WO2004061278A1 - Abgasnachbehandlungseinrichtung und -verfahren - Google Patents

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WO2004061278A1
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Andreas Hertzberg
Brigitte Bandl-Konrad
Bernd Krutzsch
Arno Nolte
Markus Paule
Stefan Renfftlen
Norbert WALDBÜSSER
Michel Weibel
Günter Wenninger
Rolf Wunsch
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas aftertreatment device according to the preamble of claim 1 and to an exhaust gas aftertreatment method that can be carried out with such a device.
  • Such devices and methods are used in particular for exhaust gas aftertreatment or exhaust gas purification in predominantly lean-burn internal combustion engines in motor vehicles.
  • nitrogen oxide storage catalysts also known as NO x storage catalysts or NO x adsorber catalysts or abbreviated as NSK
  • NSK nitrogen oxide storage catalysts
  • Lean operating phases of the internal combustion engine correspond to adsorption phases of the nitrogen oxide storage catalytic converter, in which it oxidizes nitrogen monoxide (MO) in nitrogen dioxide (N0 2 ) and stores them temporarily as nitrates.
  • MO nitrogen monoxide
  • N0 2 nitrogen dioxide
  • the nitrogen oxide storage catalyst is freed from the stored nitrates by converting them to nitrogen dioxide and then nitrogen monoxide. The latter is then reduced to nitrogen using suitable reducing agents.
  • a known technique of providing the necessary reducing agents is to switch the predominantly lean combustion device, the exhaust gas of which is aftertreated, briefly to rich operation, which means that in the exhaust gas Reducing agents hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbons (HC) are present.
  • H 2 hydrogen
  • CO carbon monoxide
  • HC unburned hydrocarbons
  • the nitrogen oxide reduction can also take place in a downstream, so-called DENOX catalyst, and post-engine metering of hydrocarbons can also be provided to provide the reducing agents, see, for example, EP 0 540 280 A1 and EP 0 573 672 AI.
  • SCR process Another known exhaust gas aftertreatment process is the so-called selective catalytic reduction process, abbreviated as the SCR process.
  • a selectively acting reducing agent is added to the exhaust gas for the purpose of nitrogen oxide reduction, typically ammonia.
  • the ammonia is temporarily stored in a corresponding denitration catalytic converter, abbreviated as SCR catalytic converter, and is used by the latter to catalytically reduce nitrogen oxides (NO x ) contained in the exhaust gas with the formation of nitrogen and water.
  • SCR catalytic converter a corresponding denitration catalytic converter
  • the effectiveness of SCR catalysts is strongly dependent on the ratio N ⁇ / N0 2 at lower temperatures, with an effectiveness maximum at an N0 2 content of approx. 50% for temperatures below 200 ° C and significantly reduced effectiveness with a lower N0 2 content , At higher At temperatures above approx.
  • the nitrogen oxide reduction is limited by the oxidation of ammonia.
  • the ammonia storage capacity of the SCR catalytic converter decreases with increasing temperature.
  • SCR catalysts are subject to thermal aging and should not be exposed to temperatures above approx. 700 ° C to 750 ° C.
  • SCR catalytic converters can also store unburned hydrocarbons at low temperatures and, if the exhaust gas composition is rich, also oxidize hydrocarbons with a suitable design, especially if they contain vanadium oxide (V 2 0 5 ) as a catalytic material.
  • a generic exhaust gas aftertreatment device is described in the published patent application EP 0 878 609 A1, in which an NO x storage catalytic converter and an SCR catalytic converter are arranged downstream of the exhaust gas system.
  • the NO x storage catalytic converter can alternatively or additionally to a Three-way catalytic converter can be designed for ammonia formation with briefly rich engine operation, which is realized by post-injection of fuel into at least some of the engine combustion chambers.
  • an exhaust gas aftertreatment device with an oxidation catalyst, a downstream NO x storage catalyst and a particle filter downstream of the NO x storage catalyst or between the oxidation catalyst and the NO x storage catalyst is described for particle and nitrogen oxide reduction.
  • the oxidation catalytic converter favors the function of the NO x storage catalytic converter by formation of NO 2 , but no CRT effect can be achieved for the particle filter, since the nitrogen oxides are reduced to nitrogen even before the particle filter. If the oxidation Talysator is used for heating the particulate filter by burning post-injected fuel, this arrangement results in a high temperature load on the NO x storage catalytic converter and a relatively high fuel consumption.
  • the exhaust gas upstream of the NO x storage catalytic converter predominantly contains NO and only a little N0 2 , since the latter is converted into NO by the CRT effect, as a result of which the storage behavior of the NO x storage catalytic converter deteriorates.
  • the oxidation catalytic converter is used in this arrangement for the desulfation heating of the NO x storage catalytic converter by burning post-injected fuel, a relatively high temperature must be reached at the oxidation catalytic converter due to the high heat capacity and the heat transfer in the intermediate exhaust gas section, which can lead to thermal aging effects thereof ,
  • the invention is based on the technical problem of providing an exhaust gas aftertreatment device of the type mentioned at the outset and an associated exhaust gas aftertreatment method with which as many of the following requirements as possible can be met to a high degree with relatively little effort: effective nitrogen oxide reduction in a wide temperature range, no additional reducing agent operating material , Avoidance of ammonia and hydrogen sulfide emissions, minimal particle emission, particle oxidation through N0 2 reaction, minimal CO and HC emissions, comparatively low temperature load of all exhaust gas cleaning components, minimal additional fuel consumption and little space requirement.
  • the invention solves this problem by providing an exhaust gas aftertreatment device with the features of Claim 1 and an exhaust gas aftertreatment method with the features of claim 11 or 12.
  • the exhaust gas aftertreatment device contains, in addition to a nitrogen oxide storage catalytic converter and an SCR catalytic converter connected downstream thereof, a particle filter and / or a NO 2 formation catalytic converter arranged upstream of the SCR catalytic converter.
  • the nitrogen oxide storage catalytic converter enables effective nitrogen oxide reduction, especially in lean-burn internal combustion engines. Thanks to its NH 3 storage capacity, the downstream SCR catalytic converter prevents unwanted emissions of ammonia generated by the NO x storage catalytic converter. At the same time, the SCR catalytic converter is able to reduce nitrogen oxides, if any, with stored ammonia in the exhaust gas downstream of the NO x storage catalytic converter, the ammonia being simultaneously oxidized. This effect can be used to specifically form ammonia on the nitrogen oxide storage catalytic converter in order to use this as a reducing agent in the SCR catalytic converter.
  • the N0 2 content is significantly lower and is, for example, a maximum of 20%.
  • the effectiveness of the SCR catalyst is highest at low temperatures below 300 ° C, for example, with an N0 2 content of 50% a lower N0 2 share significantly reduced.
  • the N0 2 formation catalyst can be connected upstream of it. This catalyst can have a comparatively small volume and have a coating which contains, inter alia, a noble metal (for example platinum) and is capable of at least in a temperature range from about 200 ° C. to 350 ° C. the NO 2 fraction of the NO x - Increase emissions to at least approximately 50%.
  • the coating of the N0 2 formation catalyst has the property of not specifically oxidizing ammonia generated in the N0 X storage catalytic converter during operation with ⁇ ⁇ l, but allowing it to pass through unchanged. This can be achieved, for example, in that the coating contains no oxygen-storing component.
  • control unit which can also be used, for example, to control the combustion device, such as an internal combustion engine
  • functions are preferably implemented which decide on the necessity and possibility of specific NH 3 generation and the operating parameters, in particular the duration and enrichment depth at the NSK - Regeneration, specify appropriately.
  • the NH 3 formation can be increased by a smaller air ratio and a longer regeneration period, provided the temperature of the NO x storage catalytic converter is in the range of possible NH 3 formation.
  • the operation of the combustion device during the NSK regeneration can be adjusted in a manner known per se so that a high NO x raw emission thereof is achieved and the NH 3 formation on the NO x storage catalytic converter is thereby further increased.
  • the SCR catalytic converter can also be used in order to avoid an H 2 S emission which arises, for example, during the desulfation.
  • an SCR catalytic converter can, due to its specific Properties can oxidize to S0 2 even with rich exhaust gas composition ( ⁇ ⁇ l) during the desulfation. In this way, an unpleasant odor nuisance can be avoided.
  • SCR catalysts if they contain vanadium oxide, can oxidize unburned hydrocarbons (HC) even under rich conditions ( ⁇ ⁇ 1). This can reduce the reduction agent breakthrough in NSK regeneration.
  • the emission of potentially carcinogenic hydrocarbons such as benzene, toluene, ethylbenzene and xylene for example, can be reduced, which may result from rich conditions at the N0 X storage catalyst.
  • the SCR catalytic converter Due to its property of also storing hydrocarbons at low temperatures, the SCR catalytic converter can also help to reduce HC emissions after a cold start. The HC stored at low temperatures are released again at higher temperatures and can be oxidized on the SCR catalytic converter or a downstream oxidation catalytic converter.
  • a particle filter can be used for post-motor particle reduction. This retains the emitted particles with a high degree of effectiveness. As usual, the collected particles can be burned off at regular intervals by increasing the temperature to over 600 ° C. If the exhaust gas reaching the particle filter contains N0 2 , soot oxidation takes place in the temperature range between approximately 250 ° C and 400 ° C by reaction with N0 2 (CRT effect).
  • the particle filter can generally be coated catalytically, wherein the coating can contain components such as a noble metal (eg platinum) and a washcoat.
  • the occurring maximum temperature load of the individual components can be be adapted to specific requirements.
  • it can be ensured by a suitable arrangement that the temperatures of the individual components during driving are in a range that is favorable for the respective function.
  • the rich operation required for the regeneration of the NO x storage catalytic converter can be achieved by means of internal engine measures or an additional post-engine introduction of reducing agent (for example fuel or hydrogen).
  • the NO x storage catalytic converter for desulfation and the particle filter for thermal regeneration can be heated by means of internal engine measures, including fuel post-injection.
  • internal engine measures including fuel post-injection.
  • incompletely burned hydrocarbons remaining in the exhaust gas lead to an additional exothermic reaction on an optionally arranged catalytic converter, which further increases the exhaust gas temperature.
  • reducing agent for example fuel or hydrogen
  • reducing agent eg fuel or hydrogen
  • other methods of heating are also possible. These are not explicitly mentioned below, but can be used instead of the post-motor supply of reducing agent.
  • an electrically heated catalytic converter, electrical heating of the particle filter or the use of a burner can be mentioned as customary conventional measures.
  • the secondary air can be provided, for example, by an electrically driven secondary air pump or a compressor, or can be removed by a compressor in the case of supercharged engines.
  • An optional combination or integration of two of the functionalities mentioned in one component can achieve a significant reduction in the space requirement.
  • the exhaust gas treatment device includes one or more N0 X sensors after the NO x storage catalytic converter and / or the SCR catalyst and / or means for detecting the temperature of one or more of the exhaust gas purifying component and / or means for detecting the NH 3 - Loading the SCR catalytic converter.
  • the method according to claim 11 enables a comparatively precise, model-based control of the point in time for the triggering of a respective regeneration of the nitrogen oxide storage catalytic converter.
  • the method according to claim 12 allows a targeted control of the ammonia generation during a respective regeneration phase of the nitrogen oxide storage catalytic converter, taking into account the current conditions, in particular The temperatures of the ammonia-generating NO x storage catalyst and the SCR catalyst and / or the ammonia loading of the SCR catalyst, depending on the determined operating state, a variable amount of ammonia can be specified, which is to be generated in the upcoming regeneration phase of the NO x storage catalyst ,
  • this method is used as a criterion for the completion of a regeneration phase of the NO x storage catalytic converter determining whether the exhaust air-fuel ratio after the N0 x storage catalyst falls below a value dependent on the desired amount of ammonia formation threshold.
  • an external, for example post-engine, reducing agent supply can be provided in the exhaust line during the NSK regeneration in order to operate the combustion device lean also in this period and thereby achieve a high NO x raw emission thereof.
  • a secondary air supply can be provided at a suitable point in the exhaust line during the rich operation phases in order to oxidize any proportions of NH 3 , H 2 S, CO and HC in these operating phases and thus to prevent corresponding pollutant emissions.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram representation of an internal combustion engine of a motor vehicle with closed, single-flow exhaust gas aftertreatment device, which, connected in series, contains a first oxidation catalytic converter, a particle filter, a NO x storage catalytic converter, a NO 2 formation catalytic converter, an SCR catalytic converter and a second oxidation catalytic converter,
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram representation corresponding to FIG. 1, but with a modified exhaust gas aftertreatment device which, in series, contains a NO x storage catalytic converter, a NO 2 formation catalytic converter, a particle filter, an SCR catalytic converter and an oxidation catalytic converter,
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram representation corresponding to FIG. 1 with a modified exhaust gas aftertreatment device which, connected in series, contains a NO x storage catalytic converter, an NO formation catalytic converter, an SCR catalytic converter, an oxidation catalytic converter and a particle filter,
  • FIG. 4 is a schematic block diagram representation corresponding to FIG. 1, but with a modified exhaust gas aftertreatment device that includes a first oxidation catalyst, an integrated nitrogen oxide storage and SCR catalyst, a second oxidation catalyst and a particle filter, and
  • FIG. 5 is a schematic block diagram representation corresponding to FIG. 1, but for a modified internal combustion engine with a double-flow exhaust line and orderly double-flow exhaust gas aftertreatment device.
  • a control unit 2 serves to control the internal combustion engine 1, which can be, for example, a conventional diesel or gasoline engine, and the exhaust gas aftertreatment device. Furthermore, temperature sensors 8, NO x sensors 9, lambda probes 10, devices 11 for the post-engine supply of reducing agent, a device 12 for the supply of secondary air and pressure sensors 14 are provided at suitable points on the exhaust gas line 3, as shown.
  • the internal combustion engine 1 delivers exhaust gas that contains NO x , particles, CO and HC, among other things.
  • CO and HC are oxidized to C0 2 and H 2 0 on the oxidation catalyst 4.
  • part of the NO contained in the exhaust gas is oxidized to N0 2 .
  • the particles present in the exhaust gas are retained in the particle filter 5.
  • a part of the soot particles accumulated in the particle filter 5 is oxidized by reaction with N0 2 , whereby N0 is reduced to NO.
  • the nitrogen oxides contained in the exhaust gas are stored in the NO x storage catalytic converter 6.
  • the N0 2 content is significantly lower and is, for example, a maximum of 20%.
  • the effectiveness of the SCR catalytic converter 7 is highest and at low temperatures below 300 ° C., for example, with a NO 2 content of 50% significantly reduced with a lower N0 2 content. Therefore, the .SCR catalyst 7 is preceded by the N0 2 formation catalyst 13.
  • This catalyst 13 has a coating containing, inter alia, noble metal (eg platinum) and is capable, at least in a temperature range of about 200 ° C to 35 ⁇ '° C the N0 2 content in the NO x emissions to at least approximately Increase 50%.
  • the coating of the N0 2 formation catalyst has the property of not specifically oxidizing ammonia generated in operation with ⁇ ⁇ l in the NO x storage catalyst, but allowing it to pass through unchanged. This can be achieved, for example, in that the coating contains no oxygen-storing component.
  • the SCR catalytic converter 7 is able to reduce the nitrogen oxides with the aid of NH 3 stored in it. Here, the effectiveness at temperatures below 300 ° C is increased by the upstream NO 2 formation catalyst 13.
  • Heating measures can be used in order to achieve sufficient temperatures on all components, in particular on the NO x storage catalytic converter 6 and SCR catalytic converter 7, even during low-load operation and thus to achieve the best possible NO x reduction.
  • These can be internal engine, for example a late relocation of the main injection or post-injection, or also post-engine by supplying a reducing agent upstream of the NO x storage catalytic converter for exothermic generation, provided the NO x storage catalytic converter 6 has reached a sufficient temperature for converting the reducing agent.
  • Other measures to increase the exhaust gas temperature can include: increasing the idle speed, lengthening the afterglow time, switching on additional electrical consumers or increasing the EGR rate.
  • the above-mentioned heating measures can be controlled, for example, by the control unit 2 depending on the incoming temperature sensor signals or by means of a model.
  • the exhaust pipe 3 can be thermally insulated, to minimize heat loss from the exhaust gas. For example, air gap insulation can be used.
  • NSK regenerations are required at regular intervals.
  • the times for regenerations are determined with the help of the NO x sensor 9 behind the SCR catalytic converter.
  • the signal from the NO x sensor 9 is recorded and evaluated in the control unit 2.
  • the control unit 2 requests an NSK regeneration , If criteria taken into account in the control unit 2 are fulfilled, which are a prerequisite for the realization of an NSK regeneration on the engine side, for example operation in a part of the operating range of the engine 1 in which an NSK regeneration can be represented, the NSK regeneration is initiated.
  • the control unit 2 contains models for the NO x raw emission, the NO x storage behavior of the NO x storage catalytic converter 6, the NH 3 formation on the NO x storage catalytic converter and the NH 3 storage in the SCR Catalyst 7 stored. These can be used for the evaluation of the NO x sensor signal behind the SCR catalytic converter and can also be used for diagnostic purposes. Based on the sensor signals, the models can be adapted to the current aging condition of the catalysts. Alternatively, by comparing the sensor signals of the NO x sensors 9 and / or the lambda probes 10 with the modeled behavior of the catalysts, a diagnosis of the aging state can be carried out without, however, adapting the model.
  • an NSK Regeneration can be requested if the modeled SCR loading with NH 3 falls below a relative value, eg 5% of the possible NH 3 loading, or absolute value, eg 0.1 g NH 3 .
  • the signal from the NO x sensor 9 after the NO x storage catalytic converter can also be viewed. This can be evaluated analogously to the procedure described above and can serve as a criterion for the request for NSK regeneration.
  • the signal from the NO x sensor 9 after the N0 X storage catalytic converter can be used as an input variable for the NSK model in the control unit 2.
  • the nitrate loading of the N0 2 storage catalytic converter 6 can be calculated and thus the NH 3 formation can be estimated taking into account the aging.
  • the NH 3 loading of the SCR catalytic converter 7 is also calculated using a model, NSK regeneration can be requested if the modeled SCR loading with NH 3 has a relative value, for example 5% of the possible NH 3 loading, or absolute Value, for example 0.1 g NH 3 , falls below.
  • both NO x sensors 9 can also be used, a sensor as described above providing a criterion for requesting NSK regeneration and the second NO x sensor being used for diagnosis and adaptation of the catalyst models in the control unit 2.
  • an NH 3 sensor can be provided after the N0 X storage catalytic converter and also after the SCR catalytic converter (not shown in FIG. 1), the signal for adapting the models of the N0 X storage catalytic converter 6 and the SCR catalytic converter 7 or for Regulation of the regeneration parameters can be used.
  • the control unit 2 contains functions which decide on the necessity and possibility of a specific NH 3 generation in the case of an upcoming NSK regeneration and which accordingly specify the operating parameters, in particular the duration and the enrichment level.
  • temperatures of the NO x storage catalytic converter 6 and the SCR catalytic converter 7. are determined by the temperature sensors 8 in or behind the respective components.
  • the temperature of the SCR catalytic converter 7 can be calculated on the basis of the measured temperature after the NO x storage catalytic converter with the aid of a model in the control unit 2, so that the sensor 8 after the SCR catalytic converter can be omitted.
  • the current NH 3 loading of the SCR catalytic converter 7 calculated using the model can also be used as a criterion.
  • the temperatures of the N0 X storage catalytic converter 6 and the SCR catalyst 7 are within predetermined ranges, the current NH 3 -load of the SCR catalyst 7 is low, and possibly other conditions are satisfied, a maximum NH 3 formation is sought , If the temperature of the NO x storage catalytic converter 6 is outside the predetermined range, which can be, for example, between 230 ° C. and 370 ° C., NH 3 formation is not possible or is possible only to a limited extent and is therefore also not sought. This avoids unnecessarily high fuel consumption and increased HC and CO emissions due to regeneration that is too long. If the temperature of the SCR catalytic converter 7 is outside the predetermined range, which can be, for example, between 200 ° C.
  • temperature gradients for example a rapid increase, can also be taken into account or a temperature prediction can be implemented.
  • the predicted temperature is then taken into account in addition to the current temperature. For example, less NH 3 formation is aimed for if a strong increase in the temperature of the SCR catalytic converter 7 is predicted, since otherwise there is a risk of subsequent NH 3 desorption in the SCR catalytic converter 7.
  • the aging state of the NO x storage catalyst 6 is also taken into account 3 formation in deciding on the desired NH, since the NO x with increasing aging of the N0 X storage catalytic converter 6 - reduction in the SCR catalyst 7 is gaining in importance.
  • the optimal air ratio is determined in the control unit 2 as a function of the desired NH 3 formation. If strong NH 3 formation is desired, an air ratio for maximum NH 3 formation is specified. If this is not the case, an air ratio is specified for little or no NH 3 formation. Intermediate values for average NH 3 formation are also possible.
  • the air ratio can also be varied continuously or in stages during the NSK regeneration. For example, a lower air ratio can be set at the beginning and a larger air ratio with progressive regeneration in order to achieve a strong NH 3 formation with low HC and CO emissions during the NSK regeneration. The duration of the NSK regeneration is also set depending on the desired NH 3 formation.
  • the regeneration is ended as soon as the air ratio determined with the lambda probe 10 after the NO x storage catalytic converter falls below a threshold value ⁇ l.
  • it can also be extended beyond this point in time by a predetermined time or number of work cycles of the engine 1.
  • the regeneration is ended immediately as soon as the air ratio downstream of the NO x storage catalytic converter falls below a threshold value ⁇ 2, where ⁇ 2 is greater than ⁇ l. This largely prevents HC / CO breakthroughs and low fuel consumption.
  • the threshold values can be varied depending on the NSK aging and other parameters. Intermediate values are also possible in order to achieve a medium NH 3 formation.
  • the engine operation during the NSK regeneration is additionally set in such a way that the highest possible N0 X raw emission of the engine 1 is achieved. This can be done in combination with a post-engine supply of reducing agent upstream of the N0 X storage catalytic converter 6. This further increases the NH 3 formation on the NO x storage catalytic converter 6. If no NH 3 formation is aimed for, on the other hand, the engine operation is set so that the lowest possible N0 X raw emission of the same is achieved.
  • the device 11 arranged in front of the NO x storage catalytic converter 6 for the supply of reducing agent after the engine is used to convert the N0 X storage catalytic converter 6 for a desulfating heating up.
  • This measure takes place in addition to motor measures for heating.
  • the motor measures can be reduced by the support by means of the supply of a reducing agent after the motor, so that the thermal aging of the oxidation catalytic converter is reduced.
  • the up heating of the N0 X storage catalytic converter 6 post-engine solely by supply of reducing agent is not desirable, since because of the large amount of reducing agent a strong exo- thermie would be produced on the N0 X storage catalytic converter 6, which would lead to thermal aging.
  • the amount of reducing agent supplied is regulated, inter alia, depending on the following parameters: desired temperature of the NO x storage catalytic converter 6, actual temperature after the particle filter, actual temperature after the NO x storage catalytic converter and exhaust gas mass flow.
  • At least one of the two devices 11 shown in FIG. 1 for the post-motor supply of reducing agent can be used to achieve the highest possible NO x raw emission of the engine 1 during the NSK regeneration.
  • the air ratio can before N0 X storing catalyst to ⁇ ⁇ l are lowered.
  • Thermal regeneration of the particle filter 5 is required at regular intervals. This can be the case, for example, if a high pressure drop across the particle filter 5 is determined with the pressure sensors 14 before and after the particle filter, which indicates an impermissibly high loading of the particle filter 5.
  • the device 11 arranged in front of the particle filter 5 and the upstream oxidation catalytic converter 4 can be used to heat the particle filter 5 post-motor supply of reducing agents can be used. This measure takes place in addition to internal engine measures to raise the exhaust gas temperature. The measures taken within the engine can be reduced by the support by means of a supply of reducing agents after the engine.
  • Heating of the oxidation catalytic converter 4 and thus of the particle filter 5 solely by supplying the motor with a reducing agent is not to be aimed at, since the large quantity of reducing agent would cause a strong exothermic reaction on the oxidation catalytic converter 4, which would lead to thermal aging.
  • the amount of reducing agent supplied is regulated, inter alia, depending on the following parameters: desired temperature of the particle filter 5, actual temperature before the particle filter, actual temperature after the particle filter and exhaust gas mass flow.
  • the device 12 for supplying secondary air and the further oxidation catalytic converter 4 are connected downstream of the SCR catalytic converter 7.
  • This oxidation catalyst 4 can be made significantly smaller and, for example, also with a lower noble metal loading than the oxidation catalyst 4 upstream of the particle filter.
  • the device 12 for supplying secondary air is always activated when the engine 1 is operated with ⁇ ⁇ 1. Unwanted emissions such as NH 3 , H 2 S and CO and HC can occur during these phases. These components can be oxidized in the oxidation catalytic converter 4 downstream of the device 12 for supplying secondary air, so that an emission of these undesired components is avoided.
  • the quantity of secondary air supplied is set such that a lean exhaust gas composition ( ⁇ > l) is achieved on the downstream oxidation catalytic converter 4 despite engine operation with ⁇ ⁇ l.
  • the signal of at least one lambda probe 10 and the exhaust gas mass flow are used in the control unit 2, among other things. If the device 12 for supplying secondary air is only able to provide a sufficient amount of secondary air after a certain lead time, it is activated with a corresponding lead time before the change to operation with ⁇ ⁇ l.
  • the SCR catalytic converter 7 is protected from high temperatures after the particle filter during the thermal regeneration of the particle filter 5, since the exhaust gas line length significantly cools the exhaust gas until it reaches the SCR catalytic converter 7 and also the NO x storage catalyst 6 acts as a heat sink. In this way, the thermal aging of the SCR catalyst 7 can be kept low.
  • the high thermal capacity of the particle filter 5 leads to a stabilization of the temperatures of the downstream components, even during unsteady driving. This ensures that the NO x storage catalytic converter 6 and the SCR catalytic converter 7 are usually in a favorable temperature range, even during unsteady driving, and the system therefore operates with high efficiency.
  • the risk is minimized that undesired desorption of stored NH 3 occurs on the SCR catalytic converter 7 due to a rapid increase in temperature.
  • the particle filter 5 can be catalytically coated.
  • the catalytic coating of the particle filter 5 can be similar to the coating of one of the oxidation catalysts 4.
  • the upstream oxidation catalyst 4 can be made smaller or with a lower noble metal content, which leads to space and cost advantages.
  • the oxidizer connected upstream of the particle filter 5 can on catalyst 4 also completely eliminated.
  • the temperature sensor 8 in front of the particle filter 5 is also omitted.
  • the catalytic coating of the particle filter 5 can also be similar to the coating of the NO x storage catalytic converter 6.
  • the downstream NO x storage catalytic converter 6 can be made smaller, which leads to space and cost advantages.
  • the separate NO x storage catalytic converter 6 can also be dispensed with entirely, ie integrated into the particle filter 5.
  • the temperature sensors 8 can also be omitted.
  • Part or all of the NO x sensors 9 can also be omitted.
  • the components contained in the exhaust gas aftertreatment system are modeled in the control unit 2 such that the temperatures or NO x concentrations occurring at the respective positions are available as output variables of the model.
  • one or both devices 11 for the post-motor supply of reducing agent can be omitted.
  • the device 12 for supplying secondary air and the downstream oxidation catalyst 4 can also be omitted.
  • the N0 2 formation catalyst 13 can, as shown in Fig. 1, be carried out as a separate component. Alternatively, it is also possible to integrate this at the outlet end of the NO x storage catalytic converter 6 or at the inlet end of the SCR catalytic converter 7. Alternatively, the N0 2 formation catalyst 13 can also be omitted.
  • the embodiment shown in FIG. 2 differs from that of FIG. 1 in that the NO x storage Catalyst 6 forms the first exhaust gas cleaning component, which then the N0 2 formation catalyst 13, the particle filter 5, the SCR catalyst 7 and the downstream oxidation catalyst 4 are connected in this order, while the other, upstream oxidation catalyst is omitted.
  • Functionally identical components are given the same reference numerals in FIG. 2 as in FIG. 1.
  • the following explanations for the exemplary embodiment of FIG. 2 can be limited to the differences resulting from the different order of the exhaust gas-cleaning components, otherwise the above applies to the exemplary embodiment 1 explained properties and advantages accordingly.
  • the NO x storage catalytic converter 6 of the internal combustion engine takes in the example of Fig. 2, the function in the regular lean operation 1 CO and HC to C0 2 and to oxidise H 2 0 and rn a substantial part of vitespeiche in the exhaust nitrogen oxides contained '.
  • the NO 2 formation catalyst 13 is connected directly upstream of the particle filter 5 in order to increase the NO 2 content of the nitrogen oxides, depending on the operating state after the NO x storage catalyst 6, still typically contained in the exhaust gas, from typically at most 20% to at least about 50% .
  • the soot oxidation in the particle filter 5 can be promoted by reaction with NO 2 (CRT effect) and the effectiveness of the downstream SCR catalytic converter 7 can be increased.
  • CRT effect reaction with NO 2
  • These effects can be further enhanced by allowing a maximum NO x slip at the NO x storage catalytic converter 6, so that the NO x reduction potential of the SCR catalytic converter 7 can be used to the maximum.
  • the effectiveness is also increased by the NO 2 formation catalyst 13 connected upstream of the particle filter 5.
  • the device 11 positioned here directly in front of the NO 2 formation catalytic converter 13 can be used to heat the particle filter 5, so that internal engine measures can be reduced for this purpose, which reduces the aging effects of the NO x .
  • Storage catalyst 6 reduced.
  • the heating of the N0 2 formation catalytic converter 13 solely by supplying a reducing agent after the engine is not desirable because of the thermal aging effects thereof.
  • the amount of reducing agent supplied is regulated, inter alia, depending on the following parameters: target temperature of the particle filter 5, actual temperature before the NO 2 formation catalyst or after the NO x storage catalyst, actual temperature after the particle filter and exhaust gas mass flow.
  • the NO x storage catalytic converter 6 quickly reaches the required operating temperature after a cold start due to its position close to the engine. This means that small measures are required to raise the exhaust gas temperature. This leads to a reduction in fuel consumption through heating measures.
  • the SCR catalytic converter 7 is protected from high temperatures during the desulfation of the NO x storage catalytic converter 6, since the exhaust gas line causes a significant cooling of the exhaust gas until it reaches the SCR catalytic converter 7 and also the particle filter 5 and the N0 2 formation catalyst 13 act as a heat sink. In this way, the thermal aging of the SCR catalyst 7 can be kept low.
  • the high heat capacity of the particle filter 5 leads to a stabilization of the temperature of the downstream SCR catalytic converter 7, even during unsteady driving. This ensures that the SCR catalytic converter 7 even when the stationary driving is usually in a favorable temperature range and therefore works with high efficiency. In addition, the risk is minimized that undesired desorption of stored NH 3 occurs on the SCR catalytic converter 7 due to a rapid increase in temperature.
  • the particle filter 5 can be catalytically coated.
  • the catalytic coating of the particle filter 5 can be similar to the coating of the NO 2 formation catalyst 13.
  • the upstream NO 2 formation catalyst 13 can be made smaller or with a lower noble metal content, which leads to space and cost advantages. If necessary, the N0 2 formation catalyst upstream of the particle filter 5 can also be dispensed with entirely.
  • the catalytic coating of the particle filter 5 can also be similar to the coating of the NO x storage catalytic converter 6.
  • the N0 X storage catalytic converter 6 arranged close to the engine can be made smaller, which leads to installation space and cost advantages.
  • the separate NO x storage catalytic converter 6 can also be dispensed with entirely, ie its function can be integrated in the particle filter 5.
  • the N0 2 formation catalyst 13 and the device 11 for the post-engine supply of reducing agent upstream of the N0 2 formation catalyst 13 can also be omitted.
  • the pressure sensor 14 shown in front of the particle filter is retained, the NO x sensor 9 shown in FIG. 2 after the NO x storage catalytic converter 6 and the lambda probe 10 are then positioned behind the particle filter 5:
  • the catalytic coating can also be similar to the coating of the downstream SCR catalytic converter 7.
  • the SCR catalytic converter 7 can be made smaller, which leads to space and cost advantages.
  • the SCR catalytic converter as a separate component can also be dispensed with entirely.
  • the temperature sensor 8 shown in FIG. 2 between the particle filter and the SCR catalytic converter can be omitted, but the pressure sensor 14 shown after the particle filter is retained.
  • the N0 2 formation catalyst 13 can also be integrated instead of upstream of the particle filter 5 at the outlet end of the NO x storage catalyst 6.
  • the NO 2 formation catalyst 13 can also be arranged upstream of the SCR catalyst 7.
  • the NO 2 formation catalyst 13 can also be integrated at the entry-side end of the SCR catalyst 7.
  • the N0 2 formation catalyst 13 can also be omitted.
  • a further oxidation catalytic converter can additionally be connected upstream of the NO x storage catalytic converter 6, which can lead to a further reduction in HC and CO emissions, particularly during a cold start.
  • FIG. 3 shows, as a further variant, an exhaust gas aftertreatment device which differs from that of FIG. 2 in that the positions of the particle filter 5 and SCR catalyst 7 are interchanged and the oxidation catalyst 4 is connected directly upstream of the particle filter 5.
  • the other components that is to say the various sensors 8, 9, 10, 14, the devices 11 for the post-motoric reducing agent supply and the secondary air supply device 12 are also suitable for the associated exhaust gas cleaning components 4 to 7 , 13 arranged in the exhaust line 3 at modified positions.
  • the devices 11 for the post-motoric reducing agent supply and the secondary air supply device 12 are also suitable for the associated exhaust gas cleaning components 4 to 7 , 13 arranged in the exhaust line 3 at modified positions.
  • Analogous to the embodiment of FIG. 2 above only those measures and the resulting effects of the example of FIG. 3 will be discussed below that 1 and 2 are different from those in the examples of FIGS. 1 and 2, while reference may otherwise be made to the above explanations regarding the examples of FIGS. 1 and 2 with regard to the corresponding functions and properties.
  • the NO 2 formation catalyst 13 connected upstream of the SCR catalytic converter 7 in turn permits a noticeable increase in the effectiveness of the SCR catalytic converter 7, in particular in the temperature range below 300 ° C.
  • the device 11 upstream of the oxidation catalyst 4 upstream of the particle filter 5 can be used to heat up the particle filter 5 for supplying the engine with a reducing agent.
  • the NO x storage catalytic converter 6 and the SCR catalytic converter 7 are not thermally stressed by this measure.
  • An exclusive heating of the particulate filter by the supply of a reducing agent after the engine is not sought, in order not to cause excessive thermal aging of the oxidation catalytic converter 4.
  • the quantity of reducing agent supplied is regulated, inter alia, depending on the following parameters: target temperature of the particle filter 5, actual exhaust gas temperature upstream of the oxidation catalytic converter 4 or after the SCR catalytic converter 7, actual exhaust gas temperature after the particle filter 5 and exhaust gas mass flow.
  • the SCR catalytic converter 7 also reaches the required operating temperature relatively quickly after a cold start due to its position behind the NO x storage catalytic converter 6. Another advantage is that no additional oxidation catalyst is required as the last system component in order to oxidize the undesired exhaust gas components by means of secondary air injection.
  • the SCR catalytic converter 7 is protected against high temperatures. protected during thermal regeneration of the particle filter 5 by being positioned upstream of the particle filter 5.
  • the particle filter 5 can be catalytically coated, the catalytic coating being similar to that of the upstream oxidation catalyst 4, so that the latter can be made smaller or with a lower noble metal content, which leads to space and cost advantages.
  • the oxidation catalyst upstream of the particle filter 5 can also be completely dispensed with.
  • the N0 2 formation catalyst 13 can, as shown in Fig. 3, be designed as a separate component. Alternatively, it can be integrated into the relevant component at the outlet-side end of the NO x storage catalytic converter 6 or at the inlet-side end of the SCR catalytic converter 7, or can be omitted entirely. In a manner not shown, a further oxidation catalytic converter can be connected upstream of the NO x storage catalytic converter 6, which can lead to a further reduction in HC and CO emissions, particularly during a cold start.
  • FIG. 4 shows a further variant in which the exhaust gas aftertreatment device has a combined SCR and nitrogen oxide storage catalytic converter 15, which combines the functions of the NO x storage catalytic converter 6 and the SCR catalytic converter 7 of the examples in FIGS. 1 to 3.
  • An oxidation catalytic converter 4 is directly connected upstream of this integrated catalytic converter 15 and the downstream particle filter 5.
  • the remaining components according to the examples of FIGS. 1 to 3 are arranged to match the position of these exhaust gas cleaning components 4, 5, 15, as shown.
  • the integrated catalytic converter 15 can be realized, for example, by using an SCR catalytic converter, which is produced as a full extrudate, the catalytic material of the SCR catalytic converter serving as a carrier for a further catalytic coating, namely a nitrogen oxide storage catalytic converter coating.
  • a nitrogen oxide storage catalyst coating in addition to the SCR coating in the case of an SCR catalyst which is not produced as a full extrudate.
  • both functional components reach the required operating temperature very quickly after the cold start, so that almost no additional heating measures are required, which would result in an increase in fuel consumption.
  • the times for NSK regeneration are determined in the example of FIG. 4 with the help of the NO x sensor 9 behind the integrated, combined catalyst 15 or alternatively by one of the other methods mentioned above.
  • the models stored in the control unit 2 include a model of the nitrogen oxide storage behavior, the ammonia storage behavior and the ammonia generation behavior of the combined catalytic converter 15.
  • the temperature of the combined catalytic converter 15 as can be detected by the temperature sensor 8 connected downstream.
  • the model-based, current ammonia loading of the combined catalyst 15, for example can also be used as a further criterion.
  • a maximum NH 3 formation can be sought, for example, if the temperature of the combined catalytic converter 15 is within a predetermined range of, for example, between 230 ° C. and 370 ° C. and the current NH 3 load thereof is low and other conditions are possibly met ,
  • the device 11 arranged in front of the oxidation catalytic converter 4 close to the engine for the supply of post-engine reductant can be used to heat the integrated, combined catalytic converter 15 for desulfating the nitrogen oxide storage catalytic converter coating, supplemented by additional engine heating measures, as explained above.
  • the amount of reducing agent supplied is regulated, inter alia, depending on the following parameters: target temperature of the combined catalytic converter 15, actual temperature of the same and exhaust gas mass flow.
  • the oxidation catalytic converter 4 connected upstream of the particle filter 5 and the device 11 connected upstream thereof for the supply of post-motor reducing agent can be used to heat the particle filter.
  • the combined nitrogen oxide storage and SCR catalytic converter 15 in turn remains unloaded thermally by the particle filter heating.
  • the amount of reducing agent supplied is regulated, inter alia, depending on the following parameters: the desired temperature of the particle filter 5, the actual exhaust gas temperature upstream of the oxidation catalytic converter 4, the actual exhaust gas temperature after the particle filter 5 and the exhaust gas mass flow. It is advantageous in the embodiment of FIG.
  • the particle filter 5 can be catalytically coated, in particular with a catalytic coating similar to that of the upstream oxidation catalytic converter 4.
  • the upstream oxidation catalytic converter 4 can be made smaller or with a lower noble metal content, which leads to corresponding installation space and cost advantages.
  • the oxidation catalyst 4 upstream of the particle filter 5 can also be omitted.
  • the SCR catalyst coating and the nitrogen oxide storage catalyst coating can be applied in a suitable manner mixed on a carrier in the combined catalyst 15.
  • the two coatings can be applied alternately in the exhaust gas flow direction, so that the exhaust gas first flows through an area with nitrogen oxide storage catalyst coating, then an area with SCR catalyst coating, then again through an area with nitrogen oxide storage catalyst coating, etc.
  • This embodiment can also be realized in that disks of a nitrogen oxide storage catalytic converter and disks of an SCR catalytic converter are alternately arranged one behind the other in a housing.
  • the arrangement that changes several times in the exhaust gas flow direction has the advantage that there is an extended temperature window in which the system works efficiently. This is how temperature peaks whose area of the system is less noticeable with a multiple alternating arrangement of nitrogen oxide storage catalyst and SCR catalyst, for example in the formation of ammonia, than in an arrangement with a nitrogen oxide storage catalyst and a separately connected SCR catalyst.
  • the internal combustion engine 1 has a double-flow section of the exhaust line 3 with a suitably assigned exhaust gas aftertreatment device.
  • the latter comprises, in a similar and symmetrical manner, a NO x storage catalytic converter 6, a NO 2 formation catalytic converter 13 and an SCR catalytic converter 7 together with associated sensors 8, 9, 10 and device 11 for supplying post-motoric reductant at suitable positions in accordance with the examples in FIG 1 to 4.
  • the two parallel exhaust gas lines are merged downstream of the two SCR catalytic converters 7 to form a subsequent, single line section, in which the particle filter 5, together with an upstream oxidation catalytic converter 4 and matching sensors 8, 9, 14, device 11 for the post-engine Reducing agent supply and secondary air supply device 12 are arranged as shown.
  • Such a double-flow arrangement can be useful, for example, in engines whose cylinders are arranged in a V-shape.
  • the prerequisite is that if an exhaust gas turbocharger is used, a separate turbocharger is used for each cylinder bank, since otherwise the two flows must be brought together before the turbine of the turbocharger.
  • the operating strategy for this exhaust gas aftertreatment system is designed in such a way that only minor modifications are necessary compared to the operation of a single-flow system. This is important because otherwise complex new developments of additional functions in the control unit 2 of the internal combustion engine 1 would be required. In addition, this approach can limit the number of sensors used and thus the increase in costs for the overall system.
  • the basic idea is to consider the two parallel strands as a single strand, so that basically the same processes take place in both strands. This is only possible if the two strands do not differ fundamentally in terms of raw engine emissions, catalyst types and catalyst volumes, etc.
  • more complex approaches such as strands operated completely independently of one another and, for example, also staggered phases with rich exhaust gas, so that lean exhaust gas is always present after the two strands have been brought together, are possible.
  • the signals from the NO x sensors 9 downstream of the NO x storage catalytic converters 6 can be used in an averaged or differently weighted manner as a representative nitrogen oxide concentration after the NO x storage catalytic converter for the NSK model in the control unit 2.
  • the termination criterion for NSK regeneration can be a drop below the associated threshold value ⁇ l by one of the two lambda sensors 10 downstream of the two parallel NO x storage catalysts 6. If no ammonia formation is desired, the NSK regeneration is terminated, for example, immediately if the air ratio after one of the two parallel NO x storage catalytic converters 6 falls below the threshold value ⁇ 2.
  • the two parallel exhaust gas section sections can also be merged directly behind the two parallel NO x storage catalytic converters 6 to form a subsequent single-flow section section, in which there is then only one SCR catalytic converter 7 with an optional NO 2 formation catalytic converter 13 connected upstream.
  • the use of integrated nitrogen oxide storage and SCR catalysts in each of the plurality of strand sections is in accordance with the example of FIG. 4 and / or a different sequence of the exhaust gas-purifying Components possible, in particular according to the Fig. 1, 2 and 4.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einem Stickoxidspeicherkatalysator und einem SCR-Katalysator und auf ein zugehöriges Abgasnachbehandlungsverfahren. Erfindungsgemäss ist ein Partikelfilter stromaufwärts des Stickoxidspeicherkatalysators oder zwischen diesem und dem SCR-Katalysator oder stromabwärts des SCR-Katalysators und/oder ein NO2-Bildungskatalysator stromaufwärts des SCR-Katalysators vorgesehen. Der Zeitpunkt von Regenerationsbetriebsphasen des Stickoxidspeicherkatalysators kann abhängig vom Stickoxidgehalt des Abgases strombwärts des Stickoxidspeicherkatalysators oder des SCR-Katalysators und/oder von dessen Ammoniakbeladung bestimmt werden. Ausserdem kann für eine jeweilige Regenerationsbetriebsphase eine Soll-Ammoniakerzeugungsmenge ermittelt werden. Verwendung z.B. für vorwiegend mager betriebene Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren.

Description

DaimlerChrysler AG
Abgasnachbehandlungseinrichtung und -verfahren
Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasnachbehandlungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein mit einer solchen Einrichtung durchführbares Abgasnachbehandlungsverfahren. Derartige Einrichtungen und Verfahren werden insbesondere zur Abgasnachbehandlung bzw. Abgasreinigung bei vorwiegend mager betriebenen Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen eingesetzt.
Der Einsatz von Stickoxidspeicherkatalysatoren, auch als NOx- Speicherkatalysatoren oder NOx-Adsorberkatalysatoren bzw. abgekürzt als NSK bezeichnet, ist zur nachmotorischen Stickoxidminderung bei mager betriebenen Brennkraftmaschinen allgemein bekannt . Magerbetriebsphasen der Brennkraftmaschine entsprechen Adsorptionsphasen des Stickoxidspeicherkatalysators, in welchen er Stickstoffmonoxid (MO) in Stickstoffdioxid (N02) oxidiert und als Nitrate zwischenspeichert. Während kurzzeitiger, periodischer Regenerations- bzw. Desorpti- onsphasen wird der Stickoxidspeicherkatalysator von den eingespeicherten Nitraten befreit, indem diese zu Stickstoffdioxid und anschließend Stickstoffmonoxid umgewandelt werden. Letzteres wird dann durch geeignete Reduktionsmittel zu Stickstoff reduziert.
Eine bekannte Technik der Bereitstellung der erforderlichen Reduktionsmittel besteht darin, die vorwiegend mager betriebene Verbrennungseinrichtung, deren Abgas nachbehandelt wird, kurzzeitig auf Fettbetrieb umzustellen, wodurch im Abgas als Reduktionsmittel Wasserstoff (H2) , Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) vorliegen. Hierzu sind bereits verschiedene spezifische Maßnahmen zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, auch kurz als Luftverhältnis λ bezeichnet, vorgeschlagen worden, siehe z.B. die Offenle- gungsschriften EP 0 560 991 AI und DE 196 26 835 AI. Die Stickoxidreduktion kann auch in einem nachgeschalteten, sogenannten DENOX-Katalysator erfolgen, und zur Bereitstellung der Reduktionsmittel kann auch eine nachmotorische Zudosie- rung von Kohlenwasserstoffen vorgesehen sein, siehe z.B. die Offenlegungsschriften EP 0 540 280 AI und EP 0 573 672 AI.
Bei diesem abwechselnden Adsorptions-/Desorptionsbetrieb sind einige Problempunkte zu beachten. So können abhängig von der Katalysatortemperatur, der AbgasZusammensetzung und der Materialzusammensetzung des Stickoxidspeicherkatalysators in der Regenerationsphase erhebliche Mengen des Schadgases Ammoniak (NH3) durch Reaktion von Wasserstoff mit Stickstoffmonoxid und/oder Stickstoffdioxid entstehen. Beim Übergang von magerer auf fette Abgasatmosphäre besteht die Gefahr eines unerwünschten Stickoxid-Durchbruchs aufgrund schlagartiger Nitratzersetzung, wenn nicht ausreichend rasch Reduktionsmittel in entsprechender Menge bereitgestellt wird. Beim Übergang von fetter auf magere Abgasatmosphäre kann durch exotherme Verbrennungsreaktionen eine Erwärmung des Stickoxidspeicherkatalysators mit der Folge auftreten, dass bereits gebildete Nitrate wieder zersetzt und vorübergehend nicht mehr eingespeichert werden können, was einen unerwünschten Stickoxid- Schlupf verursachen kann. Eine effiziente Stickoxidminderung ist mit dieser NOx-Speicherkatalysatortechnik auf einen relativ schmalen Temperaturbereich etwa zwischen 200°C und 400°C begrenzt, da bei geringerer Temperatur die Oxidation von NO zu N02 gehemmt ist und bei höherer Temperatur die gebildeten Nitrate nicht mehr stabil in signifikanter Menge gespeichert werden können und sich das thermodynamische Gleichgewicht zwischen NO und N02 zunehmend auf die Seite des Stickstoffmonoxids verschiebt .
Ein weiterer Problempunkt ist bei Verwendung schwefelhaltiger Kraftstoffe die sogenannte Schwefelvergiftung des N0X- Speicherkatalysators durch Einspeichern von Sulfaten, die gegenüber den Nitraten stabiler sind und sich in den N0X- Regenerationsphasen nicht zersetzen. Zur Sulfatentfernung werden daher von Zeit zu Zeit spezielle Desulfatisierungspha- sen bei erhöhter Abgastemperatur und fetter AbgasZusammensetzung durchgeführt, siehe z.B. die Offenlegungsschrift DE 198 27 195 AI. Bei der Desulfatisierung kann das Schadgas Schwefelwasserstoff (H2S) entstehen, dessen Emission vermieden werden sollte. Dazu wird z.B. in der Patentschrift DE 100 25 044 Cl eine Zufuhr von Sekundärluft in den Abgasstrang während der Desulfatisierungsphasen vorgeschlagen, um den Schwefelwasserstoff in einem nachgeschalteten Oxidationskatalysa- tor zu oxidieren.
Ein weiteres bekanntes Abgasnachbehandlungsverfahren ist das sogenannte selektive katalytische Reduktionsverfahren, abgekürzt als SCR-Verfahren bezeichnet . Hierbei wird dem Abgas zwecks Stickoxidreduktion ein selektiv wirkendes Reduktionsmittel zugegeben, typischerweise Ammoniak. Der Ammoniak wird in einem entsprechenden Denitrierungskatalysator, abgekürzt als SCR-Katalysator bezeichnet, zwischengespeichert und von diesem dazu verwendet, im Abgas enthaltene Stickoxide (NOx) katalytisch unter Bildung von Stickstoff und Wasser zu reduzieren. Die Effektivität von SCR-Katalysatoren ist bei niedrigeren Temperaturen stark vom Verhältnis Nθ/N02 abhängig, mit einem Effektivitätsmaximum bei einem N02-Anteil von ca. 50% für Temperaturen unterhalb von 200°C und deutlich reduzierter Effektivität bei geringerem N02-Anteil. Bei höheren Temperaturen oberhalb von ca. 400°C wird die Stickoxidreduktion durch Oxidation von Ammoniak limitiert, außerdem nimmt mit zunehmender Temperatur die Ammoniak-Speicherkapazität des SCR-Katalysators ab. Insgesamt ergibt sich für solche SCR- Systeme ein taugliches Temperaturfenster zur effizienten Stickoxidminderung von etwa 250°C bis etwa 550°C. SCR- Katalysatoren unterliegen einer thermischen Alterung und sollten nicht mit Temperaturen über ca. 700°C bis 750°C belastet werden. SCR-Katalysatoren können bei niedrigen Temperaturen auch unverbrannte Kohlenwasserstoffe Zwischenspeichern und auch bei fetter AbgasZusammensetzung bei entsprechender Auslegung Kohlenwasserstoffe oxidieren, insbesondere wenn sie Vanadiumoxid (V205) als ein katalytisches Material enthalten.
Zur Bereitstellung des Ammoniaks im Abgas ist die Einbringung von Harnstoff bekannt, aus dem durch Hydrolyse oder Thermoly- se Ammoniak entsteht. Problematisch ist hierbei insbesondere für Fahrzeuganwendungen, dass ein entsprechender Harnstoffvorrat mitgeführt werden muss. Alternativ wurde daher bereits eine interne Ammoniakerzeugung vorgeschlagen. In den Offenle- gungsschriften WO 97/17532 AI und DE 199 49 046 AI wird hierzu vorgeschlagen, einen Ammoniakerzeugungskatalysator und stromabwärts von diesem einen Ammoniakspeicher- und Stick- oxidreduktionskatalysator, vorzugsweise ergänzt durch einen SauerstoffSpeicherkatalysator zwischen den beiden vorgenannten Katalysatoren oder stromabwärts des Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysators, anzuordne .
In der Offenlegungsschrift EP 0 878 609 AI ist eine gattungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung beschrieben, bei der im Abgasstrang ein NOx-Speicherkatalysator und diesem nachgeschaltet ein SCR-Katalysator angeordnet sind. Der NOx- Speicherkatalysator kann alternativ oder zusätzlich zu einem Dreiwegekatalysator auf Ammoniakbildung bei kurzzeitig fettem Motorbetrieb ausgelegt sein, der durch eine Nacheinspritzung von Kraftstoff in wenigstens einen Teil der Motorbrennräume realisiert wird. Bei dieser Art der internen Ammoniakerzeugung besteht die Gefahr, dass die erzeugte Ammoniakmenge die Ammoniakspeicherfähigkeit des SCR-Katalysators übersteigt und dadurch ein unerwünschter Ammoniak-Schlupf auftritt.
Mit den oben beschriebenen Abgasnachbehandlungsmaßnahmen wird keine Partikelminderung insbesondere von Rußpartikeln erzielt. Hierzu ist der Einsatz von Partikelfiltern bekannt. Im Partikelfilter gesammelter Ruß kann bei erhöhter Temperatur unter Anwesenheit von Sauerstoff abgebrannt werden. Eine gebräuchliche Maßnahme zur Aufheizung des Partikelfilters besteht darin, in das Abgas Kraftstoff z.B. durch eine Nacheinspritzung einzubringen und in einem dem Partikelfilter vorgeschalteten Oxidationskatalysator zu verbrennen. Es sind auch sogenannte CRT-Systeme mit kontinuierlicher Partikelfilterregeneration bekannt, siehe z.B. die Patentschrift US 4.902.487. Bei diesen Systemen wird am Oxidationskatalysator aus NO Stickstoffdioxid gebildet, das den im Partikelfilter gesammelten Ruß oxidiert.
In der Offenlegungsschrift DE 199 21 974 AI wird zur Partikel- und Stickoxidminderung eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einem Oxidationskatalysator, einem nachgeschalteten NOx-Speicherkatalysator und einem Partikelfilter stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators oder zwischen dem Oxidationskatalysator und dem NOx-Speicherkatalysator beschrieben. Bei der erstgenannten Anordnung begünstigt der Oxidationskatalysator die Funktion des NOx-Speicherkatalysators durch N02- Bildung, es kann jedoch kein CRT-Effekt für den Partikelfilter erzielt werden, da die Stickoxide schon vor dem Partikel- filter zu Stickstoff reduziert werden. Wenn der Oxidationska- talysator zur Partikelfilteraufheizung durch Verbrennen von nacheingespritztem Kraftstoff verwendet wird, ergibt sich bei dieser Anordnung eine hohe Temperaturbelastung des NOx- Speicherkatalysators und ein relativ hoher Kraftstoffverbrauch. Bei der anderen genannten Anordnung enthält das Abgas vor dem NOx-Speicherkatalysator überwiegend NO und nur wenig N02, da letzteres durch den CRT-Effekt in NO umgewandelt wird, wodurch sich das Speicherverhalten _ des NOx- Speicherkatalysators verschlechtert. Wenn der Oxidationskatalysator bei dieser Anordnung zur Desulfatisierungs-Aufheizung des NOx-Speicherkatalysators durch Verbrennen von nacheingespritztem Kraftstoff verwendet wird, muss wegen der hohen Wärmekapazität und der Wärmeübertragung im zwischenliegenden Abgasstrangabschnitt eine relativ hohe Temperatur am Oxidationskatalysator erreicht werden, die zu thermischen Alterungseffekten desselben führen kann.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung der eingangs genannten Art und eines zugehörigen Abgasnachbehandlungsverfahrens zugrunde, mit denen sich möglichst viele der folgenden Anforderungen mit relativ geringem Aufwand in hohem Maß erfüllten lassen: Effektive Stickoxidreduktion in einem breiten Temperaturbereich, kein zusätzlicher Reduktionsmittel- Betriebsstoff , Vermeidung von Ammoniak- und Schwefelwasser- stoffemissionen, minimale Partikelemission, Partikeloxidation durch N02-Reaktion, minimale CO- und HC-Emissionen, vergleichsweise geringe Temperaturbelastung aller abgasreinigenden Komponenten, minimaler Kraftstoffmehrverbrauch und geringer Bauraumbedarf .
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eines Abgasnachbehandlungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 11 oder 12.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1 beinhaltet außer einem Stickoxidspeicherkatalysator und einem diesem nachgeschalteten SCR-Katalysator zusätzlich einen Partikel- filter und/oder einen stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordneten N02-Bildungskatalysator .
Der Stickoxidspeicherkatalysator erlaubt eine effektive Stickoxidminderung speziell auch bei mager betriebenen Brennkraftmaschinen. Der nachgeschaltete SCR-Katalysator verhindert durch seine NH3-Speicherf higkeit eine ungewollte Emission von durch den NOx-Speicherkatalysator erzeugtem Ammoniak. Gleichzeitig ist der SCR-Katalysator in der Lage, mit eingespeichertem Ammoniak noch im Abgas stromabwärts des NOx- Speicherkatalysators gegebenenfalls enthaltende Stickoxide zu reduzieren, wobei gleichzeitig der Ammoniak oxidiert wird. Dieser Effekt lässt sich dazu nutzen, am Stickoxidspeicherkatalysator gezielt Ammoniak zu bilden, um diesen im SCR- Katalysator als Reduktionsmittel zu nutzen. Dadurch kann eine effektive Stickoxidminderung auch in Zeiträumen aufrecht erhalten werden, in denen die Temperatur des NOx- Speicherkatalysators vorübergehend außerhalb seines umwandlungsaktiven Bereichs liegt, wie z.B. als Folge der Exother- mie nach einem Übergang von fetter zu magerer AbgasZusammensetzung.
Falls stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators noch Stickoxide im Abgas enthalten sind, so liegen diese meist in Form von NO vor, der N02-Anteil ist deutlich geringer und beträgt beispielsweise maximal 20%. Die Effektivität des SCR- Katalysators ist jedoch bei niedrigen Temperaturen unter 300°C etwa bei einem N02-Anteil von 50% am höchsten und bei einem geringeren N02-Anteil deutlich reduziert. Zur Effektivitätssteigerung des SCR-Katalysators kann diesem der N02- Bildungskatalysator vorgeschaltet sein. Dieser Katalysator kann ein vergleichsweise kleines Volumen haben und eine Beschichtung aufweisen, die u.a. ein Edelmetall (z.B. Platin) enthält und in der Lage ist, zumindest in einem Temperaturbereich von etwa 200°C bis 350°C den N02-Anteil an der NOx- Emission auf zumindest näherungsweise 50% zu erhöhen. Als Besonderheit hat die Beschichtung des N02-Bildungskatalysators die Eigenschaft, gezielt bei Betrieb mit λ<l im N0X- Speicherkatalysator erzeugten Ammoniak nicht zu oxidieren, sondern unverändert passieren zu lassen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Beschichtung keine Sauerstoffspeichernde Komponente enthält .
In einer entsprechenden Steuerungseinheit, die z.B. auch zur Steuerung der Verbrennungseinrichtung, wie einer Brennkraftmaschine, dienen kann, sind bevorzugt Funktionen implementiert, die über die Notwendigkeit und Möglichkeit einer gezielten NH3-Erzeugung entscheiden und die Betriebsparameter, insbesondere die Dauer und Anfettungstiefe bei der NSK- Regeneration, geeignet vorgeben. Typischerweise kann die NH3- Bildung durch ein kleineres Luftverhältnis und eine längere Regenerationsdauer verstärkt werden, sofern die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators im Bereich möglicher NH3-Bildung liegt. Darüber hinaus kann der Betrieb der Verbrennungsein- richtung während der NSK-Regeneration in an sich bekannter Weise so eingestellt werden, dass eine hohe NOx-Rohemission derselben erzielt und dadurch die NH3-Bildung am NOx- Speicherkatalysator weiter verstärkt wird.
Es hat sich gezeigt, dass der SCR-Katalysator auch eingesetzt werden kann, um eine beispielsweise bei der Desulfatisierung entstehende H2S-Emission zu vermeiden. Versuche haben ergeben, dass ein SCR-Katalysator aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften auch bei fetter AbgasZusammensetzung (λ<l) bei der Desulfatisierung auftretenden Schwefelwasserstoff zu S02 oxidieren kann. Hierdurch kann eine unangenehme Geruchsbelästigung vermieden werden.
Als weitere Besonderheit können SCR-Katalysatoren, sofern sie Vanadiumoxid enthalten, auch bei fetten Bedingungen (λ<l) unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) oxidieren. Hierdurch kann der Reduktionsmittel-Durchbruch bei der NSK-Regeneration vermindert werden. Insbesondere kann beispielsweise die Emission von möglicherweise krebserregenden Kohlenwasserstoffen wie Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylol verringert werden, die bei fetten Bedingungen am N0X-Speicherkatalysator entstehen können. Aufgrund seiner Eigenschaft, bei niedrigen Temperaturen auch Kohlenwasserstoffe zu speichern, kann der SCR- Katalysator zusätzlich zu einer Verringerung der HC- Emissionen nach dem Kaltstart beitragen. Die bei niedrigen Temperaturen gespeicherten HC werden bei höheren Temperaturen wieder freigesetzt und können am SCR-Katalysator oder einem nachgeschalteten Oxidationskatalysator oxidiert werden.
Zur nachmotorischen Partikelminderung kann ein Partikelfilter eingesetzt werden. Dieser hält die emittierten Partikel mit einer hohen Effektivität zurück. Wie üblich, können die gesammelten Partikel in regelmäßigen Abständen durch eine Temperaturerhöhung auf über 600°C abgebrannt werden. Soweit das den Partikelfilter erreichende Abgas N02 enthält, erfolgt auch bereits im Temperaturbereich etwa zwischen 250°C und 400°C eine Rußoxidation durch Reaktion mit N02 (CRT-Effekt) . Der Partikelfilter kann generell katalytisch beschichtet sein, wobei die Beschichtung Komponenten wie ein Edelmetall (z.B. Platin) und einen Washcoat enthalten kann.
Durch geeignete 'Anordnung der Komponenten kann die auftretende maximale Temperaturbelastung der einzelnen Komponenten den spezifischen Erfordernissen angepasst werden. Zudem kann durch geeignete Anordnung sichergestellt werden, dass die Temperaturen der einzelnen Komponenten im Fahrbetrieb in einem für die jeweilige Funktion günstigen Bereich liegen. Der für die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators erforderliche Fettbetrieb kann durch innermotorische Maßnahmen oder eine zusätzliche nachmotorische Einbringung von Reduktionsmittel (z.B. Kraftstoff oder Wasserstoff) realisiert werden.
Die Aufheizung des NOx-Speicherkatalysators zur Desulfatisie- rung sowie des Partikelfilters zur thermischen Regeneration kann durch innermotorische Maßnahmen, u.a. Kraftstoff- Nacheinspritzung, erfolgen. Neben der gezielt erhöhten Abgastemperatur führen im Abgas verbleibende, unvollständig verbrannte Kohlenwasserstoffe zu einer zusätzlichen Exothermie auf einem optional motornah angeordneten Katalysator, wodurch die Abgastemperatur weiter angehoben wird. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Zufuhr von Reduktionsmittel (z.B. Kraftstoff oder Wasserstoff) im Abgasstrang direkt vor der o- der den aufzuheizenden Komponenten bzw. vor einem diesen Komponenten vorgeschalteten Oxidationskatalysator erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass die Wärmeverluste durch Aufheizung weiterer vorgeschalteter Komponenten sowie Wärmeverluste durch Abkühlung in der Abgasleitung verringert werden. Hierdurch wird der Energieaufwand und damit der Kraftstoff- Mehrverbrauch für die Aufheizung auf ein Minimum beschränkt. Ein weiterer Vorteil ist, dass auf diese Weise weitere vorgeschaltete Komponenten nicht mit hohen Abgastemperaturen belastet werden und somit deren thermische Alterung auf ein Minimum beschränkt werden kann. Außerdem wird vermieden, dass weitere vorgeschaltete Komponenten, z.B. ein vorgeschalteter NOx-Speicherkatalysator, aufgrund der Aufheizung das für eine gute Effizienz erforderliche Temperaturfenster verlassen. Im Fall eines katalytisch beschichteten Partikelfilters besteht ein weiterer Vorteil darin, dass die Kraftstoff- Umsetzung wegen der hohen Wärmekapazität des Partikelfilters auch beispielsweise nach längeren Schubphasen des Verbrennungsmotors mit niedriger Abgastemperatur weiterhin möglich ist. Bei einem konventionellen Katalysator besteht dagegen die Gefahr, dass aufgrund der geringen Wärmekapazität die Temperatur unter vergleichbaren Bedingungen unter die Anspringtemperatur sinkt und somit keine katalytische Umsetzung der Kohlenwasserstoffe mehr möglich ist. Generell sind statt der Zufuhr von Reduktionsmittel (z.B. Kraftstoff oder Wasserstoff) vor einem Katalysator auch andere Verfahren zur Aufheizung möglich. Diese werden nachfolgend nicht ausdrücklich erwähnt, können aber anstelle der nachmotorischen Zufuhr von Reduktionsmittel eingesetzt werden. In diesem Zusammenhang sind beispielsweise ein elektrisch beheizter Katalysator, eine elektrische Beheizung des Partikelfilters oder der Einsatz eines Brenners als übliche herkömmlich Maßnahmen zu nennen.
Die nachmotorische Zufuhr von Reduktionsmittel stromaufwärts des N0X-Speicherkatalysators kann auch dazu genutzt werden, bei Motorbetrieb mit magerem Abgas fette Bedingungen zur NSK- Regeneration einzustellen. Dies geschieht vorzugsweise bei Motorbetrieb zwischen λ=l,0 und λ=l,2, da andernfalls die zuzuführende Reduktionsmittelmenge zu groß ist. Hierbei ergibt sich als Vorteil, dass üblicherweise im Bereich zwischen λ=l,0 und λ=l,2 eine hohe NOx-Rohemission auftritt, während diese bei Luftverhältnissen λ<l deutlich niedriger ist. Somit kann dieses Verfahren dazu dienen, bei der NSK-Regeneration eine hohe NOx-Emission und damit eine starke NH3-Bildung zu erzielen.
Zur Vermeidung hoher CO- und HC-Emissionen während NSK- Regenerationen mit λ<l kann vor einem nachgeschalteten Oxida- tionskatalysator bei Bedarf eine Sekundärlufteinblasung erfolgen. Die Sekundärluft kann z.B. durch eine elektrisch angetriebene Sekundärluftpumpe oder einen Kompressor bereitgestellt werden oder bei aufgeladenen Motoren nach Verdichter entnommen werden.
Durch optionale Kombination bzw. Integration von zwei der genannten Funktionalitäten in einem Bauteil, beispielsweise durch Aufbringen einer katalytischen Beschichtung auf einen Partikelfilter, kann eine deutliche Reduzierung des Bauraumbedarfs erzielt werden.
In weiteren Ausgestaltungen beinhaltet die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen oder mehrere N0X-Sensoren nach dem NOx-Speicherkatalysator und/oder dem SCR-Katalysator und/oder Mittel zur Erfassung der Temperatur einer oder mehrerer der abgasreinigenden Komponenten und/oder Mittel zur Erfassung der NH3-Beladung des SCR-Katalysators.
Für die Reihenfolge von NOx-Speicherkatalysator, SCR- Katalysator, Partikelfilter und N02-Bildungskatalysator im Abgasstrang sind verschiedene Realisierungen mit jeweils spezifischen Eigenschaften und Vorteilen möglich, was auch mehrflutige Anordnungen umfasst .
Das Verfahren nach Anspruch 11 ermöglicht eine vergleichsweise genaue, modellgestützte Steuerung des Zeitpunktes für die Auslösung einer jeweiligen Regeneration des Stickoxidspeicherkatalysators .
Das Verfahren nach Anspruch 12 erlaubt eine gezielte Steuerung der Ammoniakerzeugung während einer jeweiligen Regenerationsphase des Stickoxid-Speicherkatalysators unter Berücksichtigung der aktuellen Verhältnisse, insbesondere hinsieht- lieh der Temperaturen des ammoniakerzeugenden NOx- Speicherkatalysators und des SCR-Katalysators und/oder der Ammoniakbeladung des SCR-Katalysators, wobei je nach dem ermittelten Betriebszustand eine variable Ammoniakmenge vorgegeben werden kann, die in der anstehenden Regenerationsphase des NOx-Speicherkatalysators erzeugt werden soll.
In Ausgestaltung dieses Verfahrens wird als ein Kriterium für die Beendigung einer Regenerationsphase des NOx-Speicherkatalysators die Feststellung herangezogen, ob das Abgas- Luftverhältnis nach dem N0X-Speicherkatalysator einen von der angestrebten Ammoniakbildungsmenge abhängigen Schwellwert unterschritten hat .
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann während der NSK-Regeneration eine externe, z.B. nachmotorische Reduktionsmittelzufuhr in den Abgasstrang vorgesehen sein, um die Verbrennungseinrichtung auch in diesem Zeitraum mager zu betreiben und dadurch eine hohe NOx-Rohemission derselben zu erzielen.
In einer weiteren Verfahrensausgestaltung kann eine Sekundärluftzufuhr an geeigneter Stelle in den Abgasstrang während der Fettbetriebsphasen vorgesehen sein, um in diesen Betriebsphasen eventuelle Anteile von NH3, H2S, CO und HC zu o- xidieren und damit entsprechende Schadstoffemissionen zu verhindern.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Blockdiagrammdarstellung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit ange- schlossener, einflutiger Abgasnachbehandlungseinrichtung, die hintereinander geschaltet einen ersten Oxidationskatalysator, einen Partikelfilter, einen NOx-Speicherkatalysator, einen N02-Bildungs- katalysator, einen SCR-Katalysator und einen zweiten Oxidationskatalysator beinhaltet,
Fig. 2 eine schematische Blockdiagrammdarstellung entsprechend Fig. 1, jedoch mit einer modifizierten Abgasnachbehandlungseinrichtung, die hintereinanderge- schaltet einen NOx-Speicherkatalysator, einen N02- Bildungskatalysator, einen Partikelfilter, einen SCR-Katalysator und einen Oxidationskatalysator beinhaltet,
Fig. 3 eine schematische Blockdiagrammdarstellung entsprechend Fig. 1 mit einer modifizierten Abgasnachbehandlungseinrichtung, die hintereinandergeschaltet einen NOx-Speicherkatalysator, einen N0-Bildungs- katalysator, einen SCR-Katalysator, einen Oxidationskatalysator und einen Partikelfilter beinhaltet,
Fig. 4 eine schematische Blockdiagrammdarstellung entsprechend Fig. 1, jedoch mit einer modifizierten Abgasnachbehandlungseinrichtung, die einen ersten Oxidationskatalysator, einen integrierten Stickoxidspeicher- und SCR-Katalysator, einen zweiten Oxidationskatalysator und einen Partikelfilter beinhaltet, und
Fig. 5 eine schematische Blockdiagrammdarstellung entsprechend Fig. 1, jedoch für eine modifizierte Brennkraftmaschine mit zweiflutigem Abgasstrang und zu- geordneter zweiflutiger Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung von Fig. 1 beinhaltet in Abgasströmungsrichtung hinter einer Brennkraftmaschine 1 in einem Abgasstrang 3 nacheinander einen Oxidationskatalysator 4, einen Partikelfilter 5, einen NOx-Speicherkatalysator 6, einen N02-Bildungskatalysator 13, einen SCR-Katalysator 7 und einen weiteren Oxidationskatalysator 4 als abgasreinigende Komponenten. Eine Steuerungseinheit 2 dient zur Steuerung der Brennkraftmaschine 1, bei der es sich z.B. um einen üblichen Diesel- oder Ottomotor handeln kann, und der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Des weiteren sind Temperatursensoren 8, NOx-Sensoren 9, Lambdasonden 10, Einrichtungen 11 zur nachmotorischen Zufuhr von Reduktionsmittel, eine Einrichtung 12 zur Zufuhr von Sekundärluft und Drucksensoren 14 an geeigneten Stellen des Abgasstrangs 3, wie gezeigt, vorgesehen.
Die Brennkraftmaschine 1 liefert Abgas, das u.a. NOx, Partikel, CO und HC enthält. Bei regulärem Magerbetrieb der Brennkraftmaschine 1 werden CO und HC am Oxidationskatalysator 4 zu C02 und H20 oxidiert . Außerdem wird ein Teil des im Abgas enthaltenen NO zu N02 oxidiert. Die im Abgas vorhandenen Partikel werden im Partikelfilter 5 zurückgehalten. Ein Teil der im Partikelfilter 5 angesammelten Rußpartikel wird durch Reaktion mit N02 oxidiert, wobei N0 zu NO reduziert wird. Im NOx-Speicherkatalysator 6 werden die im Abgas enthaltenen Stickoxide gespeichert. Falls nach NOx-Speicherkatalysator 6 noch Stickoxide im Abgas enthalten sind, so liegen diese meist in Form von NO vor, der N02-Anteil ist deutlich geringer und beträgt beispielsweise maximal 20%. Die Effektivität des SCR-Katalysators 7 ist jedoch bei niedrigen Temperaturen unter 300°C etwa bei einem N02-Anteil von 50% am höchsten und bei einem geringeren N02-Anteil deutlich reduziert. Daher ist dem .SCR-Katalysator 7 der N02-Bildungskatalysator 13 vorgeschaltet. Dieser Katalysator 13 weist eine Beschichtung auf, die u.a. Edelmetall (z.B. Platin) enthält und in der Lage ist, zumindest in einem Temperaturbereich von etwa 200°C bis 35θ'°C den N02-Anteil an der NOx-Emission auf zumindest näherungsweise 50% zu erhöhen. Als Besonderheit hat die Beschichtung des N02-Bildungskatalysators die Eigenschaft, gezielt bei Betrieb mit λ<l im NOx-Speicherkatalysator erzeugten Ammoniak nicht zu oxidieren, sondern unverändert passieren zu lassen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Beschichtung keine Sauerstoffspeichernde Komponente enthält. Der SCR-Katalysator 7 ist in der Lage, die Stickoxide mit Hilfe von in • ihm gespeichertem NH3 zu reduzieren. Hierbei wird die Effektivität bei Temperaturen unter 300°C durch den vorgeschalteten N02-Bildungskatalysator 13 erhöht.
Um an allen Komponenten, insbesondere am NOx-Speicherkatalysator 6 und SCR-Katalysator 7, ausreichende Temperaturen auch bei Niedriglastbetrieb und damit eine bestmögliche NOx-Minderung zu erzielen, können Heizmaßnahmen angewendet werden. Diese können innermotorisch sein, z.B. eine Spätverlegung der Haupteinspritzung oder Nacheinspritzung, oder auch nachmotorisch durch Zufuhr von Reduktionsmittel vor NOx- Speicherkatalysator zur Exothermieerzeugung, sofern der NOx- Speicherkatalysator 6 eine ausreichende Temperatur zur Umsetzung des Reduktionsmittels erreicht hat. Weitere Maßnahmen zur Erhöhung der Abgastemperatur können sein: Erhöhung der Leerlaufdrehzahl, Verlängerung der Nachglühzeit, Zuschalten zusätzlicher elektrischer Verbraucher oder eine Erhöhung der AGR-Rate. Die oben genannten Heizmaßnahmen können beispielsweise durch die Steuerungseinheit 2 in Abhängigkeit der eingehenden Temperatursensor-Signale oder mittels Modell gesteuert werden. Die Abgasleitung 3 kann thermisch isoliert sein, um Wärmeverluste aus dem Abgas zu minimieren. Beispielsweise kann eine Luftspalt-Isolation verwendet werden.
In regelmäßigen Abständen sind NSK-Regenerationen erforderlich. Die Zeitpunkte für Regenerationen werden mit Hilfe des NOx-Sensors 9 hinter SCR-Katalysator bestimmt. Das Signal des NOx-Sensors 9 wird in der Steuerungseinheit 2 erfasst und bewertet. Bei unzulässig hohem NOx-Durchbruch, beispielsweise bei Überschreiten eines gewissen Anteils der NOx-Rohemission (z.B. NOx-Gehalt nach NOx-Speicherkatalysator > 10 % der NOx- Rohemission) , erfolgt in der Steuerungseinheit 2 die Anforderung einer NSK-Regeneration. Sofern in der Steuerungseinheit 2 berücksichtigte Kriterien erfüllt sind, die motorseitig Voraussetzung für die Realisierung einer NSK-Regeneration sind, beispielsweise Betrieb in einem Teil des Betriebsbereichs des Motors 1, in dem eine NSK-Regeneration darstellbar ist, wird die NSK-Regeneration eingeleitet.
In der Steuerungseinheit 2 sind Modelle für die NOx- Rohemission, das NOx-Speicher-Verhalten des NOx-Speicher- katalysators 6, die NH3-Bildung am NOx-Speicher-Katalysator und die NH3-Speicherung im SCR-Katalysator 7 abgelegt. Diese können für die Bewertung des NOx-Sensorsignals hinter SCR- Katalysator herangezogen werden und auch für Diagnosezwecke verwendet werden. Auf Basis der Sensorsignale kann eine Adaption der Modelle an den aktuellen Alterungszustand der Katalysatoren erfolgen. Alternativ kann durch Vergleich der Sensorsignale der NOx-Sensoren 9 und/oder der Lambda-Sonden 10 mit dem modellierten Verhalten der Katalysatoren eine Diagnose des Alterungszustands erfolgen, ohne jedoch das Modell zu adaptieren.
Alternativ zu der Betrachtung des NOx-Signals nach SCR- Katalysator oder als zusätzliche Option kann eine NSK- Regeneration angefordert werden, wenn die modellierte SCR- Beladung mit NH3 einen relativen Wert, z.B. 5% der möglichen NH3-Beladung, oder absoluten Wert, z.B. 0,1 g NH3, unterschreitet.
Alternativ zu der Betrachtung des NOx-Signals nach SCR- Katalysator kann auch das Signal des NOx-Sensors 9 nach NOx- Speicherkatalysator betrachtet werden. Dieses kann analog zu der oben beschriebenen Vorgehensweise bewertet werden und als Kriterium für die Anforderung einer NSK-Regeneration dienen.
Alternativ kann das Signal des NOx-Sensors 9 nach N0X- Speicherkatalysator als Eingangsgröße für das NSK-Modell in der Steuerungseinheit 2 verwendet werden. Mit Hilfe des Modells kann die Nitratbeladung des N02-Speicherkatalysators 6 berechnet werden und somit die NH3-Bildung unter Berücksichtigung der Alterung abgeschätzt werden. Da die NH3-Beladung des SCR-Katalysators 7 ebenfalls mittels Modell berechnet wird, kann eine NSK-Regeneration angefordert werden, wenn die modellierte SCR-Beladung mit NH3 einen relativen Wert, z.B. 5% der möglichen NH3-Beladung, oder absoluten Wert, z.B. 0,1 g NH3, unterschreitet.
Prinzipiell können auch beide NOx-Sensoren 9 genutzt werden, wobei ein Sensor wie oben beschrieben ein Kriterium für die Anforderung einer NSK-Regeneration liefert und der zweite NOx-Sensor zur Diagnose und zur Adaption der Katalysatormodelle in der Steuerungseinheit 2 genutzt wird. Zusätzlich kann nach N0X-Speicherkatalysator und auch nach SCR- Katalysator ein NH3-Sensor vorgesehen werden (in Fig. 1 nicht dargestellt) , dessen Signal zur Adaption der Modelle des N0X- Speicherkatalysators 6 und des SCR-Katalysators 7 oder auch zur Regelung der Regenerationsparameter genutzt werden kann. Die Steuerungseinheit 2 beinhaltet Funktionen, die über die Notwendigkeit und Möglichkeit einer gezielten NH3-Erzeugung bei einer bevorstehenden NSK-Regeneration entscheiden und die Betriebsparameter, insbesondere die Dauer und Anfettungstie- fe, entsprechend vorgeben. Wichtiges Kriterium hierfür sind die Temperaturen des NOx-Speicherkatalysators 6 und des SCR- Katalysators 7. Die Temperaturen werden durch die Temperatursensoren 8 in oder hinter den jeweiligen Komponenten bestimmt. Alternativ kann die Temperatur des SCR-Katalysators 7 auf Basis der gemessenen Temperatur nach NOx-Speicher- katalysator mit Hilfe eines Modells in der Steuereinheit 2 berechnet werden, so dass der Sensor 8 nach SCR-Katalysator entfallen kann. Neben den Temperaturen des NOx-Speicher- katalysators 6 und des SCR-Katalysators 7 kann auch beispielsweise die mittels Modell berechnete aktuelle NH3- Beladung des SCR-Katalysators 7 als Kriterium verwendet werden.
Sofern die Temperaturen des N0X-Speicherkatalysators 6 und des SCR-Katalysators 7 innerhalb von vorgegebenen Bereichen liegen, die aktuelle NH3-Beladung des SCR-Katalysators 7 gering ist und evtl. weitere Bedingungen erfüllt sind, wird eine maximale NH3-Bildung angestrebt. Liegt die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators 6 außerhalb des vorgegebenen Bereichs, der z.B. zwischen 230°C und 370°C liegen kann, ist eine NH3-Bildung nicht oder nur eingeschränkt möglich und wird daher auch nicht angestrebt. Hierdurch wird ein unnötig hoher Kraftstoff-Mehrverbrauch und eine erhöhte HC- und CO- Emission aufgrund zu langer Regeneration vermieden. Liegt die Temperatur des SCR-Katalysators 7 außerhalb des vorgegebenen Bereichs, der z.B. zwischen 200°C und 450 °C liegen kann, wird ebenfalls keine oder nur eine geringe NH3-Bildung angestrebt, da entweder NH3 im SCR-Katalysator 7 unzureichend gespeichert werden kann und somit emittiert würde oder kaum NOx-Umsatz am SCR-Katalysator 7 stattfinden kann. Das gleiche gilt für den Fall, dass die aktuelle NH3-Beladung des SCR-Katalysators 7 so hoch ist, dass keine erneute NH3-Bildung erforderlich ist.
Generell können neben den aktuellen Temperaturen insbesondere beim SCR-Katalysator 7 auch Temperaturgradienten, z.B. ein rascher Anstieg, berücksichtigt werden bzw. eine Temperatur- Voraussage realisiert werden. Die vorausgesagte Temperatur wird dann zusätzlich zur aktuellen Temperatur berücksichtigt. Z.B. wird eine geringere NH3-Bildung angestrebt, wenn eine starke Zunahme der Temperatur des SCR-Katalysators 7 vorausgesagt wird,- da andernfalls die Gefahr einer späteren NH3- Desorption im SCR-Katalysator 7 besteht. Der Alterungszustand des NOx-Speicherkatalysators 6 wird bei der Entscheidung über die angestrebte NH3-Bildung ebenfalls berücksichtigt, da mit zunehmender Alterung des N0X-Speicherkatalysators 6 die NOx- Reduktion im SCR-Katalysator 7 an Bedeutung gewinnt.
Das optimale Luftverhältnis wird in der Steuerungseinheit 2 in /Abhängigkeit der angestrebten NH3-Bildung festgelegt. Sofern eine starke NH3-Bildung angestrebt wird, wird ein Luft- verhältnis für maximale NH3-Bildung vorgegeben. Ist dies nicht der Fall, wird ein Luftverhältnis für geringe bzw. keine NH3-Bildung vorgegeben. Hierbei sind auch Zwischenwerte für eine mittlere NH3-Bildung möglich. In Abhängigkeit der Temperaturen von NOx-Speicherkatalysator 6 und SCR- Katalysator 7 und weiteren Parametern kann das Luftverhältnis auch während der NSK-Regeneration kontinuierlich oder gestuft variiert werden. Beispielsweise kann zu Beginn ein kleineres Luftverhältnis und mit fortschreitender Regeneration ein größeres Luftverhältnis eingestellt werden, um bei der NSK- Regeneration eine starke NH3-Bildung bei zugleich geringen HC- und CO-Emissionen zu erzielen. Die Dauer der NSK-Regenerationen wird ebenfalls in Abhängigkeit der angestrebten NH3-Bildung eingestellt. Dazu wird der allmähliche Abfall des Luftverhältnisses nach NOx-Speicher- katalysator 6 auf Werte kleiner λ=l als Kriterium für den Abbruch der NSK-Regeneration verwendet. Sofern eine starke NH3- Bildung angestrebt wird, wird die Regeneration beendet, sobald das mit der Lambdasonde 10 nach NOx-Speicherkatalysator ermittelte Luftverhältnis einen Schwellenwert λl unterschreitet. Optional kann auch eine Verlängerung über diesen Zeitpunkt hinaus um eine vorgegebene Zeit oder Anzahl Arbeitsspiele des Motors 1 erfolgen. Wenn keine NH3-Bildung angestrebt wird, wird die Regeneration sofort beendet, sobald das Luftverhältnis nach NOx-Speicherkatalysator einen Schwellenwert λ2 unterschreitet, wobei λ2 größer als λl ist. Hierdurch werden HC/CO-Durchbrüche weitestgehend vermieden und ein niedriger Kraftstoff-Mehrverbrauch erreicht. Die Schwellenwerte können in Abhängigkeit der NSK-Alterung und weiterer Parameter variiert werden. Es sind auch Zwischenwerte möglich, um eine mittlere NH3-Bildung zu erzielen.
Sofern eine starke NH3-Bildung angestrebt wird, wird der Motorbetrieb während der NSK-Regeneration zusätzlich so eingestellt, dass eine möglichst hohe N0X-Rohemission des Motors 1 erzielt wird. Dies kann in Kombination mit einer nachmotorischen Zufuhr von Reduktionsmittel stromaufwärts des N0X- Speicherkatalysators 6 erfolgen. Hierdurch wird die NH3- Bildung am NOx-Speicherkatalysator 6 weiter verstärkt. Falls keine NH3-Bildung angestrebt wird, wird der Motorbetrieb dagegen so eingestellt, dass eine möglichst niedrige N0X- Rohemission desselben erzielt wird.
Die vor dem NOx-Speicherkatalysator 6 angeordnete Einrichtung 11 zur nachmotorischen Zufuhr von Reduktionsmittel wird genutzt, um den N0X-Speicherkatalysator 6 für eine Desulfati- sierung aufzuheizen. Diese Maßnahme erfolgt zusätzlich zu motorischen Maßnahmen zur Aufheizung. Durch die Unterstützung mittels nachmotorischer Reduktionsmittelzufuhr können die motorischen Maßnahmen verringert werden, so dass die thermische Alterung des Oxidationskatalysators reduziert wird. Die Auf- heizung des N0X-Speicherkatalysators 6 ausschließlich durch nachmotorische Reduktionsmittelzufuhr ist nicht anzustreben, da wegen der großen Reduktionsmittelmenge eine starke Exo- thermie auf dem N0X-Speicherkatalysator 6 erzeugt würde, die zu einer thermischen Alterung führen würde. Die zugeführte Reduktionsmittelmenge wird u.a. abhängig von folgenden Parametern geregelt: angestrebte Temperatur des NOx-Speicher~ katalysators 6, tatsächliche Temperatur nach Partikelfilter, tatsächliche Temperatur nach NOx-Speicherkatalysator und Abgasmassenstrom.
Darüber hinaus kann zumindest eine der beiden in Fig. 1 dargestellten Einrichtungen 11 zur nachmotorischen Zufuhr von Reduktionsmittel dazu genutzt werden, während der NSK- Regeneration eine möglichst hohe NOx-Rohemission des Motors 1 zu realisieren. Hierzu wird der Motor 1 mit einem Luftverhältnis λ>l betrieben, bei dem eine hohe NOx-Emission erreicht wird, vorzugsweise zwischen λ=l,0 und λ=l,2. Durch die nachmotorische Zufuhr von Reduktionsmittel kann das Luftverhältnis vor N0X-Speicherkatalysator auf λ<l abgesenkt werden.
In regelmäßigen Abständen sind thermische Regenerationen des Partikelfilters 5 erforderlich. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn mit den Drucksensoren 14 vor und nach Partikelfilter ein hoher Druckabfall am Partikelfilter 5 festgestellt wird, der auf eine unzulässig hohe Beladung des Partikelfilters 5 schließen lässt. Zur Aufheizung des Partikelfilters 5 kann die vor dem Partikelfilter 5 und dem vorgeschalteten Oxidationskatalysator 4 angeordnete Einrichtung 11 zur nachmotorischen Zufuhr von Reduktionsmittel genutzt werden. Diese Maßnahme erfolgt zusätzlich zu innermotorischen Maßnahmen zur Anhebung der Abgastemperatur. Durch die Unterstützung mittels nachmotorischer Reduktionsmittelzufuhr können die innermotorischen Maßnahmen verringert werden. Die Aufheizung des Oxidationskatalysators 4 und damit des Partikelfilters 5 ausschließlich durch nachmotorische Reduktionsmittelzufuhr ist nicht anzustreben, da wegen der großen Reduktionsmittel- menge eine starke Exothermie auf dem Oxidationskatalysator 4 erzeugt würde, die zu einer thermischen Alterung führen würde. Die zugeführte Reduktionsmittelmenge wird u.a. abhängig von folgenden Parametern geregelt : angestrebte Temperatur des Partikelfilters 5, tatsächliche Temperatur vor Partikelfilter, tatsächliche Temperatur nach Partikelfilter und Abgasmassenstrom.
Dem SCR-Katalysator 7 sind die Einrichtung 12 zur Zufuhr von Sekundärluft sowie der weitere Oxidationskatalysator 4 nachgeschaltet. Dieser Oxidationskatalysator 4 kann wesentlich kleiner und beispielsweise auch mit einer geringeren Edelmetallbeladung ausgeführt werden als der Oxidationskatalysator 4 vor Partikelfilter. Die Einrichtung 12 zur Zufuhr von Sekundärluft wird immer dann aktiviert, wenn der Motor 1 mit λ<l betrieben wird. In diesen Phasen können unerwünschte Emissionen entstehen, wie NH3, H2S sowie CO und HC. Diese Komponenten können in dem der Einrichtung 12 zur Zufuhr von Sekundärluft nachgeschalteten Oxidationskatalysator 4 oxidiert werden, so dass eine Emission dieser unerwünschten Komponenten vermieden wird.
Hierzu wird die zugeführte Sekundärluftmenge so eingestellt, dass am nachgeschalteten Oxidationskatalysator 4 trotz Motorbetriebs mit λ<l eine magere AbgasZusammensetzung (λ>l) erreicht wird. Für die Regelung der zugeführten Sekundärluft- menge wird in der Steuerungseinheit 2 unter anderem das Sig- nal mindestens einer Lambdasonde 10 sowie der Abgasmassenstrom herangezogen. Falls die Einrichtung 12 zur Zufuhr von Sekundärluft erst nach einer gewissen Vorlaufzeit in der Lage ist, Sekundärluft in ausreichender Menge bereitzustellen, wird sie jeweils bereits mit entsprechender Vorlaufzeit vor dem Wechsel zu Betrieb mit λ<l aktiviert.
Vorteilhaft ist bei diesem Ausführungsbeispiel, dass der SCR- Katalysator 7 vor hohen Temperaturen nach Partikelfilter bei der thermischen Regeneration des Partikelfilters 5 geschützt ist, da infolge der Abgasleitungslänge eine deutliche Abkühlung des Abgases bis zum Erreichen, des SCR-Katalysators 7 auftritt und zudem der NOx-Speicherkatalysator 6 als Wärmesenke wirkt. Auf diese Weise kann die thermische Alterung des SCR-Katalysators 7 gering gehalten werden. Als weiterer Vorteil führt die hohe Wärmekapazität des Partikelfilters 5 zu einer Stabilisierung der Temperaturen der nachgeschalteten Komponenten auch bei instationärem Fahrbetrieb. Somit ist sichergestellt, dass der NOx-Speicherkatalysator 6 und der SCR- Katalysator 7 auch bei instationärem Fahrbetrieb meist in einem günstigen Temperaturbereich liegen und daher das System mit einer hohen Effizienz arbeitet. Zudem ist die Gefahr minimiert, dass es am SCR-Katalysator 7 aufgrund einer raschen Temperaturzunahme zu einer unerwünschten Desorption von gespeichertem NH3 kommt .
Der Partikelfilter 5 kann katalytisch beschichtet sein. Die katalytische Beschichtung des Partikelfilters 5 kann ähnlich der Beschichtung eines der Oxidationskatalysatoren 4 sein. Hierdurch kann der vorgeschaltete Oxidationskatalysator 4 kleiner oder mit geringerem Edelmetallgehalt ausgeführt werden, was zu Bauraum- bzw. Kostenvorteilen führt. Gegebenenfalls kann der dem Partikelfilter 5 vorgeschaltete Oxidati- onskatalysator 4 auch ganz entfallen. In diesem Fall entfällt auch der Temperatursensor 8 vor dem Partikelfilter 5. Somit wird als Regelgröße bei der Aufheizung des Partikelfilters 5 zur thermischen Regeneration nicht mehr die Temperatur vor Partikelfilter, sondern die Temperatur nach Partikelfilter verwendet. Die katalytische Beschichtung des Partikelfilters 5 kann aber auch ähnlich der Beschichtung des NOx- Speicherkatalysators 6 sein. Hierdurch kann der nachgeschaltete NOx-Speicherkatalysator 6 kleiner ausgeführt werden, was zu Bauraum- bzw. Kostenvorteilen führt. Gegebenenfalls kann der separate NOx-Speicherkatalysator 6 auch ganz entfallen, d.h. in den Partikelfilter 5 integriert sein.
Es ist zu beachten, dass zumindest ein Teil der Temperatursensoren 8 auch entfallen kann. Ebenfalls können auch ein Teil oder alle NOx-Sensoren 9 entfallen. In diesem Fall werden die im Abgasnachbehandlungssystem enthaltenen Komponenten per Modell in der Steuerungseinheit 2 so abgebildet, dass die an den jeweiligen Positionen auftretenden Temperaturen oder NOx-Konzentrationen als Ausgangsgrößen des Modells verfügbar sind. Ebenso können eine oder beide Einrichtungen 11 zur nachmotorischen Zufuhr von Reduktionsmittel entfallen. Die Einrichtung 12 zur Zufuhr von Sekundärluft sowie der nachgeschaltete Oxidationskatalysator 4 können ebenfalls entfallen.
Der N02-Bildungskatalysator 13 kann, wie in Fig. 1 dargestellt, als separates Bauteil ausgeführt werden. Alternativ ist es auch möglich, diesen am austrittseitigen Ende des NOx- Speicherkatalysators 6 oder am eintrittsseitigen Ende des SCR-Katalysators 7 zu integrieren. Alternativ kann der N02- Bildungskatalysator 13 auch entfallen.
Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 1 dahingehend, dass der NOx-Speicher- katalysator 6 die erste abgasreinigende Komponente bildet, der dann der N02-Bildungskatalysator 13, der Partikelfilter 5, der SCR-Katalysator 7 und der stromabwärtige Oxidationskatalysator 4 in dieser Reihenfolge nachgeschaltet sind, während der andere, stromaufwärtige Oxidationskatalysator entfällt. Funktioneil gleiche Komponenten sind in Fig. 2 mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. Die nachfolgenden Erläuterungen zum Ausführungsbeispiel von Fig. 2 können auf die sich aus der andersartigen Reihenfolge der abgasreinigenden Komponenten ergebenden Unterschiede beschränkt werden, im übrigen gelten die oben zum Ausführungsbeispiel von Fig. 1 erläuterten Eigenschaften und Vorteile entsprechend.
So übernimmt im Beispiel von Fig. 2 der NOx-Speicherkatalysator 6 die Funktion, im regulären Magerbetrieb der Brennkraftmaschine 1 CO und HC zu C02 und H20 zu oxidieren und einen wesentlichen Teil der im Abgas enthaltenen Stickoxide zwischenzuspeiche'rn.
Der N02-Bildungskatalysator 13 ist in diesem Fall direkt dem Partikelfilter 5 vorgeschaltet, um den N02-Anteil der je nach Betriebszustand nach dem NOx-Speicherkatalysator 6 noch im Abgas enthaltenen Stickoxide von typischerweise höchstens 20% auf mindestens etwa 50% zu steigern. Dadurch kann die Rußoxi- dation im Partikelfilter 5 durch Reaktion mit N02 (CRT- Effekt) gefördert und die Effektivität des nachgeschalteten SCR-Katalysators 7 erhöht werden. Diese Effekte können weiter dadurch verstärkt werden, dass am NOx-Speicherkatalysator 6 ein maximaler NOx-Schlupf zugelassen wird, so dass das NOx- Reduktionspotential des SCR-Katalysators 7 maximal ausgenutzt werden kann. Bei Temperaturen unter 300°C wird die Effektivität auch durch den dem Partikelfilter 5 vorgeschalteten N02- Bildungskatalysator 13 erhöht. Auch bei der Anordnung von Fig. 2 kann zur Aufheizung des Partikelfilters 5 insbesondere die hier direkt vor dem N02- Bildungskatalysator 13 positionierte Einrichtung 11 zur nachmotorischen Reduktionsmittelzufuhr genutzt werden, wodurch innermotorische Maßnahmen für diesen Zweck verringert werden können, was Alterungseffekte des NOx-Speicherkatalysators 6 verringert. Die Aufheizung des N02-Bildungskatalysators 13 allein durch nachmotorische Reduktionsmittelzufuhr ist wegen thermischer Alterungseffekte desselben nicht anzustreben. Die zugeführte Reduktionsmittelmenge wird u.a. abhängig von folgenden Parametern geregelt: angestrebte Temperatur des Partikelfilters 5, tatsächliche Temperatur vor N02-Bildungs- katalysator bzw. nach NOx-Speicherkatalysator, tatsächliche Temperatur nach Partikelfilter und Abgasmassenstrom.
Vorteilhaft ist beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2, dass der NOx-Speicherkatalysator 6 aufgrund seiner motornahen Position nach einem Kaltstart schnell die erforderliche Betriebstemperatur erreicht . Somit sind geringe Maßnahmen zur Anhebung der Abgastemperatur erforderlich. Dies führt zu einer Verringerung des Kraftstoff-Mehrverbrauchs durch Heizmaßnahmen. Des weiteren ist bei diesem Ausführungsbeispiel der SCR- Katalysator 7 vor hohen Temperaturen bei der Desulfatisierung des NOx-Speicherkatalysators 6 geschützt, da infolge der Abgasleitungslänge eine deutliche Abkühlung des Abgases bis zum Erreichen des SCR-Katalysators 7 auftritt und zudem der Partikelfilter 5 und der N02-Bildungskatalysator 13 als Wärmesenke wirken. Auf diese Weise kann die thermische Alterung des SCR-Katalysators 7 gering gehalten werden. Als weiterer Vorteil führt die hohe Wärmekapazität des Partikelfilters 5 zu einer Stabilisierung der Temperatur des nachgeschalteten SCR-Katalysators 7auch bei instationärem Fahrbetrieb. Somit ist sichergestellt, dass der SCR-Katalysator 7 auch bei in- stationärem Fahrbetrieb meist in einem günstigen Temperaturbereich liegt und daher mit einer hohen Effizienz arbeitet. Zudem ist die Gefahr minimiert, dass es am SCR-Katalysator 7 aufgrund einer raschen Temperaturzunahme zu einer unerwünschten Desorption von gespeichertem NH3 kommt.
Der Partikelfilter 5 kann katalytisch beschichtet sein. Die katalytische Beschichtung des Partikelfilters 5 kann ähnlich der Beschichtung des N02-Bildungskatalysators 13 sein. Hierdurch kann der vorgeschaltete N02-Bildungskatalysator 13 kleiner oder mit geringerem Edelmetallgehalt ausgeführt werden, was zu Bauraum- bzw. Kostenvorteilen führt. Gegebenenfalls kann der dem Partikelfilter 5 vorgeschaltete N02- Bildungskatalysator auch ganz entfallen.
Die katalytische Beschichtung des Partikelfilters 5 kann aber auch ähnlich der Beschichtung des NOx-Speicherkatalysators 6 sein. Hierdurch kann der motornah angeordnete N0X-Speicherkatalysator 6 kleiner ausgeführt werden, was zu Bauraum- bzw. Kostenvorteilen führt. Gegebenenfalls kann der separate NOx- Speicherkatalysator 6 auch ganz entfallen, d.h. dessen Funktion in den Partikelfilter 5 integriert sein. In diesem Fall können auch der N02-Bildungskatalysator 13 sowie die Einrichtung 11 zur nachmotorischen Zufuhr von Reduktionsmittel vor dem N02-Bildungskatalysator 13 entfallen. Der vor Partikel- filter dargestellte Drucksensor 14 bleibt jedoch erhalten, der in Fig. 2 nach NOx-Speicherkatalysator 6 dargestellte NOx-Sensor 9 und die Lambdasonde 10 sind dann hinter dem Partikelfilter 5 positioniert:
Des weiteren kann die katalytische Beschichtung auch ähnlich der Beschichtung des nachgeschalteten SCR-Katalysators 7 sein. Hierdurch kann der SCR-Katalysator 7 kleiner ausgeführt werden, was zu Bauraum- bzw. Kostenvorteilen führt. Gegebe- nenfalls kann der SCR-Katalysator als separate Komponente auch ganz entfallen. In diesem Fall kann der in Fig. 2 dargestellte Temperatursensor 8 zwischen Partikelfilter und SCR- Katalysator entfallen, der nach Partikelfilter dargestellte Drucksensor 14 bleibt jedoch erhalten.
Der N02-Bildungskatalysator 13 kann auch statt vor dem Partikelfilter 5 am austrittsseitigen Ende des NOx-Speicher- katalysators 6 integriert werden. Alternativ kann der N02- Bildungskatalysator 13 auch vor dem SCR-Katalysator 7 angeordnet werden. Als weitere Möglichkeit kann der N02- Bildungskatalysator 13 auch am eintrittsseitigen Ende des SCR-Katalysators 7 integriert werden. Alternativ kann der N02-Bildungskatalysator 13 auch entfallen.
Obwohl in Fig. 2 nicht dargestellt, kann zusätzlich vor dem NOx-Speicherkatalysator 6 ein weiterer Oxidationskatalysator vorgeschaltet werden, welcher insbesondere beim Kaltstart zu einer weiteren Verringerung der HC- und CO-Emission führen kann.
Fig. 3 zeigt als weitere Variante eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, die sich von derjenigen der Fig. 2 darin unterscheidet, dass die Positionen von Partikelfilter 5 und SCR- Katalysator 7 vertauscht sind und der Oxidationskatalysator 4 direkt dem Partikelfilter 5 vorgeschaltet ist. Wie im Beispiel von Fig. 2 gegenüber demjenigen von Fig. 1 sind außerdem die übrigen Komponenten, d.h. die diversen Sensoren 8, 9, 10, 14, die Einrichtungen 11 zur nachmotorischen Reduktionsmittelzufuhr und die Sekundärluftzufuhreinrichtung 12 passend zu den zugehörigen abgasreinigenden Komponenten 4 bis 7, 13 im Abgasstrang 3 an modifizierten Positionen angeordnet. Analog wie oben zum Ausführungsbeispiel von Fig. 2 wird nachfolgend nur auf diejenigen Maßnahmen und sich daraus ergebenden Wirkungen des Beispiels von Fig. 3 eingegangen, die gegenüber denen der Beispiele der Fig. 1 und 2 unterschiedlich sind, während im übrigen bezüglich der übereinstimmenden Funktionen und Eigenschaften auf die obigen Ausführungen zu den Beispielen der Fig. 1 und 2 verwiesen werden kann.
Der im Beispiel von Fig. 3 direkt dem SCR-Katalysator 7 vorgeschaltete N02-Bildungskatalysator 13 erlaubt wiederum eine merkliche Effektivitätssteigerung des SCR-Katalysators 7 insbesondere im Temperaturbereich unterhalb von 300°C.
Zur Aufheizung des Partikelfilters 5 kann in diesem Fall die dem Oxidationskatalysator 4 vor dem Partikelfilter 5 vorgeschaltete Einrichtung 11 zur nachmotorischen Reduktionsmittelzufuhr genutzt werden. Der NOx-Speicherkatalysator 6 und der SCR-Katalysator 7 werden bei dieser Anordnung durch diese Maßnahme nicht thermisch belastet. Eine ausschließliche Partikelfilteraufheizung durch nachmotorische Reduktionsmittel- zufuhr wird nicht angestrebt, um keine übermäßige thermische Alterung des Oxidationskatalysators 4 zu verursachen. Die zugeführte Reduktionsmittelmenge wird u.a. abhängig von folgenden Parametern geregelt: angestrebte Temperatur des Partikel- filters 5, tatsächliche Abgastemperatur vor Oxidationskatalysator 4 bzw. nach SCR-Katalysator 7, tatsächliche Abgastemperatur nach Partikelfilter 5 und Abgasmassenstrom.
Vorteilhaft ist beim Beispiel von Fig. 3, dass neben dem NOx- Speicherkatalysator 6 auch der SCR-Katalysator 7 durch seine Position hinter dem NOx-Speicherkatalysator 6 nach einem Kaltstart relativ schnell die erforderliche Betriebstemperatur erreicht. Außerdem ist von Vorteil, dass kein zusätzlicher Oxidationskatalysator als letzte Systemkomponente erforderlich ist, um mittels Sekundärlufteinblasung die unerwünschten Abgaskomponenten zu oxidieren. Zudem ist bei diesem Ausführungsbeispiel der SCR-Katalysator 7 vor hohen Tempera- turen bei der thermischen Regeneration des Partikelfilters 5 geschützt, indem er stromaufwärts des Partikelfilters 5 positioniert ist.
Der Partikelfilter 5 kann katalytisch beschichtet sein, wobei die katalytische Beschichtung derjenigen des vorgeschalteten Oxidationskatalysators 4 ähnlich sein kann, so dass letzterer kleiner oder mit geringerem Edelmetallgehalt ausgeführt werden kann, was zu Bauraum- bzw. Kostenvorteilen führt. Optional kann der dem Partikelfilter 5 vorgeschaltete Oxidationskatalysator auch ganz entfallen.
Der N02-Bildungskatalysator 13 kann, wie in Fig. 3 gezeigt, als separates Bauteil ausgeführt sein. Alternativ kann er am austrittsseitigen Ende des NOx-Speicherkatalysators 6 oder am eintrittsseitigen Ende des SCR-Katalysators 7 in die betreffende Komponente integriert sein oder auch ganz entfallen. In nicht gezeigter Weise kann dem NOx-Speicherkatalysator 6 ein weiterer Oxidationskatalysator vorgeschaltet sein, der insbesondere beim Kaltstart zu einer weiteren Verringerung der HC- und CO-Emissionen führen kann.
Fig. 4 zeigt eine weitere Variante, bei der die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen kombinierten SCR- und Stickoxidspeicher-Katalysator 15 aufweist, der die Funktionen des NOx- Speicherkatalysators 6 und des SCR-Katalysators 7 der Beispiele der Fig. 1 bis 3 vereint. Diesem integrierten Katalysator 15 und dem nachgeschalteten Partikelfilter 5 ist jeweils ein Oxidationskatalysator 4 direkt vorgeschaltet . Die übrigen Komponenten entsprechend den Beispielen der Fig. 1 bis 3 sind zur Position dieser abgasreinigenden Komponenten 4, 5, 15 passend angeordnet, wie gezeigt. Der integrierte Katalysator 15 ist z.B. durch Verwendung eines SCR-Katalysators realisierbar, der als Vollextrudat hergestellt wird, wobei das katalytische Material des SCR- Katalysators als Träger für eine weitere katalytische Beschichtung dient, und zwar einer Stickoxidspeicher-Kataly- satorbeschichtung. Alternativ ist es auch möglich, bei einem nicht als Vollextrudat hergestellten SCR-Katalysator zusätzlich zu der SCR-Beschichtung eine Stickoxidspeicher-Kataly- satorbeschichtung aufzubringen. Vorteilhaft ist in jedem Fall, dass durch diese Maßnahme der Bauraumbedarf erheblich reduziert ist. Außerdem erreichen beide funktionelle Komponenten nach dem Kaltstart sehr schnell die erforderliche Betriebstemperatur, so dass nahezu keine zusätzlichen Heizmaßnahmen erforderlich sind, die eine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs zur Folge hätten.
Im regulären Magerbetrieb der Brennkraftmaschine 1 werden CO und HC am motornahen Oxidationskatalysator 4 zu C02 und H20 oxidiert. Im integrierten Stickoxidspeicher- und SCR-Katalysator 15 wird ein wesentlicher Teil der im Abgas enthaltenden Stickoxide zwischengespeichert, ein übriger Teil durch dort zwischengespeicherten Ammoniak reduziert.
Die Zeitpunkte für NSK-Regenerationen werden im Beispiel von Fig. 4 mit Hilfe des NOx-Sensors 9 hinter dem integrierten, kombinierten Katalysator 15 oder alternativ durch eine der anderen, oben genannten Methoden bestimmt. Die in der Steuerungseinheit 2 abgelegten Modelle umfassen in diesem Fall ein Modell über das Stickoxid-Speicherverhalten, das Ammoniakspeicherverhalten und das Ammoniakerzeugungsverhalten des kombinierten Katalysators 15.
Wichtiges Kriterium für die Betriebsparameter einer bevorstehenden NSK-Regeneration und gezielten Ammoniakerzeugung ist im Beispiel von Fig. 3 die Temperatur des kombinierten Katalysators 15, wie sie durch den nachgeschalteten Temperatursensor 8 erfasst werden kann. Zusätzlich kann auch z.B. die modellbasiert ermittelte, aktuelle Ammoniakbeladung des kombinierten Katalysators 15 als weiteres Kriterium verwendet werden. Eine maximale NH3-Bildung kann z.B. angestrebt werden, wenn die Temperatur des kombinierten Katalysators 15 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs von beispielsweise zwischen 230°C und 370°C liegt und die aktuelle NH3-Beladung desselben gering ist sowie ggf. weitere Bedingungen erfüllt sind.
Die vor dem motornahen Oxidationskatalysator 4 angeordnete Einrichtung 11 zur nachmotorischen Reduktionsmittelzufuhr kann dazu genutzt werden, den integrierten, kombinierten Katalysator 15 für eine Desulfatisierung der Stickoxidspeicher- Katalysatorbeschichtung aufzuheizen, ergänzt durch zusätzliche motorische Aufheizmaßnahmen, wie oben erläutert. Die zugeführte Reduktionsmittelmenge wird unter anderem abhängig von folgenden Parametern geregelt : angestrebte Temperatur des kombinierten Katalysators 15, tatsächliche Temperatur desselben und Abgasmassenstrom.
Zur Partikelfilteraufheizung kann der dem Partikelfilter 5 vorgeschaltete Oxidationskatalysator 4 und die diesem vorgeschaltete Einrichtung 11 zur nachmotorischen Reduktionsmittelzufuhr genutzt werden. Der kombinierte Stickoxidspeicher- und SCR-Katalysator 15 bleibt bei dieser Anordnung wiederum thermisch von der Partikelfilteraufheizung unbelastet. Die zugeführte Reduktionsmittelmenge wird u.a. abhängig von folgenden Parametern geregelt: angestrebte Temperatur des Partikelfilters 5, tatsächliche Abgastemperatur vor dem Oxidationskatalysator 4, tatsächliche Abgastemperatur nach dem Partikelfilter 5 und Abgasmassenstrom. Vorteilhaft ist beim Ausführungsbeispiel von Fig. 4, dass der kombinierte Stickoxidspeicher- und SCR-Katalysator 15 vor hohen Temperaturen bei der thermischen Regeneration des Partikelfilters 5 geschützt ist und kein zusätzlicher Oxidationskatalysator als letzte abgasreinigende Systemkomponente erforderlich ist, um bei Sekundärlufteinblasung die unerwünschten Abgaskomponenten zu oxidieren. Der Partikelfilter 5 kann katalytisch beschichtet sein, insbesondere mit einer derjenigen des vorgeschalteten Oxidationskatalysators 4 ähnlichen katalytischen Beschichtung. In diesem Fall kann der vorgeschaltete Oxidationskatalysator 4 kleiner oder mit geringerem Edelmetallgehalt ausgeführt werden, was zu entsprechenden Bauraum- bzw. Kostenvorteilen führt. Optional kann der dem Partikelfilter 5 vorgeschaltete Oxidationskatalysator 4 auch entfallen.
Die SCR-Katalysatorbeschichtung und die Stickoxidspeicher- Katalysatorbeschichtung können im kombinierten Katalysator 15 in geeigneter Weise vermischt auf einem Träger aufgebracht sein. Alternativ können die beiden Beschichtungen in Abgas- strδmungsrichtung wechselweise aufgebracht sein, so dass das Abgas zunächst einen Bereich mit Stickoxidspeicher-Kataly- satorbeschichtung, dann einen Bereich mit SCR-Katalysatorbeschichtung, dann wieder einen Bereich mit Stickoxid- speicher-Katalysatorbeschichtung usw. durchströmt. Diese Ausführungsform kann auch dadurch realisiert werden, dass wechselweise Scheiben eines Stickoxidspeicher-Katalysators und Scheiben eines SCR-Katalysators hintereinander in einem Gehäuse angeordnet werden. Gegenüber einer Mischkombination beider Katalysatormaterialien hat die in Abgasströmungsrichtung mehrfach wechselnde Anordnung den Vorteil, dass sich ein erweitertes Temperaturfenster ergibt, in welchem das System effizient arbeitet. So machen sich Temperaturspitzen im vor- deren Bereich des Systems bei mehrfach abwechselnder Anordnung von Stickoxidspeicher-Katalysator und SCR-Katalysator weniger stark beispielsweise bei der Ammoniakbildung bemerkbar als bei einer Anordnung mit einem Stickoxid-Speicherkatalysator und einem separat nachgeschalteten SCR- Katalysator.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Brennkraftmaschine 1 einen zweiflutigen Abschnitt des Abgasstrangs 3 mit geeignet zugeordneter Abgasnachbehandlungseinrichtung aufweist. Letztere umfasst gleichartig und symmetrisch in beiden parallelen Strangabschnitten jeweils einen NOx- Speicherkatalysator 6, einen N02-Bildungskatalysator 13 und einen SCR-Katalysator 7 nebst zugehöriger Sensorik 8, 9, 10 und Einrichtung 11 zur nachmotorischen Reduktionsmittelzufuhr an passenden Positionen entsprechend den Beispielen der Fig. 1 bis 4. Die beiden parallelen Abgasstränge sind stromabwärts der beiden SCR-Katalysatoren 7 zu einem anschließenden, einzelnen Strangabschnitt zusammengeführt, in welchem der Partikelfilter 5 nebst direkt vorgeschaltetem Oxidationskatalysator 4 sowie dazu passender Sensorik 8, 9, 14, Einrichtung 11 zur nachmotorischen Reduktionsmittelzufuhr und Sekundärluftzufuhreinrichtung 12 angeordnet sind, wie gezeigt.
Eine derartige zweiflutige Anordnung kann beispielsweise bei Motoren sinnvoll sein, deren Zylinder in V-Form angeordnet sind. Voraussetzung ist, dass bei Einsatz einer Abgasturboaufladung für jede Zylinderbank ein separater Turbolader verwendet wird, da andernfalls die beiden Fluten bereits vor der Turbine des Turboladers zusammengeführt werden müssen. Die Betriebsstrategie für dieses Abgasnachbehandlungssystem ist so ausgelegt, dass gegenüber der Betriebsweise eines einflutigen Systems nur geringe Modifikationen notwendig sind. Dies ist von Bedeutung, da andernfalls aufwendige Neuentwicklungen von zusätzlichen Funktionen in der Steuereinheit 2 der Brennkraftmaschine 1 erforderlich wären. Zudem kann durch diesen Ansatz die Anzahl der verwendeten Sensoren und damit die Zunahme der Kosten für das Gesamtsystem begrenzt werden. Grundgedanke ist, die beiden parallelen Stränge wie einen einzigen Strang zu betrachten, so dass grundsätzlich in beiden Strängen die gleichen Vorgänge ablaufen. Dies ist nur möglich, wenn sich die beiden Stränge nicht grundsätzlich bezüglich Motor-Rohemission, Katalysator-Typen und Katalysator-Volumina usw. unterscheiden. Aufwändigere Ansätze, wie z.B. vollkommen unabhängig voneinander betriebene Stränge und z.B. auch zeitlich versetzte Phasen mit fettem Abgas, so dass nach Zusammenführung der beiden Stränge stets mageres Abgas vorliegt, sind alternativ möglich.
Die Betriebsweise dieser zweiflutigen Anlage entspricht wei- testgehend derjenigen der einflutigen Anlage von Fig. 3, bei der die abgasreinigenden Komponenten 4 bis 7 und 13 in gleicher Reihenfolge angeordnet sind, so dass hierzu auf die obigen Erläuterungen zu diesem Beispiel verwiesen werden kann. In den beiden parallelen Abgasstrangabschnitten laufen die entsprechenden Prozesse jeweils unabhängig bzw. parallel ab. Für die Steuerungseinheit 2 kann eine einfache Funktions- struktur dadurch erhalten werden, dass im abgelegten Modell die jeweils parallel angeordneten, prinzipiell identischen Katalysatoren 6 bzw. 7 der beiden parallelen Abgasstrangabschnitte jeweils zu einem Katalysator mit doppeltem Volumen zusammengefasst werden. In einer vorteilhaften Implementierung kann für den Fall, dass Unterschiede zwischen den beiden Strangabschnitten hinsichtlich Anforderung einer NSK- Regeneration festgestellt werden, vorgesehen sein, eine NSK- Regeneration auch dann einzuleiten, wenn nur an einem der beiden N0X-Speicherkatalysatoren 6 eine über den vorgegebenen Schwellwert hinausgehende NOx-Emission detektiert wird. AI- ternativ können die Signale der NOx-Sensoren 9 stromabwärts der NOx-Speicherkatalysatoren 6 in einer gemittelten oder andersartig gewichteten Weise als eine repräsentative Stickoxidkonzentration nach NOx-Speicherkatalysator für das NSK- Modell in der Steuerungseinheit 2 verwendet werden.
Als Abbruchkriterium für NSK-Regenerationen kann im Fall einer angestrebten starken Ammoniakbildung ein Unterschreiten des zugehörigen Schwellwertes λl durch eine der beiden Lamda- sonden 10 stromabwärts der beiden parallelen NOx-Speicher- katalysatoren 6 dienen. Wenn keine Ammoniakbildung angestrebt wird, wird die NSK-Regeneration z.B. sofort beendet, wenn das Luftverhältnis nach einem der beiden parallelen NOx- Speicherkatalysatoren 6 den Schwellwert λ2 unterschreitet.
Vorteilhaft ist beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5, dass trotz deutlich abweichender Geometrie der Abgasanlage die Betriebsstrategie ähnlich derjenigen der einflutigen Anlage gemäß Fig. 3 bleibt und die zu dieser oben erläuterten Eigenschaften und Wirkungen in gleicher Weise erzielt werden, wobei keine nennenswerten zusätzlichen Funktionen für die Steuerungseinheit 2 bereitgestellt werden müssen.
Alternativ zum gezeigten Beispiel können die beiden parallelen Abgasstrangabschnitte auch bereits unmittelbar hinter den beiden parallelen NOx-Speicherkatalysatoren 6 zu einem anschließenden einflutigen Strangabschnitt zusammengeführt werden, in welchem sich dann nur ein SCR-Katalysator 7 mit vorgeschaltetem optionalem N02-Bildungskatalysator 13 befindet. In weiteren alternativen Ausführungsformen ist der Einsatz integrierter Stickoxidspeicher- und SCR-Katalysatoren in jedem der mehreren Strangabschnitte entsprechend dem Beispiel von Fig. 4 und/oder eine andere Reihenfolge der abgasreini- genden Komponenten möglich, insbesondere entsprechend den Fig . 1, 2 und 4.
Während in den gezeigten Ausführungsbeispielen auf eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs Bezug genommen wird, versteht es sich, dass die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung und das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsverfahren, wie sie anhand der gezeigten Beispiele oben verdeutlicht und erläutert wurden, auch für andere, beispielsweise stationäre Verbrennungseinrichtungen verwendbar sind, die ein zu reinigendes Abgas erzeugen.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Einrichtung zur Nachbehandlung eines von einer Verbrennungseinrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors, erzeugten Abgases, mit
- einem Stickoxidspeicherkatalyastor (6) und
- einem SCR-Katalysator (7) mit Ammoniak-Speicherfähigkeit , der stromabwärts des Stickoxidspeicherkatalysators oder mit diesem in einer gemeinsamen Katalysatoreinheit (15) integriert angeordnet ist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
- einen Partikelfilter (5) stromaufwärts des Stickoxidspeicherkatalysators (6) oder zwischen dem Stickoxidspeicherkatalysator und dem SCR-Katalysator (7) oder stromabwärts des SCR-Katalysators und/oder
- einen N02-Bildungskatalysator (13) stromaufwärts des SCR-Katalysators (7) .
2. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch einen N02-Bildungskatalysator (13) , dessen Katalysatormaterial bei fetter AbgasZusammensetzung im Abgas enthaltenen Ammoniak ohne Umsetzungsreaktion passieren lässt .
3. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter gekennzeichnet durch einen ersten Oxidationskatalysator (4) als in Abgasstrδmungsrichtung erste Abgasnachbehandlungskomponente .
4. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter gekennzeichnet durch einen zweiten Oxida- tionskatalysator (4) als in Abgasströmungsrichtung letzte Abgasnachbehandlungskomponente .
5. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter gekennzeichnet durch einen dem Partikel- filter (5) direkt vorgeschalteten Oxidationskatalysator (4) .
6. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Stickoxidspeicherkatalysator und der SCR-Katalysator in einen gemeinsamen kombinierten Katalysator (15) integriert sind, der ein Stickoxid-Speicherkatalysatormaterial und ein SCR- Katalysatormaterial gemischt oder in Abgasströmungsrichtung abwechselnd enthält.
7. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter gekennzeichnet durch Mittel (9) zur Erfassung des NOx-Gehalts im Abgas stromabwärts des Stickoxidspeicherkatalysators (6) und/oder stromabwärts des SCR- Katalysators (7) .
8. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter gekennzeichnet durch Mittel (2, 9) zur Erfassung der Ammoniakbeladung des SCR-Kataylsators und/oder des Ammoniakgehalts im Abgas stromabwärts des Stickoxidspeicherkatalysators und/oder des SCR-Katalysators.
9. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiter gekennzeichnet durch Mittel (8) zur Erfassung der Temperatur des Stickoxidspeicherkatalysators (6) , des SCR-Katalysators (7) und/oder des Partikelfilters (5) .
10. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiter gekennzeichnet durch mehrere parallele stromaufwärtige Abgasstrangabschnitte, die zu einem anschließenden gemeinsamen, stromabwärtigen Strangabschnitt zusammengeführt sind, wobei der Partikelfilter (5) im stromabwärtigen Strangabschnitt und je ein Stickoxidspeicherkatalysator (6) in jedem der parallelen stromaufwärtigen Strangabschnitte angeordnet sind.
11. Verfahren zur Nachbehandlung eines von einer Verbrennungseinrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors, erzeugten Abgases, bei dem
- im Abgas enthaltene Stickoxide in einem Stickoxidspeicherkatalysator während Adsorptionsbetriebsphasen desselben zwischengespeichert und während Regenerationsbetriebsphasen des Stickoxidspeicherkatalysators aus diesem wieder freigesetzt werden, wobei Ammoniak erzeugt wird, und erzeugter Ammoniak in einem nachgeschalteten SCR- Katalysator zwischengespeichert und zur Stickoxidreduktion verwendet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
- als Kriterium für den Zeitpunkt der Auslösung einer jeweiligen Regenerationsbetriebsphase für den Stickoxidspeicherkatalysator der erfasste Stickoxidgehalt des Abgases stromabwärts des SCR-Katalysators und/oder stromabwärts des Stickoxidspeicherkatalysators und/oder die Ammoniakbeladung des SCR-Katalysators herangezogen wird.
12. Verfahren zur Nachbehandlung eines von einer Verbrennungseinrichtung erzeugten Abgases, insbesondere nach Anspruch 11, bei dem
- im Abgas enthaltene Stickoxide in einem Stickoxidspeicherkatalysator während Adsorptionsbetriebsphasen desselben zwischengespeichert und während Regenerationsbetriebsphasen des Stickoxidspeicherkatalysators aus diesem wieder freigesetzt werden, wobei Ammoniak erzeugt wird, und
- erzeugter Ammoniak in einem nachgeschalteten SCR- Katalysator zwischengespeichert und zur Stickoxidreduktion verwendet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
- eine während einer jeweils anstehenden Regenerations- betriebsphase des Stickoxidspeicherkatalysators zu erzeugende Soll-Ammoniakerzeugungsmenge ermittelt und die anschließende Regenerationsbetriebsphase abhängig von der ermittelten Soll- Ammoniakerzeugungsmenge durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, weiter dadurch gekennzeichnet, dass als Kriterium für die Beendigung einer jeweiligen Regenerationsbetriebsphase des Stickoxidspeicherkatalysators die Bedingung herangezogen wird, dass das erfasste Abgas- Luftverhältnis stromabwärts des Stickoxidspeicherkatalysators einen Schwellwert (λl, λ2) unterschreitet, der abhängig von der Soll-Ammoniakerzeugungsmenge vorgegeben wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, weiter dadurch gekennzeichnet, dass während einer jeweiligen Regenerationsbetriebsphase des Stickoxidspeicherkatalysators die Verbrennungseinrichtung mager, insbesondere mit einem Luft- verhältnis zwischen 1,0 und 1,2, betrieben und das Abgas- Luftverhältnis vor dem Stickoxidspeicherkatalysator durch Reduktionsmittelzufuhr zum Abgas in den fetten Bereich (λ<l) abgesenkt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungseinrichtung während den Regenerationsbetriebsphasen des Stickoxidspeicherkatalysators zumindest zeitweise fett (λ<l) betrieben und Sekundärluft zum Abgas stromaufwärts einer oder mehrerer der abgasnachbehandelnden Komponenten zugegeben wird.
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