx-Emissionen aus dem Nachbehandlungssystem 70 aus als von dem beispielhaften Motor 10 in den Abgaszustrom abgegeben werden. 6A zeigt auch NOx-Reduktion durch die erste und zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 nach NOx-Reduktion in der katalytischen Vorrichtung 48.
  • 6B zeigt graphisch beispielhafte Testdaten, die eine Beziehung zwischen kumulativen NOx-Emissionen aus dem Motor 10, der katalytischen Vorrichtung 48, der ersten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 62 und Fahrzeuggeschwindigkeit zeigen, wenn der Motor so gesteuert wird, dass er bei Stöchiometrie arbeitet. Es treten signifikant weniger NOx-Emissionen aus der katalytischen Vorrichtung 48 aus als bei magerem Betrieb zu sehen sind. 6B zeigt auch NOx-Reduktion durch die erste und zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 nach NOx-Reduktion in der katalytischen Vorrichtung 48.
  • 7 zeigt schematisch eine andere Konfiguration des Abgasnachbehandlungssystems. Die Konfiguration umfasst die katalytische Vorrichtung 48 und die erste und zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62. Wie hierin vorstehend beschrieben umfassen die erste und zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 vorzugsweise unterschiedliche katalytische Materialien, die ausgelegt sind, um Ammoniak zu speichern und NOx-Moleküle bei unterschiedlichen katalytisch aktiven Temperaturbereichen zu reduzieren. Der zweite NOx-Sensor 52 wird genutzt, um NOx-Durchbruch und Vorhandensein von Ammoniak in dem Abgaszustrom zu ermitteln, wie hierin vorstehend beschrieben ist.
  • 8 zeigt schematisch eine andere Konfiguration, die einen Motor 10' und das Abgasnachbehandlungssystem umfasst. Die Konfiguration umfasst die erste katalytische Vorrichtung 48, die vorzugsweise eng an den Motor 10' gekoppelt ist, und eine zweite katalytische Vorrichtung 48' und die erste und zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62, die sich stromabwärts befinden, z. B. in einer Unterbodenposition. Der Motor 10' umfasst vorzugsweise einen Motor mit Saugrohreinspritzung, der Kraftstoff in Saugrohre eines Ansaugkrümmers stromaufwärts jedes Brennraums (nicht gezeigt) einspritzt. Der Motor 10' wird so gesteuert, dass er innerhalb eines schmal gesteuerten Bands für +/–ΔL/K-V um Stöchiometrie, das in einer Ausführungsform ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Band von 14,6:1 +/– 0,05 sein kann, bei oder um Stöchiometrie arbeitet. Wie hierin vorstehend beschrieben umfassen die erste und zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 vorzugsweise unterschiedliche katalytische Materialien, die ausgelegt sind, um Ammoniak zu speichern und NOx-Moleküle bei unterschiedlichen katalytisch aktiven Temperaturbereichen zu reduzieren.
  • 10 zeigt ein zweites Steuerschema 200', das ein Verfahren zum Handhaben eines Abgaszustroms von der unter Bezug auf 8 beschriebenen Ausführungsform, die den Motor 10' mit Saugrohreinspritzung und das Nachbehandlungssystem mit dem ersten TWC 48, dem zweiten TWC 48' sowie der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 umfasst, während Motorbetrieben umfasst, wobei gleiche Elemente unter Verwenden gleicher Bezugszeichen kenntlich gemacht sind. Auch wenn dies nicht im Einzelnen gezeigt ist, umfasst die in 10 beschriebene Ausführungsform einen Rohemissions-Abgassensor, einen ersten NOx-Sensor stromaufwärts der ersten NH3-SCR-Vorrichtung 60, einen zweiten NOx-Sensor stromabwärts der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 62 und Temperatursensoren, die ausgelegt sind, um Temperaturen der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 zu überwachen.
  • Das Steuerschema 200' umfasst das Überwachen des Abgaszustroms und des Nachbehandlungssystems (203). Das Überwachen des Abgaszustroms umfasst das Detektieren von NOx-Durchbruch und Ammoniakdurchbruch stromabwärts der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 62 unter Verwenden des zweiten NOx-Sensors. Das Überwachen des Nachbehandlungssystems kann das Überwachen von Temperaturen der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 unter Verwenden der SCR-Temperatursensoren umfassen. Vor dem Modulieren von Motorbetrieb, um Ammoniak zu erzeugen, liegt die Temperatur der ersten oder zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 vorzugsweise innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs, der dem spezifischen katalytischen Material entspricht, das ein katalytisch aktives unedles Metall umfasst, das in der ersten oder zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 verwendet wird (206). Bei diesem Steuerschema 200' wird der Motorbetrieb ständig bei oder nahe Stöchiometrie gesteuert. Wenn die Temperaturen sowohl der ersten als auch der zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 außerhalb der zugeordneten vorbestimmten Temperaturbereiche liegen, wird der Motorbetrieb so gesteuert, dass magerer Motorbetrieb verhindert wird, was das Verhindern eines Betriebs in einem Kraftstoffabsperrmodus, z. B. während Verzögerungen, und das Verhindern von autonomen Motorstopps einschließt.
  • 9 zeigt Ammoniakerzeugung (NH3), die einem Rohemissions-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (L/K-Verhältnis) in dem Abgaszustrom stromabwärts eines eng gekoppelten Dreiwegekatalysators für ein beispielhaftes System bei mehreren Motorlasten (120 kPa, 240 kPa, 320 kPa) bei einer vorbestimmten Motorbetriebsdrehzahl (1000 U/min) entspricht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Ammoniakerzeugung bei einem Rohemissions-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von etwa 14:1 und in einem Rohemissions-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich zwischen 13,5:1 und 14,5:1 maximal ist, was einen bevorzugten Rohemissions-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Punkt für das Maximieren von Ammoniakerzeugung anzeigt. Die Ergebnisse zeigen ferner, dass während stöchiometrischen Betriebs eine gewisse Ammoniakerzeugung vorliegt, wenn das Rohemissions-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwischen unter- und überstöchiometrisch schwankt, einschließlich wenn das Rohemissions-Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit einem erweiterten Rohemissions-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich von +/–ΔL/K-V um Stöchiometrie, z. B. einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich von +/–0,10, unter- und überstöchiometrisch schwankt.
  • Wenn die Temperatur der ersten oder zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs liegt, moduliert das Steuerschema 200' den Motorbetrieb, um das Stickstoffmonoxid (NO), Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) für Ammoniakerzeugung zu erzeugen (209'). In dieser Ausführungsform kann das Modulieren von Motorbetrieb abhängig von einem erwarteten Ammoniakbedarf das Betreiben des Motors 10' bei Stöchiometrie, das Betreiben des Motors 10' bei Stöchiometrie mit einem ausgeweiteten Bereich für +/–ΔL/K-V um Stöchiometrie, z. B. in einer Ausführungsform 14,6:1 +/–0,2, und das Betreiben des Motors 10' bei oder um ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 14:1 umfassen. Dies kann in einer Ausführungsform das Betreiben des Motors innerhalb eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereichs zwischen 13,5:1 und 14,5:1 umfassen, um den Rohemissions-Abgaszustrom zu erzeugen. Das wie hierin vorstehend beschrieben in der katalytischen Vorrichtung 48 unter Verwenden des Stickstoffmonoxids (NO), Kohlenmonoxids (CO) und Wasserstoffs (H2) erzeugte Ammoniak (212) wird stromabwärts zur Speicherung zu der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 befördert (215), während die erste und zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 auf Sättigung überwacht werden (217). Solange die erste und zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 nicht gesättigt sind, kann das Steuerschema 200' innerhalb dieser Schleife arbeiten, um den Abgaszustrom zu handhaben.
  • Wenn das Steuerschema 200' ermittelt, dass die erste und zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 mit Ammoniak gesättigt sind (217), kann der Motorbetrieb angepasst werden, um das Modulieren von Motorbetrieb zum Erzeugen von Ammoniak auszusetzen (221'). Dies umfasst das Reagieren auf Befehle für Motorbetriebsbedingungen, die für Ammoniakerzeugung nicht förderlich sind, einschließlich Kraftstoffabsperrvorgänge, z. B. während Verzögerungsvorgängen und Motorstopps, Wechseln des Motorbetriebs zu magerem Motorbetrieb. Das Steuerschema 200' stellt das Modulieren von Motorbetrieb zum Erzeugen von Ammoniak ein, wenn die erste und zweite NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 gesättigt sind, und wechselt den Motorbetrieb zu magerem Motorbetrieb, was zu erhöhten NOx-Emissionen in den Abgaszustrom führt. Ein magerer Motorbetrieb kann das Arbeiten bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von etwa 16,0:1 umfassen. Das gespeicherte Ammoniak wird abgebaut, wenn Ammoniakmoleküle mit NOx-Molekülen reagieren. Auch wenn dies nicht ausdrücklich gezeigt ist, kann dem Motor 10' befohlen werden, als Reaktion auf Motor- und Fahrzeugbetrieb, einschließlich Kraftstoffabsperrvorgängen, z. B. während Verzögerungsvorgängen, Motorleerlauf und Motorstoppvorgängen, wie sie bei Stopp/Start-Systemen von Motoren auftreten können, die einem Hybridantriebsstrangsystem zugeordnet sind, überstöchiometrisch zu arbeiten. Das Steuerschema 200' deaktiviert mageren Motorbetrieb oder setzt ihn aus und kehrt zum Arbeiten bei Stöchiometrie zurück, nachdem stromabwärts der ersten und zweiten NH3-SCR-Vorrichtung 60 und 62 NOx-Durchbruch detektiert wurde (224). Nach dem Ermitteln, dass Ammoniak abgebaut wird, oder nach dem Detektieren von NOx-Durchbruch moduliert das Steuerschema 200' wieder Motorbetrieb, um Ammoniak zu erzeugen (209').
  • Die vorstehend erwähnten Verfahren können in mehreren Hardwarekonfigurationen von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen eingesetzt werden. Eine Konfiguration kann einen Partikelfilter kombiniert mit der katalytischen Vorrichtung 48 stromaufwärts der ersten und zweiten SCR-Vorrichtung 60 und 62 umfassen. Der Partikelfilter und die katalytische Vorrichtung sind ausgelegt, um Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO) zu oxidieren, und die erste und zweite SCR-Vorrichtung 60 und 62 wandeln während Motorbetrieben NOx um. Eine andere Konfiguration kann einen Dreiwegekatalysator als die katalytische Vorrichtung 48 umfassen, die mit einem Partikelfilter kombiniert ist. Dies kann das Beschichten eines Partikelfiltersubstrats mit einem Washcoat umfassen, der katalytisch aktive Platingruppenmetalle, einschließlich Platin, Palladium und Rhodium, enthält. Die mit dem Partikelfilter kombinierte katalytische Vorrichtung 48 kann für Ammoniakerzeugung während stöchiometrischen oder fetten Motorbetriebs ausgelegt sein, wie hierin vorstehend beschrieben ist. Eine weitere Konfiguration kann eine zusätzliche katalytische Oxidationsvorrichtung umfassen, die stromabwärts der zweiten SCR-Vorrichtung 62 fluidisch und in Reihe verbunden ist. Eine weitere Konfiguration kann eine NOx-Adsorbervorrichtung umfassen, die stromabwärts der zweiten SCR-Vorrichtung 62 für verbesserte Schadstoffbegrenzung fluidisch und in Reihe verbunden ist.
  • 11 zeigt graphisch NOx-Umwandlungswirkungsgrad (%), der Temperatur über einer NH3-SCR-Vorrichtung unter Verwenden von Kupfer als katalytisches Material entspricht. Die Ergebnisse zeigen, dass ein niedriger Umwandlungswirkungsgrad vorliegt, wenn kein Sauerstoff (O2) vorhanden ist, dass aber bei niedrigen Sauerstoffwerten, z. B. 0,5% Konzentration, in dem Zustrom der Umwandlungswirkungsgrad wesentlich anstieg, was einen Umwandlungswirkungsgrad von über 80% bei 0,5% Sauerstoffkonzentration in dem Zustrom einschloss, als die Temperatur bei oder über 350°C lag. 12 zeigt graphisch NOx-Umwandlungswirkungsgrad (%), der Temperatur über einer NH3-SCR-Vorrichtung unter Verwenden von Eisen als katalytisches Material entspricht. Die Ergebnisse zeigen, dass ein niedriger Umwandlungswirkungsgrad vorliegt, wenn kein Sauerstoff (O2) vorhanden ist, dass aber bei niedrigen Werten der Sauerstoffkonzentration, z. B. 0,05% oder 500 ppm, in dem Zustrom der Umwandlungswirkungsgrad wesentlich anstieg, was einen Umwandlungswirkungsgrad von über 60% bei 0,05% Sauerstoffkonzentration in dem Zustrom einschloss, als die Temperatur bei oder über 350°C lag. Die Ergebnisse von 11 und 12 zeigen, dass bei Abgaszustrombedingungen mit niedrigen Sauerstoffwerten, wie es z. B. bei stöchiometrischem Motorbetrieb unter Verwenden von Kupfer und Eisen als katalytische Materialien auftreten kann, wesentliche NOx-Umwandlung vorliegen kann.
  • Das hierin beschriebene Verfahren zieht die Erzeugung von Ammoniak durch Motormodulation unter Nutzung von Komponenten des Abgaszustroms in Betracht, um die Nachbehandlung von NOx in der ersten und zweiten SCR-Vorrichtung 60 und 62 aufrechtzuerhalten. Es versteht sich, dass diese Verfahren getrennt von Harnstoffeinspritzung verwendet werden können, wobei die beschriebenen Verfahren das gesamte erforderliche Ammoniak liefern. Alternativ können die hierin beschriebenen Verfahren verwendet werden, um ein Harnstoffeinspritzsystem zu komplimentieren, was aufgrund von verfügbarer Harnstoffeinspritzung auf Anforderung hin den Bereich des Systems zwischen dem erforderlichen Auffüllen eines Harnstoffspeichertanks erweitert, während ein umfassender Bereich von Motor- und Antriebsstrangbetrieb ohne signifikantes Überwachen von Ammoniakerzeugungszyklen und aktueller Speicherkapazität ermöglicht wird.
  • Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Abwandlungen derselben beschrieben. Weitere Abwandlungen und Abänderungen können Dritten bei Lesen und Verstehen der Beschreibung einfallen. Die Offenbarung soll daher nicht auf die bestimmte(n) Ausführungsform(en) beschränkt sein, die als die beste zum Ausführen dieser Offenbarung erwogene Art offenbart sind, sondern die Offenbarung soll alle Ausführungsformen umfassen, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
  • Zusammenfassung
  • Eine NOx-Emissionsnachbehandlung eines Motorabgaszustroms umfasst eine katalytische Vorrichtung und eine erste und zweite ammoniak-selektive katalytische Reduktionsvorrichtung. Die erste und die zweite ammoniak-selektive katalytische Reduktionsvorrichtung umfasst jeweils ein unedles Metall. Motorbetrieb kann moduliert werden, um einen Rohemissions-Abgaszustrom zu erzeugen, der sich zu Ammoniak umwandelt. Das Ammoniak wird an der ersten und der zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung gespeichert und verwendet, um NOx-Emissionen in dem Abgaszustrom zu reduzieren.
  • Bezugszeichenliste
  • zu Fig. 2
    • 203
    Überwachen – Abgaszustrom – Temperaturen der SCR-Vorrichtungen
    206
    Liegt die Temperatur mindestens einer SCR-Vorrichtung innerhalb des Betriebsbereichs?
    209
    Motorbetrieb modulieren, um Ammoniak an katalytischer Vorrichtung zu erzeugen
    218
    Ammoniak überwachen, tritt Ammoniakdurchbruch auf?
    219
    Vorbestimmter Schwellenwert von Ammoniak erzeugt?
    221
    Magerer Motorbetrieb
    224
    NOx überwachen. NOx-Durchbruch?
    227
    Motorbetrieb bei stöchiometrischem L/K-V
    230
    NOx überwachen. Ist NOx-Durchbruch bestätigt?
    zu Fig. 4
    403
    Überwachen – Abgaszustrom – Nachbehandlungssystem – Ansaugluftmasse
    405
    Übersteigt Drehzahl/Last des Motors eine vorbestimmte Zeit lang Schwellenwert?
    406
    Geringfügige Reduktion von Ansaugluftmasse?
    407
    Liegt Temperatur einer der SCR-Vorrichtungen innerhalb des Betriebsbereichs?
    409
    Motorbetrieb modulieren, um Ammoniak an der katalytischen Vorrichtung zu erzeugen
    415
    Ammoniak überwachen. Ammoniakdurchbruch?
    418
    Magerer Motorbetrieb
    421
    NOx überwachen. NOx-Durchbruch?
    456
    Wesentliche Reduktion der Ansaugluftmasse?
    458
    Ist Temperatur der zweiten SCR-Vorrichtung < Schwellenwert?
    469
    Motorbetrieb modulieren, um Ammoniak an der katalytischen Vorrichtung zu erzeugen.
    480
    Ammoniak überwachen. Ammoniakdurchbruch?
    488
    Magerer Motorbetrieb
    490
    NOx überwachen. NOx-Durchbruch?
  • Bezugszeichenliste zu Fig. 6A
    Figure 00420001
  • Bezugszeichenliste zu FIG. 6B
    Figure 00420002
  • Bezugszeichenliste
  • zu Fig. 10
    • 203
    Überwachen – Abgaszustrom – Temperatur der SCR-Vorrichtung
    206
    Temperatur der SCR-Vorrichtung innerhalb Betriebsbereich?
    209'
    Motorbetrieb modulieren
    212
    Ammoniak erzeugen
    215
    Ammoniak stromabwärts zu SCR-Vorrichtungen befördern
    217
    Beide SCR-Vorrichtungen mit Ammoniak gesättigt?
    221'
    Magerer Motorbetrieb
    224
    NOx-Durchbruch

Claims (23)

  1. Verfahren zum Reduzieren von NOx-Emissionen in einem Abgaszustrom eines Verbrennungsmotors, wobei das Verfahren umfasst: Ausstatten des Motors mit einem Nachbehandlungssystem, das eine katalytische Vorrichtung umfasst, die stromaufwärts einer ersten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung in Reihe fluidverbunden ist, die stromaufwärts einer zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung fluidverbunden ist, wobei die erste ammoniak-selektive katalytische Reduktionsvorrichtung ein jeweiliges katalytisches Material enthält, das ein erstes unedles Metall umfasst, die zweite ammoniak-selektive katalytische Reduktionsvorrichtung ein jeweiliges katalytisches Material enthält, das ein zweites unedles Metall umfasst; Modulieren des Motors, um einen Rohemissions-Abgaszustrom zu erzeugen, der Stickstoffmonoxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält, die an der katalytischen Vorrichtung zu Ammoniak umwandelbar sind; Speichern des Ammoniaks an der ersten und zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung; und Reduzieren von NOx-Emissionen in der ersten und der zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung unter Verwenden des gespeicherten Ammoniaks.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die katalytische Vorrichtung eine Dreiwegekatalysatorvorrichtung umfasst, die stromaufwärts einer ersten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung in Reihe fluidverbunden ist, die stromaufwärts einer zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung fluidverbunden ist, und wobei jedes von erstem und zweitem unedlen Metall eines von Eisen, Kupfer, Vanadium, Wolfram und Titan umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Modulieren des Motors, um den Abgaszustrom zu erzeugen, der Stickstoffmonoxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält, bewirkt wird, wenn die erste und die zweite ammoniak-selektive katalytische Reduktionsvorrichtung ammoniak-abgereichert sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, welches weiterhin das Aussetzen von Modulieren des Motors, um Stickstoffmonoxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff in dem Abgaszustrom zu erzeugen, umfasst, wenn die erste und die zweite ammoniak-selektive katalytische Reduktionsvorrichtung eine vorbestimmte Menge an Ammoniak gespeichert haben.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, weiterhin umfassend: Ausstatten des Nachbehandlungssystems mit einem NOx-Sensor, der ausgelegt ist, um den Abgaszustrom stromabwärts der zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung zu überwachen; und Überwachen eines Signalausgangs von dem NOx-Sensor, um die erste und die zweite ammoniak-selektive katalytische Reduktionsvorrichtung auf Ammoniaksättigung und -abbau zu überwachen.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, welches weiterhin nach dem Speichern von Ammoniak an der ersten und der zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung das überstöchiometrische Betreiben des Motors umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Modulieren des Motors umfasst: Betreiben des Motors bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis; Einspritzen eines ersten Kraftstoffpulses, der ausreicht, um den Motor so anzutreiben, dass er eine Drehmomentforderung des Fahrers erfüllt, während jedes Verdichtungstakts eines Verbrennungszyklus; und während eines folgenden Takts des Verbrennungszyklus Einspritzen eines anschließenden Kraftstoffpulses.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin nach dem Speichern von Ammoniak an der ersten und der zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung das überstöchiometrische Betreiben des Motors umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, weiterhin umfassend: Ausstatten des Nachbehandlungssystems mit einem NOx-Sensor, der ausgelegt ist, um den Abgaszustrom stromabwärts der zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung zu überwachen; Überwachen eines Signalausgangs von dem NOx-Sensor; und Aussetzen des überstöchiometrischen Betreibens des Motors, wenn der Signalausgang von dem NOx-Sensor NOx-Durchbruch stromabwärts der zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung anzeigt.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Modulieren des Motors das Betreiben des Motors bei Stöchiometrie mit einem erweiterten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich umfasst, um den Rohemissions-Abgaszustrom zu erzeugen, der Stickstoffmonoxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff in dem Abgaszustrom umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Modulieren des Motors das Betreiben des Motors innerhalb eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereichs zwischen 13,5:1 und 14,5:1 umfasst, um den Rohemissions-Abgaszustrom zu erzeugen, der Stickstoffmonoxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff in dem Abgaszustrom umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste unedle Metall einen ersten katalytisch aktiven Temperaturbereich aufweist und das zweite unedle Metall einen zweiten katalytisch aktiven Temperaturbereich aufweist, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: Überwachen von Temperaturen der ersten und der zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung; und überstöchiometrisches Betreiben des Motors nur, wenn die Temperatur der ersten oder der zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung innerhalb des ersten oder zweiten katalytisch aktiven Temperaturbereichs liegt.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste unedle Metall einen ersten katalytisch aktiven Temperaturbereich aufweist und das zweite unedle Metall einen zweiten katalytisch aktiven Temperaturbereich aufweist, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: Überwachen von Temperaturen der ersten und der zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung; und Deaktivieren des überstöchiometrischen Betreibens des Motors, wenn die Temperaturen sowohl der ersten als auch der zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung außerhalb des zugeordneten ersten und zweiten katalytisch aktiven Temperaturbereichs liegen.
  14. Verfahren zum Reduzieren von NOx-Emissionen in einem Abgaszustrom von einem Fremdzündungsverbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, der überstöchiometrisch betrieben werden kann, wobei das Verfahren umfasst: Ausstatten des Motors mit einem Nachbehandlungssystem, das einen Dreiwegekatalysator umfasst, der stromaufwärts einer ersten und zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung fluidverbunden ist, wobei das Nachbehandlungssystem einen Sensor umfasst, der ausgelegt ist, um den Abgaszustrom stromabwärts der zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung zu überwachen; Betreiben des Motors, um einen Rohemissions-Abgaszustrom zu erzeugen, der Stickstoffmonoxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält, der sich an dem Dreiwegekatalysator zu Ammoniak umwandelt; Speichern des Ammoniaks an der ersten und zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung; überstöchiometrisches Betreiben des Motors; und Reduzieren von NOx-Emissionen in der ersten und zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung unter Verwenden des gespeicherten Ammoniaks.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, weiterhin umfassend: Überwachen von Signalausgang des Sensors, der ausgelegt ist, um den Abgaszustrom stromabwärts der zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung zu überwachen; wobei das überstöchiometrische Betreiben des Motors eingeleitet wird, wenn der Signalausgang des Sensors anzeigt, dass die erste und die zweite ammoniak-selektive katalytische Reduktionsvorrichtung ammoniakgesättigt sind; und wobei das überstöchiometrische Betreiben des Motors ausgesetzt wird, wenn Signalausgang von dem Sensor NOx-Durchbruch stromabwärts der zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung anzeigt.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, weiterhin umfassend: Überwachen von Temperaturen der ersten und der zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung; und Steuern des Motors bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn die Temperaturen sowohl der ersten als auch der zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung außerhalb vorbestimmter jeweiliger Temperaturbereiche liegen.
  17. Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor mit einem Saugrohrkraftstoffeinspritzsystem, umfassend: mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen, die aus einer Dreiwegekatalysatorvorrichtung bestehen, die formuliert ist, um Ammoniak aus einem Abgaszustrom zu erzeugen, der Stickstoffmonoxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält, wobei die Dreiwegekatalysatorvorrichtung eng an einen Abgaskrümmer des Verbrennungsmotors gekoppelt und mit ersten und einer zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung fluidverbunden ist; und wobei die erste und die zweite ammoniak-selektive katalytische Reduktionsvorrichtung katalytisches Material enthalten, das ein einzelnes unedles Metall umfasst, das eines von Eisen, Kupfer, Vanadium, Wolfram und Titan umfasst.
  18. Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend: eine Katalysatorvorrichtung, die formuliert ist, um Ammoniak aus einem Abgaszustrom zu erzeugen, der Stickstoffmonoxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält, wobei die Katalysatorvorrichtung eng an einen Abgaskrümmer des Verbrennungsmotors gekoppelt und mit einer ersten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung fluidverbunden ist, die sich stromabwärts der Katalysatorvorrichtung befindet; wobei die erste ammoniak-selektive katalytische Reduktionsvorrichtung katalytisches Material enthält, das ein einzelnes katalytisch aktives unedles Metall umfasst, und mit einer zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung stromabwärts der ersten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung fluidverbunden ist; wobei die zweite ammoniak-selektive katalytische Reduktionsvorrichtung katalytisches Material enthält, das ein einzelnes unedles Metall umfasst, das eines von Eisen, Kupfer, Vanadium, Wolfram und Titan umfasst; einen NOx-Sensor, der ausgelegt ist, um NOx-Moleküle in dem Abgaszustrom stromabwärts der zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung zu überwachen; und einen ersten und zweiten Temperatursensor, die ausgelegt sind, um Temperaturen der ersten und der zweiten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung zu überwachen.
  19. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 18, welches weiterhin einen Partikelfilter kombiniert mit dem eng gekoppelten Katalysator umfasst.
  20. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 18, welches weiterhin eine zweite Katalysatorvorrichtung umfasst, die stromaufwärts der ersten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung und stromabwärts der ersten Katalysatorvorrichtung fluidverbunden ist.
  21. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 18, welches weiterhin einen Partikelfilter kombiniert mit der ersten ammoniak-selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung umfasst, die das katalytische Material enthält, das das einzelne unedle Metall umfasst.
  22. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 18, wobei der Katalysator einen Oxidationskatalysator umfasst.
  23. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 18, wobei der Katalysator eine Dreiwegekatalysatorvorrichtung umfasst.
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