DE102007041501A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Desulfatisierung von Stickoxid-Speicherkatalysatoren - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Desulfatisierung von Stickoxid-Speicherkatalysatoren Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine, mit einer mehrere Gruppen von Zylindern aufweisenden Brennkraftmaschine, wobei jeder Zylindergruppe ein Teilabgasstrang einer wenigstens bereichsweise mehrflutig ausgebildeten Abgasanlage zugeordnet ist und wobei die Abgasanlage eine NO<SUB>X</SUB>-Speicherkatalysatoreinrichtung und eine SCR-Katalysatoreinrichtung aufweist. Erfindungsgemäß werden die NO<SUB>X</SUB>-Speicherkatalysatoreinrichtung (7) und die SCR-Katalysatoreinrichtung (9) so in unterschiedlichen Zylindergruppen (3, 4) zugeordneten Teilabgassträngen (6, 8) angeordnet, dass zur Desulfatisierung der NO<SUB>X</SUB>-Speicherkatalysatoreinrichtung (7) in dieser eine unterstöchiometrische Abgaszusammensetzung vorliegt und eine vorgegebene Menge der dadurch freiwerdenden Schwefelverbindungen zusammen mit einem eine magere Abgaszusammensetzung aufweisenden Abgasstrom zur SCR-Katalysatoreinrichtung (9) strömt, in der der in den Schwefelverbindungen vorhandene Schwefelwasserstoff oxidiert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Desulfatisierung von Stickoxid-Speicherkatalysatoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Desulfatisierung von Stickoxid-Speicherkatalysatoren, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
  • NOX-Speicherkatalysatoren weisen als Nebeneffekt eine hohe Affinität zu Schwefeloxiden auf, d. h., dass in die NOX-Speicherkatalysatoren zusätzlich zu den Stickoxiden regelmäßig auch eine bestimmte Menge an Schwefeloxiden eingespeichert wird. Da diese eingespeicherten Schwefelverbindungen, die auch Sulfate genannt werden, eine höhere Stabilität als die entsprechenden Stickstoffverbindungen, die sogenannten Nitrate, aufweisen, sammeln sie sich kontinuierlich im Stickoxid-Speicherkatalysator an. Von Zeit zu Zeit muss daher der NOX-Speicherkatalysator von diesen Sulfaten befreit werden. Diese Desulfatisierung setzt regelmäßig eine erhöhte Temperatur sowie eine unterstöchiometrische Abgaszusammensetzung im NOX-Speicherkatalysator voraus. Bei der Anfettung der Verbrennung zur Einstellung einer unterstöchiometrischen, fetten Abgaszusammensetzung entsteht Wasserstoff. Prozessbedingt reagiert dieser Wasserstoff bei der Desulfatisierung allerdings mit den freiwerdenden Sulfaten zu Schwefelwasserstoff (H2S), was zu einer erheblichen Geruchsbelästigung führen kann.
  • Um eine derartige Geruchsbelästigung zu vermeiden ist es allgemein bekannt, zusätzliche Maßnahmen, wie z. B. eine Sekundärluftzuführung oder nachgeschaltete, edelmetallhaltige Katalysatoren zur Verfügung zu stellen, wie dies beispielsweise aus der EP 1 148 215 A1 bekannt ist. Diese zusätzlichen Maßnahmen sind herstellungs- und damit kostentechnisch relativ aufwändig, wobei zudem die Dauerhaltbarkeit derartiger zusätzlicher Maßnahmen oder die NO2-Emissionen derartiger zusätzlicher Katalysatoren ein Problem darstellen.
  • Weiter ist es aus der DE 100 51 675 A1 bekannt, in Verbindung mit einer mehrere Zylinderbänke aufweisenden Brennkraftmaschine diesen einzelnen Zylinderbänken unterschiedliche Teilabgasstränge zuzuordnen, um ein mehrflutiges Abgassystem auszubilden. In jedem dieser Teilabgasstränge ist jeweils ein Vorkatalysator und ein Speicherkatalysator sowie eine entsprechende Sensoranordnung vorgesehen. Zudem wird vorgeschlagen, die Fett-/Magerzyklen zur Regeneration der Speicherkatalysatoren pro Abgasstrang separat zu regeln. Eine derartige Betriebsweise ist ebenfalls relativ bauteilintensiv und damit herstellungstechnisch teuer. Zudem besteht eine hohe Fehler- und damit Reparaturanfälligkeit.
  • Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Desulfatisierung von Stickoxid-Speicherkatalysatoren in kombinierten Abgasnachbehandlungssystemen zur Verfügung zur stellen, mittels dem bzw. mittels der die Desulfatisierung auf einfache und funktionssichere sowie bauteiltechnisch vorteilhafte Weise durchgeführt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ferner wird diese Aufgabe bezüglich der Vorrichtung gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu sind jeweils Gegenstand der darauf rückbezogenen Unteransprüche.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung und die SCR-Katalysatoreinrichtung so in unterschiedlichen Zylindergruppen zugeordneten Teilabgassträngen anzuordnen, dass zur Desulfatisierung der NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung in dieser NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung eine unterstöchiometrische Abgaszusammensetzung vorliegt und eine vorgegebene Menge der dadurch frei werdenden Schwefelverbindungen zusammen mit einem eine magere Abgaszusammensetzung aufweisenden Abgasstrom zur SCR-Katalysatoreinrichtung strömt, in der der in den Schwefelverbindungen vorhandene Schwefelwasserstoff oxidiert wird. Die Oxidation findet dabei bevorzugt gemäß folgender Gleichung statt: 2H2S + 3O2 → 2SO2 + 2H2O
  • Damit kann ohne aufwändige zusätzliche Maßnahmen im Wesentlichen lediglich mit den ohnehin vorhandenen Bauteilen und der ohnehin vorhandenen Abgasanlagenausgestaltung eine vorteilhafte Desulfatisierung des Stickoxid-Speichkatalysators durchgeführt werden, ohne dass dies zu einer unerwünschten Geruchsbelästigung durch freiwerdenden Schwefelwasserstoff führt. Denn durch die erfindungsgemäße Umsteuerung und Zumischung der Schwefelverbindungen zu einem mageren Abgasstrom, der zu der SCR-Katalysatoreinrichtung strömt, kann mittels des dort vorhandenen Restsauerstoffes der Schwefelwasserstoff wie zuvor geschildert oxidiert werden. Die erfindungsgemäße Desulfatisierung, die zu vorgegebenen Zeiten für eine vorgegebene Zeitdauer durchgeführt wird, kann somit sowohl auf baulich als auch auf steuerungstechnisch einfache Weise effektiv durchgeführt werden.
  • Besonders bevorzugt ist hierbei vorgesehen, einen ersten Teilabgasstrang einer ersten Zylindergruppe und einen zweiten Teilabgasstrang einer zweiten Zylindergruppe der Brennkraftmaschine zuzuordnen, wobei in dem einen NSC-Teilabgasstrang ausbildenden ersten Teilabgasstrang lediglich eine NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung vorgesehen ist, während in dem einen SCR-Teilabgasstrang ausbildenden zweiten Teilabgasstrang lediglich eine SCR-Katalysatoreinrichtung angeordnet ist. D. h., dass jedem der Teilabgasstränge bevorzugt lediglich eine Art von Katalysator zugeordnet ist, die durch optimierte Steuerung des Abgasstroms mittels einfacher und funktionssicher Strömungsleitelemente eine effektive Desulfatisierung unter gleichzeitiger Oxidation des Schwefelwasserstoffes ermöglichen:
    So werden die angesprochenen Strömungsleitelemente beispielsweise mittels einer Steuereinrichtung der Motorsteuereinrichtung so angesteuert, dass zu Beginn der Desulfatisierung eine stromab der NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung und stromauf der SCR-Katalysatoreinrichtung vorgesehene Strömungsverbindung zwischen dem NSC- und dem SCR-Teilabgasstrang so freigegeben wird, dass bei gleichzeitig unterstöchiometrischem Fettbetrieb der dem NSC-Teilabgasstrang zugeordneten ersten Zylindergruppe eine vorgegebene Menge an von der NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung frei gegebenen Schwefelverbindungen in den SCR-Teilabgasstrang überströmt.
  • In Verbindung mit einem derartigen zweiflutigen Abgassystem kann somit lediglich durch eine einzige Betriebsarten-Umschaltung einer Zylindergruppe eine Schwefelwasserstoff-Oxidation ohne aufwändige zusätzliche Maßnahmen erfolgen.
  • Besonders bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass der von der ersten Zylindergruppe kommende, zur Desulfatisierung des NOX-Speicherkataylsators unterstöchiometrische Abgasstrom eine gegenüber einem Fettbetrieb zu Nicht-Desulfatisierungsbetriebszeiten erhöhte Abgastemperatur aufweist, was für die Effektivität der Desulfatisierung weiter von Vorteil ist. Diese Abgastemperaturerhöhung wird insbesondere dadurch erreicht, dass beim Fettbetrieb unter anderem die Gesamteinspritzmenge erhöht wird, während das innere Motormoment gleicht bleibt, z. B. aufgrund eines Fahrerwunsches bzw. einer momentenneutralen Umschaltung, so dass der eingebrachte Kraftstoff uneffektiver umgesetzt wird. Eine derartige uneffektive Kraftstoffumsetzung führt schließlich zu einer erhöhten Abgastemperatur.
  • Besonders bevorzugt ist weiter vorgesehen, dass die Strömungsleiteinrichtung während des zur Desulfatisierung unterstöchiometrischen Fettbetriebs der ersten Zylindergruppe den NSC-Teilabgasstrang stromab der Strömungsverbindung zum SCR-Teilabgasstrang sperrt, so dass die gesamte in der ersten Zylindergruppe gebildete Abgasmenge und damit die gesamten darin enthaltenen Schwefelverbindungen über die Strömungsverbindung in den SCR-Teilabgasstrang überströmt bzw. überströmen. Damit wird eine besonders effektive und mengenmäßig hohe Schwefelwasserstoff-Oxidation in der SCR-Katalysatoreinrichtung möglich.
  • Die dem SCR-Teilabgasstrang zugeordnete zweite Zylindergruppe kann somit erfindungsgemäß während des zur Desulfatisierung unterstöchiometrischen Fettbetriebs der dem NSC-Teilabgasstrang zugeordneten ersten Zylindergruppe weiterhin im Magerbetrieb betrieben werden, wobei hier ebenfalls bevorzugt gegenüber diesem normalen Magerbetrieb während der Desulfatisierung eine erhöhte Abgastemperatur eingestellt wird, und zwar insbesondere wieder wie zuvor geschildert, durch eine uneffektive Kraftstoffumsetzung.
  • Durch den Magerbetrieb der zweiten Zylindergruppe lässt sich eine vorteilhafte Kraftstoffreduzierung für den Betrieb des Verbrennungsmotors erzielen, bzw. lässt sich je nach Fahrerwunsch die Momentenbildung des Verbrennungsmotors beeinflussen. Die zweite Zylindergruppe bzw. Zylinderbank kann hierbei z. B. dem Fahrerwunsch (Gaspedalstellung) folgen.
  • Die Strömungsleiteinrichtung ist bevorzugt weiter so ausgelegt, dass während des Nicht-Desulfatisierungsbetriebes die erste Zylindergruppe ebenfalls mager betrieben wird, wobei dann in einem solchen Fall des Magerbetriebs der gesamten Brennkraftmaschine die Strömungsverbindung zwischen dem NSC-Teilabgasstrang und dem SCR-Teilabgasstrang gesperrt ist, so dass die beiden Teilabgasströme des zweiflutigen Abgassystems jeweils über ihre jeweiligen Stränge abströmen können.
  • Die zweiflutige Ausgestaltung des Abgassystems ist hier die bevorzugte Ausgestaltung, bei der die SCR-Katalysatoreinrichtung dem einem und die NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung dem anderen, zweiten Teilabgasstrang zugeordnet ist. Grundsätzlich könnte es sich hier jedoch auch um ein solches mehrflutiges Abgassystem handeln, bei dem ggf. noch weitere Teilabgasstränge vorgesehen sind. In diesem Fall ist dann ebenfalls im erfindungsgemäßen Sinne stets jeweils ein NSC-Teilabgasstrang mit wenigstens einem SCR-Teilabgasstrang so parallel geschaltet und über eine Strömungsverbindung verbindbar, dass die erfindungsgemäße Schwefelwasserstoff-Oxidation im Abgassystem selbst in Verbindung mit lediglich einer Betriebsarten-Umschaltung der Brennkraftmaschine, insbesondere einer Zylindergruppe der Brennkraftmaschine, erfolgen kann.
  • Nachfolgend wird die Erfindung aus Verständnisgründen mit dem bevorzugten zweiflutigen Abgasstrangsystem näher erläutert, wie dies auch bereits zuvor zur besseren Herausarbeitung der erfindungsgemäßen Vorteile erfolgt ist.
  • Die Strömungsverbindung zwischen den beiden Teilabgassträngen erfolgt bevorzugt durch ein Überströmrohr, insbesondere einen sogenannten Übersprecher, der stromab der NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung in den NSC-Teilabgasstrang und stromauf der SCR-Katalysatoreinrichtung in den SCR-Teilabgasstrang mündet.
  • Die Strömungsleiteinrichtung ist bevorzugt durch ein Abgasklappenanordnung bzw. eine Ventilanordnung gebildet. Diese Ausgestaltung der Strömungsverbindung und der Strömungsleiteinrichtung ist bauteiltechnisch einfach beherrschbar und weist eine hohe Funktionssicherheit für den Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung auf.
  • Gemäß einer ersten konkreten Ausgestaltung kann die Strömungsleiteinrichtung durch eine Abgasklappenanordnung mit zwei mittels der Steuereinrichtung entsprechend vorgegebener Steuerungsparameter ansteuerbarer Abgasklappen gebildet sein, von denen eine erste Abgasklappe das Überströmrohr freigibt oder verschließt, während eine zweite Abgasklappe stromab des Überstromrohrs im NSC-Teilabgasstrang angeordnet ist, um diesen entsprechend freizugeben oder zu verschließen.
  • Alternativ dazu kann die Strömungsleiteinrichtung aber auch durch ein im Mündungsbereich des Überströmrohrs im NSC-Teilabgasstrang angeordnetes Wegeventil, insbesondere ein 2-Wege-Ventil gebildet sein, das in einer ersten Schaltstellung die Strömungsverbindung zum Überströmrohr bei gleichzeitiger Freigabe der Strömung im NSC-Teilabgasstrang sperrt, oder das in einer zweiten Schaltstellung die Strömungsverbindung zum Überströmrohr bei gleichzeitiger Sperrung der Weiterströmung im SCR-Teilabgasstrang freigibt.
  • Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Zylindergruppe durch eine erste Zylinderbank und die zweite Zylindergruppe durch eine zweite Zylinderbank einer insbesondere in V-Bauweise, z. B. V6-, V8-, V10-, V12-Bauweise ausgebildeten Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschine gebildet. D. h., dass hier dann eine Schwefelwasserstoff-Oxidation bei Verwendung eines zweiflutigen Abgasstrangsystems möglich wird, bei dem lediglich eine der Zylinderbänke eine Betriebsarten-Umschaltung erfährt. Insbesondere in Verbindung mit derartigen V-Motoren ist die erfindungsgemäße Lehre besonders vorteilhaft.
  • Die NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung ist ebenso wie die SCR-Katalysatoreinrichtung bevorzugt durch einen einzigen NOX-Speicherkatalysator bzw. SCR-Katalysator gebildet. Je nach Ausgestaltung der Brennkraftmaschine kann es jedoch auch erforderlich sein, ggf. mehrere derartiger NOX-Speicherkatalysatoren bzw. SCR-Katalysatoren in den jeweils zugeordneten Abgassträngen hintereinander zu schalten, ggf. in Kombination mit einem Partikelfilter, was insbesondere für Diesel-Brennkraftmaschinen erforderlich sein kann. Grundsätzlich besteht jedoch mit einer Aufteilung unterschiedlicher Katalysatorarten auf unterschiedliche Teilabgasstränge eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine der Vorteil gerade darin, dass hier durch eine entsprechende Steuerung der Abgasströme eine effektive Schwefelwasserstoff-Oxidation mit einer geringeren Anzahl von Katalysatoren erzielt werden kann, d. h. in den einzelnen Teilabgassträngen gerade keine zwei unterschiedlichen Katalysatorarten (bezüglich NOX- und SCR-Katalysatoren) angeordnet werden müssen, wie dies bei der DE 100 51 675 A1 der Fall ist. D. h., dass mit der erfindungsgemäßen Lehre eine besonders bauteiltechnisch günstige Anordnung mit wenig Katalysatoren vorgesehen werden kann, was die Herstellungskosten und die Fehleranfälligkeiten bzw. Reparaturnotwendigkeiten deutlich reduziert.
  • Das Umschaltkriterium zwischen den einzelnen Betriebsbereichen wird bevorzugt mittels einer Sensoreinrichtung ermittelt, wobei hier grundsätzlich jeder Katalysatoreinrichtung in jedem Teillabgasstrang eine Sensoreinrichtung nachgeschaltet sein kann, um entsprechende Durchbrüche eines vorgegebenen Schadstoffes zu ermitteln und dann entsprechend den Umschaltbetrieb einzuleiten. Grundsätzlich ist es jedoch ausreichend, z. B. lediglich im NSC-Teilabgasstrang eine Sensoreinrichtung nach der NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung vorzusehen, da ein Durchbruch einer vorgegebenen Komponente dort eine Desulfatisierungsnotwendigkeit anzeigen kann, so dass dann das Umschaltkriterium insgesamt vorgegeben ist. Über die gleiche Sensor einrichtung kann dann auch das Ende dieser kurzzeitigen unterstöchiometrischen Fettbetriebsweise zur Desulfatisierung ermittelt werden, in dem ebenfalls wiederum über eine vorgegebene Konzentration einer Abgaskomponente im Abgasstrom sensiert wird, dass keine Desulfatisierung mehr durchgeführt werden braucht. Analog ist dies auch auf der Seite des SCR-Teilabgasstrangs mittels einer der SCR-Katalysatoreinrichtung nachgeschalteten Sensoreinrichtung möglich.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt schematisch und beispielhaft einen erfindungsgemäßen Aufbau einer Abgasreinigungsvorrichtung mit einer Brennkraftmaschine 2, die hier als V8-Verbrennungsmotor mit einer ersten Zylinderbank 3 und einer zweiten Zylinderbank 4 ausgebildet ist. An diese Brennkraftmaschine 2 schließt sich ein zweiflutig ausgebildeter Abgasstrang 5 an, der einen einen NOX-Speicherkatalysator 7 aufweisenden ersten Teilabgasstrang als NSC-Teilabgasstrang 6 und einen einen SCR-Katalysator 9 aufweisenden zweiten Teilabgasstrang als SCR-Teilabgasstrang 8 aufweist.
  • Der NSC-Teilabgasstrang 6 ist hier der ersten Zylinderbank 3 zugeordnet, während der SCR-Teilabgasstrang 8 der zweiten Zylinderbank 4 zugeordnet ist.
  • Von den beiden Zylinderbänken 3, 4 ausgehend verlaufen die beiden Teilabgasstränge 6, 8 im Wesentlichen parallel zueinander, wobei in einem Bereich stromab des NOX-Speicherkatalysators 7 ein Überströmrohr als Übersprecher 10 vorgesehen ist, der stromauf des SCR-Katalysators 9 in den SCR-Teilabgasstrang 8 mündet.
  • Im Mündungsbereich 11 des Übersprechers 10 im NSC-Teilabgasstrang 6 ist ein 2-Wege-Ventil 12 vorgesehen, das in der 1 dargestellten Desul fatisierungsphase, bei der die erste Zylinderbank 3 unterstöchiometrisch bzw. ggf. mit einer erhöhten Abgastemperatur betrieben wird, die Strömungsverbindung zum Übersprecher 10 frei gibt und den NSC-Teilabgasstrang 6 stromab des Mündungsbereichs 11 sperrt. Dieses 2-Wege-Ventil 12 wird mittels einer hier nicht dargestellten Steuereinrichtung angesteuert, und zwar entsprechend vorgegebener Steuerungsparameter, die wiederum in Abhängigkeit von dem Betrieb der Brennkraftmaschine 2 vorgegeben werden, wie dies nachfolgend noch näher erläutert wird.
  • Ferner ist dem NOX-Speicherkatalysator 7 ein Sensor 13 nachgeschaltet, mittels dem eine vorgegebene Abgaskomponente im Abgasstrom signaltechnisch erfasst und in einer zugeordneten Steuereinrichtung ausgewertet werden kann.
  • Die Funktionsweise dieser Abgasreinigungsvorrichtung 1 ist wie folgt:
    Im Magerbetrieb der Brennkraftmaschine werden die beiden Teilabgasstränge 6, 8 mit einem mageren Abgasgemisch beaufschlagt, das in Form der hier lediglich schematisch eingezeichneten Teilabgasströme 14, 15 durch die beiden Teilabgasstränge 6, 8 abgeführt wird. In diesem Magerbetrieb werden in dem NOX-Speicherkatalysator 7 die Stickoxide eingespeichert, wodurch diese im ersten Teilabgasstrom 14 reduziert werden, während im SCR-Katalysator 9, z. B. unter Verbrauch von Ammoniak als darin gespeichertes Reduktionsmittel, ebenfalls eine Stickoxid-Reduzierung im zweiten Teilabgasstrom erfolgt. Wie dies in der 1 lediglich strichiert dargestellt ist, sperrt das 2-Wege-Ventil 12 in dieser normalen Magerbetriebsphase den Übersprecher 10 und gibt den NSC-Teilabgasstrang 6 für eine Strömung stromab des Mündungsbereichs 11 frei, so dass keine Vermischung der beiden Teilabgasströme 14, 15 erfolgen kann.
  • Wird nun mittels des Sensors 13 z. B. festgestellt, dass eine Desulfatisierung des NOX-Speicherkatalysators 7 erforderlich ist, so erfolgt eine Umschaltung der Betriebsweise der ersten Zylinderbank 3 auf einen unterstöchiometrischen Fettbetrieb, während der Magerbetrieb für die zweite Zylinderbank 4 weiterhin beibehalten wird. Gleichzeitig erfolgt eine Umschaltung des 2-Wege-Ventils 12 in die in der 1 mit durchgezogenen Linien gezeichnete Stellung, in der die Strömungsverbindung zum Übersprecher 10 und damit zwischen den beiden Teilabgassträngen 6, 8 frei gegeben ist, während der Bereich des NSC-Teilabgasstrangs 6 stromab des Übersprechers 10 abgesperrt ist.
  • Auf Grund des unterstöchiometrischen Betriebs der ersten Zylinderbank 3 werden die Sulfatverbindungen im NOX-Speicherkatalysator 7 freigesetzt und strömen über den Übersprecher 10 in den SCR-Teilabgasstrang 8, wo sie sich mit dem mageren Teilabgasstrom 15 vermischen. Durch die weiterhin mager betriebene zweite Zylinderbank 4 wird eine ausreichende Menge an Sauerstoff zur Verfügung gestellt, die dazu führt, dass der im SCR-Katalysator 9 vorhandene Restsauerstoff den Schwefelwasserstoff aus dem ersten Teilabgasstrom 14 nach folgender Gleichung oxidiert: 2H2S + 3O2 → 2SO2 + 2H2O
  • Nachdem mittels des Sensors 13 wiederum ermittelt worden ist, dass die Ausspeicherung bzw. Freigabe der Schwefelverbindungen im ausreichenden Maße erfolgt ist, erfolgt wiederum eine Betriebsarten-Umschaltung und die erste Zylinderbank wird ebenfalls wieder mager betrieben. Gleichzeitig erfolgt auch wiederum eine Umschaltung des 2-Wege-Ventils 12.
  • Diese Vorgänge wiederholen sich entsprechend zyklisch.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 1148215 A1 [0003]
    • - DE 10051675 A1 [0004, 0023]

Claims (21)

  1. Verfahren zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine, mit einer mehrere Gruppen von Zylindern aufweisenden Brennkraftmaschine, wobei jeder Zylindergruppe ein Teilabgasstrang einer wenigstens bereichsweise mehrflutig ausgebildeten Abgasanlage zugeordnet ist, und wobei die Abgasanlage eine NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung und eine SCR-Katalysatoreinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung (7) und die SCR-Katalysatoreinrichtung (9) so in unterschiedlichen Zylindergruppen (3, 4) zugeordneten Teilabgassträngen (6, 8) angeordnet werden, dass in der NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung (7) zur Desulfatisierung derselben eine unterstöchiometrische Abgaszusammensetzung vorliegt und eine vorgegebene Menge der dadurch freiwerdenden Schwefelverbindungen zusammen mit einem eine magere Abgaszusammensetzung aufweisenden Abgasstrom zur SCR-Katalysatoreinrichtung (9) strömt, in der der in den Schwefelverbindungen vorhandene Schwefelwasserstoff oxidiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer ersten Zylindergruppe (3) ein erster Teilabgasstrang als NSC-Teilabgasstrang (6) zugeordnet ist, in dem eine, vorzugsweise lediglich eine einzige, NOX- Speicherkatalysatoreinrichtung (7) angeordnet ist, und dass einer zweiten Zylindergruppe (4) ein zweiter Teilabgasstrang als SCR-Teilabgasstrang (8) zugeordnet ist, in dem eine, vorzugsweise lediglich eine einzige, SCR-Katalysatoreinrichtung (9) angeordnet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittels einer Steuereinrichtung ansteuerbare Strömmungsleiteinrichtung (12) vorgesehen ist, die zu Beginn der Desulfatisierung eine stromab der NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung (7) und stromauf der SCR-Katalysatoreinrichtung (9) vorgesehene Strömungsverbindung (10) zwischen dem NSC- und dem SCR-Teilabgasstrang (6, 8) so freigibt, dass bei gleichzeitigem unterstöchiometrischen Fettbetrieb der dem NSC-Teilabgasstrang (6) zugeordneten ersten Zylindergruppe (3) eine vorgegebene Menge an von der NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung (7) freigegebenen Schwefelverbindungen in den SCR-Teilabgasstrang (8) überströmt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der von der ersten Zylindergruppe (3) kommende, zur Desulfatisierung des NOX-Speicherkatalysators (7) unterstöchiometrische Abgasstrom (14) eine gegenüber einem Fettbetrieb zu Nicht-Desulfatisierungsbetriebszeiten erhöhte Abgastemperatur aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleiteinrichtung (12) während des zur Desulfatisierung unterstöchiometrischen Fettbetriebs der ersten Zylindergruppe (3) den NSC-Teilabgasstrang (6) stromab der Strömungsverbindung (10) zum SCR-Teilabgasstrang (8) sperrt, dergestalt, dass die gesamte, in der ersten Zylindergruppe gebildete Abgasmenge über die Strömungsverbindung (10) in den SCR-Teilabgasstrang (8) überströmt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dem SCR-Teilabgasstrang (8) zugeordnete zweite Zylindergruppe (4) während des zur Desulfatisierung unterstöchiometrischen Fettbetriebs der dem NOX-Teilabgasstrang (6) zugeordneten ersten Zylindergruppe (3) im Magerbetrieb mit einem Abgasstrom mit einer gegenüber einem Magerbetrieb zu Nicht-Desulfatisierungsbetriebszeiten erhöhten Abgastemperatur betrieben wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleiteinrichtung (12) während des Magerbetriebs der ersten Zylindergruppe (3), insbesondere während des Magerbetriebs der Brennkraftmaschine (2), die Strömungsverbindung (10) zwischen dem NSC-Teilabgasstrang (6) und dem SCR-Teilabgasstrang (8) sperrt und die Strömung jeweils im NSC-Teilabgasstrang (6) und im SCR-Teilabgasstrang (8) freigibt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass stromab der NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung (7) und/oder stromab der SCR-Katalysatoreinrichtung (9) eine Sensoreinrichtung (13) vorgesehen ist, mittels der bzw. denen vorgegebene Abgasparameter, insbesondere die Konzentration einer vorgegebenen Abgaskomponente, im Abgas erfasst werden, so dass in Abhängigkeit von den erfassten Parametern, insbesondere durch Vergleich mit vorgegebenen Schwellwerten, ein Umschalten zwischen den einzelnen Betriebsweisen der Brennkraftmaschine (2), insbesondere eine Betriebsarten-Umschaltung für vorgegebene Zylindergruppen bzw. Zylinderbänke (3), durchführbar ist.
  9. Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine mit einer mehrere Gruppen von Zylindern aufweisenden Brennkraftmaschine, wobei jeder Zylindergruppe ein Teilabgasstrang einer wenigstens bereichsweise mehrflutig ausgebildeten Abgasanlage zuge ordnet ist, und wobei die Abgasanlage eine NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung und eine SCR-Katalysatoreinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung (7) und die SCR-Katalysatoreinrichtung (9) so in unterschiedlichen Zylindergruppen (3, 4) zugeordneten Teilabgassträngen (6, 8) angeordnet sind, dass in der NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung (7) zur Desulfatisierung derselben eine unterstöchiometrische Abgaszusammensetzung vorliegt und eine vorgegebene Menge der dadurch freiwerdenden Schwefelverbindung zusammen mit einem eine magere Abgaszusammensetzung aufweisenden Abgasstrom (14) zur SCR-Katalysatoreinrichtung (9) strömt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein einer ersten Zylindergruppe (3) der Brennkraftmaschine (2) zugeordneter erster Teilabgasstrang (6) und ein einer zweiten Zylindergruppe (4) zugeordneter zweiter Teilabgasstrang (8) vorgesehen ist, und dass in dem einen NSC-Teilabgasstrang ausbildenden ersten Teilabgasstrang (6) eine, vorzugsweise lediglich eine, NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung (7) und in dem einen SCR-Teilabgasstrang ausbildenden zweiten Teilabgasstrang (8) eine, vorzugsweise lediglich eine, SCR-Speicherkatalysatoreinrichtung (9) angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittels einer Steuereinrichtung ansteuerbare Strömungsleiteinrichtung (12) vorgesehen ist, die zu Beginn der Desulfatisierung eine stromab der NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung (7) und stromauf der SCR-Katalysatoreinrichtung (9) vorgesehene Strömungsverbindung zwischen dem NSC- und dem SCR-Teilabgasstrang (6, 8) so freigibt, dass bei gleich zeitigem unterstöchiometrischen Fettbetrieb der dem NSC-Teilabgasstrang (6) zugeordneten ersten Zylindergruppe (3) eine vorgegebene Menge an der NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung (7) freigegebenen Schwefelverbindung in den SCR-Teilabgasstrang (8) überströmt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleiteinrichtung (12) während des zur Desulfatisierung unterstöchiometrischen Fettbetriebs der ersten Zylindergruppe (3) den NOX-Teilabgasstrang (6) stromab der Strömungsverbindung (10) zum SCR-Teilabgasstrang (8) sperrt, dergestalt, dass die gesamte, in der ersten Zylindergruppe (3) gebildete Abgasmenge über die Strömungsverbindung (10) in den SCR-Teilabgasstrang (8) überströmt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleiteinrichtung (12) während des Magerbetriebs der ersten Zylindergruppe (3), insbesondere während des Magerbetriebs der Brennkraftmaschine (2), die Strömungsverbindung (10) zwischen dem NOX-Teilabgasstrang (6) und dem SCR-Teilabgasstrang (8) sperrt und die Strömung jeweils im NSC-Teilabgasstrang (6) und im SCR-Teilabgasstrang (8) freigibt.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung durch ein Überströmrohr (10), insbesondere einen Übersprecher, gebildet ist, der stromab der NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung (7) in den NOX-Teilabgasstrang (6) und stromauf der SCR-Katalysatoreinrichtung (9) in den SCR-Teilabgasstrang (8) mündet.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleiteinrichtung durch eine Abgasklappenanordnung und/oder eine Ventilanordnung (12) gebildet ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 14 und Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleiteinrichtung durch eine Abgasklappenanordnung mit zwei mittels der Steuereinrichtung entsprechend vorgegebener Steuerungsparameter ansteuerbarer Abgasklappen gebildet ist, von denen eine erste Abgasklappe das Überströmrohr freigibt oder verschließt, während eine zweite Abgasklappe stromab des Überströmrohrs im NSC-Teilabgasstrang angeordnet ist und diesen freigibt oder verschließt.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 14 und Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleiteinrichtung durch ein im Mündungsbereich (11) des Überströmrohrs (10) im NOX-Teilabgasstrang (6) angeordnetes Wegeventil (12), insbesondere 2-Wege-Ventil, gebildet ist, das in einer ersten Schaltstellung die Strömungsverbindung zum Überströmrohr (10) bei gleichzeitiger Freigabe der Strömung im NSC-Teilabgasstrang (6) sperrt oder das in einer zweiten Schaltstellung die Strömungsverbindung zum Überströmrohr (10) bei gleichzeitiger Sperrung der Weiterströmung im SCR-Teilabgasstrang (8) freigibt.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zylindergruppe durch eine erste Zylinderbank (3) und die zweite Zylindergruppe durch eine zweite Zylinderbank (4) der Brennkraftmaschine (2), insbesondere einer Brennkraftmaschine in V-Bauweise, gebildet ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung (7) durch wenigstens einen NOX-Speicherkatalysator gegebenenfalls in Kombination mit einem Partikelfilter gebildet ist.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die SCR-Katalysatoreinrichtung (9) durch wenigstens einen SCR-Katalysator, insbesondere einen SCR-Katalysator auf Zeolithbasis, gegebenenfalls in Kombination mit einem Partikelfilter gebildet ist.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass stromab der NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung (7) und/oder stromab der SCR-Katalysatoreinrichtung (9) eine Sensoreinrichtung (13) vorgesehen ist, mittels der bzw. denen vorgegebene Abgasparameter, insbesondere die Konzentration einer Abgaskomponente, im Abgas erfassbar ist bzw. sind, so dass in Abhängigkeit von den erfassten Parametern, insbesondere durch Vergleich mit vorgegebenen Schwellwerten, ein Umschalten zwischen den einzelnen Betriebsweisen der Brennkraftmaschine (2), insbesondere eine Betriebsarten-Umschaltung für vorgegebene Zylindergruppen bzw. Zylinderbänke (3), durchführbar ist.
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