DE102010010039B4 - Abgasbehandlungssystem mit einem Vier-Wege-Katalysator und einem Harnstoff-SCR-Katalysator und Verfahren zur Verwendung desselben - Google Patents

Abgasbehandlungssystem mit einem Vier-Wege-Katalysator und einem Harnstoff-SCR-Katalysator und Verfahren zur Verwendung desselben Download PDF

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Abstract

Abgasbehandlungssystem für einen Dieselmotor (2), welches umfasst: einen Vier-Wege-Katalysator (16) in fluidtechnischer Verbindung mit dem Dieselmotor (2) zur Aufnahme einer Abgasströmung daraus, wobei der Vier-Wege-Katalysator (16) einen Stickoxidspeicherkatalysator (lean nitrogen oxides (NOx) trap, 38) und einen Dieselpartikelfilter (DPF, 40) umfasst; und einen Harnstoff verwendenden Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (U-SCR-Katalysator, von urea selective catalytic reduction, 18) in fluidtechnischer Verbindung mit dem Vier-Wege-Katalysator (16) zur Aufnahme der Abgasströmung daraus, dadurch gekennzeichnet, dass der Vier-Wege-Katalysator (16) einen keramischen Wandflussmonolith umfasst, wobei der Stickoxidspeicherkatalysator (38) einen Washcoat umfasst, der an dem keramischen Wandflussmonolith angeordnet ist, wobei der Washcoat einen Oxidationskatalysator, ein Adsorptionsmittel und einen Reduktionskatalysator umfasst, die auf einer keramischen Matrix angeordnet sind, und ein zweiter Stickoxidspeicherkatalysator (42) stromaufwärts des Stickoxidspeicherkatalysators (38) vorgesehen ist, der einen Washcoat umfasst, der auf einem keramischen oder Metall-Durchflussmonolith angeordnet ist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Abgasbehandlungssystem für einen Dieselmotor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Verwendung eines Abgasbehandlungssystems gemäß Anspruch 11.
  • Hintergrund
  • Hersteller von Verbrennungsmotoren entwickeln Motorbetriebssteuerstrategien, um Kundenbedürfnissen gerecht zu werden und verschiedenen gesetzlichen Regelungen zur Emissionsbegrenzung und Kraftstoffökonomie zu entsprechen. Eine solche Motorbetriebssteuerstrategie umfasst das Betreiben eines Motors bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das überstöchiometrisch ist, um die Kraftstoffökonomie zu verbessern und Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Solch ein Betrieb ist bei Verwendung von sowohl selbstzündenden (Diesel) als auch fremdgezündeten Motoren möglich. Wenn ein Motor mit einem mageren (Sauerstoffüberschuss) Luft/Kraftstoff-Verhältnis arbeitet, bringen die resultierende Verbrennungstemperatur und der Sauerstoffüberschuss höhere Motoraustritts-NOx mit sich; allerdings ist die wirtschaftliche Anwendung von mager arbeitenden Motoren wegen des Fehlens wirksamer Verfahren zum Entfernen der NOx aus der Abgasströmung unter einer mageren Abgasbedingung begrenzt. Deshalb ist die effiziente Reduktion von Stickoxiden (NOx = NO + NO2) aus dem Abgas aus einem Magerverbrennungs-Diesel und -Benzinmotor von Bedeutung, um zukünftigen Emissionsstandards gerecht zu werden und die Fahrzeug-Kraftstoffökonomie zu verbessern.
  • Die Reduktion von NOx-Emissionen aus einem Abgaszustrom, der einen Sauerstoffüberschuss enthält, stellt eine Herausforderung für Fahrzeughersteller dar. Man schätzt beispielsweise, dass die Konformität mit den Bin 5 Regulations in den Vereinigten Staaten ein Nachbehandlungssystem erfordern kann, dass zu einem NOx-Umwandlungswirkungsgrad von 70–90% bei dem FTP(Federal Test Procedure)-Zyklus auf der Basis von derzeit zu erwartenden Motoraustritts-NOx-Konzentrationen in der Lage ist. Zur praktischen Anwendung muss der Umwandlungswirkungsgrad über einen Bereich von relativ niedrigen Betriebstemperaturen (z. B. 200–350°C), die in dem zuvor erwähnten FTP-Zyklus auftreten, und in einem Bereich von relativ hohen Betriebstemperaturen (z. B. 450–500°C), die während eines Hochdrehzahltestzyklus (z. B. US06 federal test procedure) auftreten, erhalten werden.
  • Es wurden verschiedene Abgasbehandlungssysteme für Fahrzeuganwendungen unter diesen Magerverbrennungs-Betriebsbedingungen vorgeschlagen. Ein Ansatz kombiniert einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator in Reihe mit einem unterstromigen Dieselpartikel-NOx-Reduktionssystem und einem weiter unterstromigen Dieseloxidationskatalysator. Für solche Systeme wurde von einer angestrebten Leistung von 75–85% NOx-Reduktion berichtet. Solche Systeme erfordern jedoch eine periodische Katalysatorregeneration, die eine Kraftstoffeinspritzung zur Erzeugung hoher Abgastemperaturen und die Einspritzung von Reduktionsmitteln zum Regenerieren des Speichermaterials des Katalysators mit sich bringt. Während der Perioden einer Katalysatorregeneration wird die Aufrechterhaltung der angestrebten NOx-Reduktionsniveaus während eines Betriebes des Fahrzeuges problematisch, da die Komponenten, die regeneriert werden, ein stark reduziertes NOx-Umwandlungsvermögen aufweisen werden.
  • Es besteht daher Bedarf an effektiven Abgasbehandlungssystemen und Verfahren zur Verwendung derselben, um NOx in Abgasströmungen von Magerverbrennungs-Verbrennungsmotoren, insbesondere solchen, die in verschiedenen Fahrzeuganwendungen verwendet werden, selektiv zu reduzieren.
  • Die EP 1 837 495 A1 offenbart ein Abgasbehandlungssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterer Stand der Technik ist aus DE 10 2007 030 234 A1 , DE 101 28 414 A1 und US 2003/0190269 A1 bekannt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Abgasbehandlungssystem für einen Dieselmotor sowie ein verbessertes Verfahren zur Verwendung eines Abgasbehandlungssystems für einen Dieselmotor bereitzustellen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird durch ein Abgasbehandlungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Ein erfindungsgemäßes Abgasbehandlungssystem für einen Dieselmotor umfasst einen Vier-Wege-Katalysator in fluidtechnischer Verbindung mit einem Dieselmotor zur Aufnahme einer Abgasströmung daraus, wobei der Vier-Wege-Katalysator einen Stickoxidspeicherkatalysator (lean nitrogen oxides (NOx) trap, (LNT)) und einen Dieselpartikelfilter (DPF) umfasst. Das System umfasst auch einen Harnstoff verwendenden Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (U-SCR-Katalysator, von urea selective catalytic reduction) in fluidtechnischer Verbindung mit dem Vier-Wege-Katalysator zur Aufnahme der Abgasströmung daraus.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Details werden rein beispielhaft aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen ersichtlich, wobei sich die detaillierte Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:
  • 1 eine schematische Veranschaulichung einer beispielhaften nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Abgasbehandlungssystems ist;
  • 2 eine schematische Veranschaulichung einer zweiten beispielhaften nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Abgasbehandlungssystems ist;
  • 3 eine schematische Veranschaulichung einer dritten beispielhaften nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Abgasbehandlungssystems ist;
  • 4 eine schematische Veranschaulichung einer vierten beispielhaften nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Abgasbehandlungssystems ist;
  • 5 eine schematische Veranschaulichung einer fünften beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Abgasbehandlungssystems ist;
  • 6 eine schematische Veranschaulichung einer sechsten beispielhaften nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Abgasbehandlungssystems ist; und
  • 7 eine schematische Veranschaulichung einer siebten beispielhaften nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Abgasbehandlungssystems ist.
  • Die oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten, die Erfindung auszuführen, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • In Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind verbesserte Abgasbehandlungssysteme und Verfahren zur Behandlung von Abgasemissionen aus Dieselmotoren vorgesehen. Die vorliegende Erfindung bietet das Potential reduzierter und gesteuerter Abgasemissionen, die Emissionen von NOx, CO, HC und Dieselpartikel umfassen, während sie das Gesamtpackaging für das Abgasbehandlungssystem verbessert. Die vorliegende Erfindung bietet auch das Potential verbesserter Emissionsbegrenzungsstrategien und -verfahren und umfasst z. B. Strategien und Verfahren, die den Verbrauch von Kohlenwasserstoff (z. B. Kraftstoff) und Harnstoff, der benötigt wird, um reduzierte Abgasemissionen zu erzielen, minimieren, oder die die Notwendigkeit der Regeneration, um angesammelte Schwefelverbindungen zu entfernen, minimieren und dadurch die Lebensdauer der Abgassystemkomponenten verlängern. Dies wird durch die Verwendung von vorteilhaften Kombinationen von Abgassystemkomponenten oder -vorrichtungen, die für eine synergistische Wechselwirkung miteinander während des Betriebes von Dieselmotoren besonders geeignet sind, eine Emissionsreduktion zu bewirken, wie auch die Implementierung von Steuerstrategien und -verfahren, die diese vorteilhaften Kombinationen nutzen, erreicht. Insbesondere, in einer Konfiguration, werden Reaktionsprodukte verschiedener Abgaskomponenten (z. B. Wärme, Ammoniak oder sonstige) von Abgasbehandlungsvorrichtungen verwendet, die unterstromig angeordnet sind, was eine verbesserte Systemeffizienz des Abgasbehandlungssystems zur Folge hat, indem z. B. eine verstärkte NOx-Umwandlung und ein reduzierter Harnstoffverbrauch begünstigt wird.
  • Im Allgemeinen, unter Bezugnahme auf die in 1 gezeigte Konfiguration, zeigt ein schematisches Diagramm eine Ausführungsform eines Diesel-Verbrennungsmotors 2, eines Steuersystem 4 und eines Motorabgasbehandlungssystems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der/das beispielhafte Dieselmotor 2 und Steuersystem 4 umfassen einen Viertakt-Diesel-Verbrennungsmotor 2 und ein elektronisches Motorsteuermodul (ECM) 6, das ausgebildet sein kann, um die Steuerung innerhalb der Abgasströmung 8 in Übereinstimmung mit hierin beschriebenen Steuerverfahren und -strategien zu bewerkstelligen. Der Motor kann einen bekannten selbstgezündeten Motor mit einem Betriebsregime, das hauptsächlich überstöchiometrisch ist, umfassen. Alternativ kann der Dieselmotor 2 einen Motor umfassen, der ausgebildet ist, um eine beliebige aus einer Anzahl von Motorkonfigurationen und zugeordneten Motorsteuerstrategien, die auch jene, welche ein Betriebsregime (oder -regime) aufweisen, das überstöchiometrisch ist, d. h. selbstgezündete Motoren mit homogener Ladung, umfassen, zu verwenden. Der Dieselmotor 2 umfasst eine Vielzahl von sich hin- und herbewegenden Kolben (nicht gezeigt), die an einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) angebracht sind, welche funktionell an einem Antrieb wie z. B. einem Fahrzeugantrieb (nicht gezeigt) angebracht sein kann, um ein Antriebsdrehmoment an den Antrieb zu liefern. Der Dieselmotor 2 kann jede Dieselmotorkonfiguration oder -anwendung sein und verschiedene Fahrzeuganwendungen (z. B. Fahrzeug, Schifffahrt und dergleichen) und auch verschiedene Nicht-Fahrzeuganwendungen (z. B. Pumpen, Generatoren und dergleichen) umfassen. Während des Betriebes erzeugt der Dieselmotor 2 eine/n Abgaszustrom oder -strömung, durch die Pfeile 8 dargestellt, der/die gesetzlich geregelte und nicht geregelte Emissionsbestandteile enthält, die allgemein Teilgase und Partikeln umfassen. Das Abgasbehandlungssystem 10 ist wirksam, um gesetzlich geregelte Bestandteile wie etwa verschiedene Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO), Sauerstoffnitride (NOx) und Partikeln (PM) in gesetzlich nicht geregelte Bestandteile wie z. B. Kohlendioxid (CO2), Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) umzuwandeln.
  • Das Abgasbehandlungssystem 10 umfasst ein integriertes System, das vorgesehen ist, um die gesetzlich geregelten Bestandteilelemente der Abgasströmung 8 in gesetzlich nicht geregelte Bestandteile umzuwandeln. Das Abgasbehandlungssystem 10 steht in fluidtechnischer Verbindung mit dem Dieselmotor 2. Wie hierin verwendet, bezieht sich eine fluidtechnische Verbindung auf den Durchgang der Abgasströmung 8 von einer Komponente 12 oder Vorrichtung des Abgasbehandlungssystems zu einer anderen Komponente 12 oder Vorrichtung des Systems, die durch eine beliebige Vorrichtung zur fluidtechnischen Verbindung gebildet sein kann, und eine Abgasleitung wie z. B. ein Rohr 14 oder einen Abgaskrümmer (nicht gezeigt) oder ein Gehäuse wie z. B. eine Metalldose einer Abgasbehandlungskomponente 12 oder -vorrichtung oder eine Kombination davon umfasst. Eine fluidtechnische Verbindung kann von einer Vorrichtung zu einer anderen Vorrichtung oder von einer Vorrichtung zu einer Vielzahl von Vorrichtungen, oder im Gegensatz dazu von einer Vielzahl von Vorrichtungen zu einer einzigen Vorrichtung vorhanden sein und umfasst eine Verbindung von dem Motor zu einer Vorrichtung und einem Endauspuff aus einer Vorrichtung in die Außenumgebung. Das Abgasbehandlungssystem 10 umfasst einen Vier-Wege-Katalysator 16 und einen U-SCR in der Form eines Harnstoff verwendenden Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion (U-SCR-Katalysator) 18, die jeweils ausgebildet sind, um mehrere Emissionsbestandteile innerhalb der durch den Betrieb des Dieselmotors 2 erzeugten Abgasströmung 8 zu behandeln. Der Vier-Wege-Katalysator 16 ist für eine fluidtechnische Verbindung mit dem Dieselmotor 2 ausgebildet und ist ausgebildet, um die Abgasströmung daraus aufzunehmen. Der Vier-Wege-Katalysator 16 umfasst einen Stickoxidspeicherkatalysator (LNT) und einen Dieselpartikelfilter (DPF), wie hierin beschrieben. Der U-SCR-Katalysator 18 ist für eine fluidtechnische Verbindung mit dem Vier-Wege-Katalysator 16 ausgebildet und ist ausgebildet, um die Abgasströmung daraus aufzunehmen.
  • Wie in 1 gezeigt, kann das Abgasbehandlungssystem 10 optional auch einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 20 umfassen. In der gezeigten spezifischen Kombination ist der DOC 20 oberstromig von dem Vier-Wege-Katalysator 16 angeordnet, der sich weiter oberstromig von dem U-SCR-Katalysator 18 befindet. Wie hierin verwendet, bedeutet im Kontext mit dem Abgasbehandlungssystem 10, dass, wenn eine Komponente oberstromig in Bezug auf eine andere Komponente angeordnet ist, sich diese relativ näher an dem Motor 2 befindet.
  • Das Abgasbehandlungssystem 10 kann auch eine oder mehrere Dosiervorrichtungen 22 wie z. B. einen Fluidinjektor umfassen, um Reaktandenmaterialien für eine Wechselwirkung mit den Komponenten 12 des Abgasbehandlungssystems und die Behandlung der Abgasströmung 8, wie hierin beschrieben, zu dosieren. Unter Bezugnahme auf die 2–7 umfassen verschiedene Ausführungsformen des Abgasbehandlungssystems 10 eine Kohlenwasserstoff(HC)-Dosiervorrichtung 24 wie z. B. einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen einer gesteuerten Menge eines HC-Reduktionsmittels von einer HC-Quelle wie z. B. einem HC-Reservoir 26 oberstromig des Vier-Wege-Katalysators 16, wie in den 2 und 4–7 gezeigt. Wie hierin verwendet, kann der Ausdruck „HC-Reduktionsmittel” einen geeigneten Kohlenwasserstoff (HC) umfassen, er kann auch ein CO- oder H2-Material oder eine Kombination daraus umfassen. Zum Beispiel kann ein Kohlenwasserstoff wie z. B. Dieselkraftstoff über einen geeigneten Reformerkatalysator reformiert werden, um CO und H2 bereitzustellen. Nach dem Reformieren kann der Kohlenwasserstoff, das CO oder H2 oder eine beliebige Kombination daraus in die Abgasströmung 8 eingespritzt werden. Wenn ein DOC 20 oberstromig des Vier-Wege-Katalysators 16 verwendet wird, kann die HC-Dosiervorrichtung 24 oberstromig des DOC 20 angeordnet sein, um Sauerstoff in der Abgasströmung 8 über Oxidation des HC, während er durch den DOC 20 strömt, zu verbrauchen, was umfasst, dass der Betrieb der HC-Dosiervorrichtung 24 im Wesentlichen den gesamten Sauerstoff in der Abgasströmung 8 verbraucht. Dies würde die kraftstoffreichen Bedingungen bereitstellen, unter denen der Vier-Wege-Katalysator 16 die NOx zu N2 reduzieren kann. Die Oxidation des HC in dem DOC 20 würde auch exotherme Bedingungen bereitstellen und Wärme erzeugen, um eine erhöhte Rußoxidation in dem Vier-Wege-Katalysator 16 zu fördern. Alternativ kann die HC-Dosiervorrichtung 24 unterstromig des DOC 20 angeordnet sein, wie in 3 gezeigt; allerdings besitzen Ausführungsformen mit dieser Konfiguration nicht den Vorteil der Oxidation des HC in dem DOC 20. Ein Beispiel eines geeigneten HC-Reduktionsmittelreservoirs 26 wäre ein Kraftstofftank oder ein Abschnitt einer Kraftstoffleitung, der einen Hoch- oder Niederdruckabschnitt eines Kraftstoffeinspritzsystems wie z. B. ein Common-Rail-Einspritzsystem umfasst. Die HC-Reduktionsmittel-Dosiervorrichtung 24 ist funktionell mit dem ECM 6 verbunden, das geeignet ist, die Zeitsteuerung und Menge einer HC-Reduktionsmitteleinspritzung, typischerweise in der Form von Motorkraftstoff, in die Abgasströmung 8 zu steuern. Alternativ, wie in der Ausführungsform von 1 gezeigt, können unverbrannte Kohlenwasserstoffe aus dem Motor 2 (z. B. unverbrannter Kraftstoff) als ein HC-Reduktionsmittelmaterial verwendet werden, um die NOx in dem Vier-Wege-Katalysator 16 zu reduzieren und die oben beschriebenen weiteren Aspekte unter Verwendung des DOC 20 wie etwa durch Verwendung einer Nacheinspritzungs-Steuerstrategie zu fördern.
  • Unter Bezugnahme auf die 1–7 umfassen verschiedene Ausführungsformen des Abgasbehandlungssystems 10 eine Harnstoffdosiervorrichtung 28 wie z. B. einen Harnstoffinjektor zum Einspritzen einer gesteuerten Menge Harnstoff oder Ammoniak als ein Reduktionsmittel aus einem Harnstoffreservoir 30 oberstromig des U-SCR-Katalysators 18. Wie hierin verwendet, kann der Ausdruck Harnstoff auch die Verwendung von Ammoniak (NH3) als ein Reduktionsmittel umfassen, da der Harnstoff zerlegt wird, um Ammoniak als Reaktionsnebenprodukt zu produzieren, und es ist der Ammoniak, der als eine Reaktionsmittelart in den katalytischen Reaktionen verwendet wird, die in dem U-SCR 18 stattfinden. Ein Beispiel eines geeigneten Harnstoffreservoirs wäre ein Harnstofftank. Die Harnstoffdosiervorrichtung 28 ist funktionell mit dem ECM 6 verbunden, das geeignet ist, die Zeitsteuerung und Menge einer Harnstoffeinspritzung in die Abgasströmung 8 zu steuern. Wenn Harnstoff als Reduktionsmittel verwendet wird, sollte die Einspritzung ausreichend oberstromig von dem U-SCR-Katalysator 18 stattfinden, um die Zerlegung des Harnstoffes zu Ammoniak vor dem Eintritt in den U-SCR-Katalysator 18 zu ermöglichen.
  • Das Abgasbehandlungssystem 10 und das Steuersystem 4 können ein/e oder mehrere Erfassungsvorrichtungen und -systeme umfassen, die/das für eine Signalverbindung mit dem ECM 6 ausgebildet sind. Das Steuersystem 4 kann auch eine Benutzerschnittstelle 7 (UI von user interface) zum Anzeigen von Systeminformation an einen Benutzer umfassen, die Information, die mithilfe irgendeines der hierin beschriebenen Sensoren beschafft wurde, wie auch Information im Zusammenhang mit irgendeinem der hierin beschriebenen Betriebsverfahren oder -modi umfasst. Die Erfassungsvorrichtungen umfassen einen NOx-Sensor 32, der betrieben wird, um die Menge NOx in der Abgasströmung 8 zu bestimmen, wenn sie aus dem Motor 2 austritt. Der NOx-Sensor 32 umfasst bevorzugt einen Sensor, der betrieben wird, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das mit einem Parameterwert für die NOx-Konzentration in dem Abgaszustrom korrelierbar ist, und ferner betrieben wird, um ein zweites elektrisches Signal zu erzeugen, das mit einem Parameterwert für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgaszustromes korrelierbar ist, woraus der Sauerstoffgehalt bestimmt werden kann. Der NOx-Sensor 32 kann in Verbindung mit dem Steuersystem 4 verwendet werden, um die Steuerung des Motors 2 und des Abgasbehandlungssystems 10 zu beeinflussen.
  • Die Abgaserfassungsvorrichtungen umfassen auch eine Abgaserfassungsvorrichtung 34. Die Abgaserfassungsvorrichtung 34 kann einen zweiten NOx-Sensor umfassen, der betrieben wird, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das mit einem Parameterwert für die NOx-Konzentration in dem Abgaszustrom 8 korrelierbar ist. Alternativ kann die Abgaserfassungsvorrichtung 34 eine virtuelle Erfassungsvorrichtung umfassen, wobei die NOx-Konzentration im Abgaszustrom auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen bestimmt wird, was eine bekannte Technik darstellt. Die Abgaserfassungsvorrichtung 34 kann unterstromig des ersten NOx-Sensors 32 wie z. B. unterstromig des U-SCR-Katalysators 18 angeordnet sein, sodass die Menge NOx, die aus dem Abgasbehandlungssystem 10 austritt, bestimmt werden kann. Die Abgaserfassungsvorrichtung 34 kann auch in Verbindung mit dem Steuersystem 4 verwendet werden, um die Steuerung des Motors 2 und des Abgasbehandlungssystems 10 zu beeinflussen.
  • Die Erfassungsvorrichtungen können auch einen Temperatursensor 36 oder eine Vielzahl von Temperatursensoren 36 (nicht gezeigt) umfassen, der/die betrieben wird/werden, um die Temperatur der Abgasströmung 8 innerhalb des Abgasbehandlungssystems 10 zur Verwendung in Verbindung mit dem Steuersystem 4 zu messen, um die Steuerung des Motors 2 und des Abgasbehandlungssystems 10 zu beeinflussen. Als ein Beispiel kann ein Temperatursensor 36 zwischen dem DOC-Katalysator 20 und dem Vier-Wege-Katalysator 16 angeordnet sein, um eine Betriebstemperatur des Vier-Wege-Katalysators 16 zu bestimmen. Ebenso kann ein Temperatursensor 36 zwischen dem Vier-Wege-Katalysator 16 und dem U-SCR-Katalysator 18 angeordnet sein, um eine Betriebstemperatur des U-SCR-Katalysators 18 zu bestimmen.
  • Unter Bezugnahme auf die beispielhaften Ausführungsformen der 2–7 steht der DOC 20 in fluidtechnischer Verbindung mit dem Motor 12 und ist mit Bezugnahme auf die Abgasströmung 8 oberstromig von dem Vier-Wege-Katalysator 16 angeordnet und ist ausgebildet, um bestimmte Bestandteile der Abgasströmung 8 zu oxidieren, um gesetzlich nicht geregelte Nebenprodukte oder Bestandteile zu produzieren, die für eine weitere Behandlung in weiteren Komponenten des Abgasbehandlungssystems 10, wie hierin beschrieben, geeignet sind. Allgemein ist der DOC 20 eine Durchflussvorrichtung, die aus einem Metall- oder keramischen Monolith oder -substrat mit einer wabenähnlichen Struktur besteht, die eine Vielzahl von allgemein parallelen, längs verlaufenden, miteinander verbundenen Zellen umfasst, welche ein Netzwerk bereitstellen, das eine Vielzahl von Strömungskanälen zur Aufnahme der Abgasströmung 8 umfasst, und die durch ein entsprechendes Netzwerk von Zellenwänden getrennt sind. Das Substrat weist eine große Oberfläche entlang der Zellenwände auf. Die Zellenwände weisen einen Washcoat auf, der eine poröse keramische Matrix mit einer Oberfläche umfasst, die mit einer katalytisch aktiven Menge eines Metallkatalysators aus der Platingruppe beschichtet ist. Geeignete Metalle aus der Platingruppe umfassen Pt, Pd, Rh, Ru, Os oder Ir oder eine Kombination daraus. Von diesen sind Pt oder Pd oder Kombinationen daraus, einschließlich Legierungen daraus, besonders geeignet. Wenn die Abgasströmung 8 die Länge des DOC 20, insbesondere die Strömungskanäle und die mit dem Washcoat beschichteten Zellenwände durchquert, katalysiert der Metallkatalysator aus der Platingruppe die Oxidation von CO zu CO2 und katalysiert auch die Oxidation verschiedener Kohlenwasserstoffe (HC) einschließlich gasförmiger Kohlenwasserstoffe und flüssiger Kohlenwasserstoffteilchen, die unverbrannten/s Kraftstoff oder Öl oder Kraftstoff oder andere HC-Reduktionsmittel umfassen, die in das Abgasbehandlungssystem 10 eingebracht werden, um CO2 und H2O zu bilden und damit schädliche Emissionen zu reduzieren. In einer Konfiguration, während eines fortgeschrittenen Verbrennungsbetriebes des Motors, kann das Steuersystem 4 oder das ECM 6 verwendet werden, um eine Verbrennung zu bewirken, die ein höheres Niveau von HC in der Abgasströmung 8 zur Folge hat, als mit stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Gemischen während einer normalen Verbrennung erzeugt wird. Der DOC 20 ist ausgebildet, um die Zerlegung zumindest eines Teils der erhöhten Mengen HC zu katalysieren, um den HC zu reduzieren oder alternativ zu verhindern, dass der HC in der Abgasströmung den U-SCR-Katalysator 18 erreicht und diese Vorrichtung dadurch vergiftet, dass er dessen Fähigkeit, NOx zu katalysieren, reduziert, oder die Außenumgebung durch Abgabe aus dem Abgasbehandlungssystem 10 erreicht.
  • Der DOC 20 kann ausgebildet sein, um verschiedene gesetzlich geregelte Abgasbestandteile durch Oxidation in andere gesetzlich geregelte oder nicht geregelte Abgasbestandteile umzuwandeln. Zum Beispiel kann der DOC 20 ausgebildet sein, um Kohlenwasserstoffe (HC) in Kohlendioxid CO2 und Wasser (H2O) zu oxidieren, Kohlenmonoxid (CO) in Kohlendioxid (CO2) umzuwandeln, Schwefeldioxid (SO2) zu Schwefeltrioxid (SO3), und/oder Schwefelsäure (H2SO4) umzuwandeln und um Stickoxid (NO) in Stickstoffdioxid (NO2) umzuwandeln, oder sonst wie. Unten stehend sind beispielhafte Oxidationsreaktionen angeführt, die mit dem DOC 20 der vorliegenden Erfindung vorstellbar sind. HC + O2 = CO2 + H2O (1) CO + 1/2O2 = CO2 (2) 2SO2 + O2 = 2SO3 (3) SO3 + H2O = H2SO4 (4) NO + 1/2O2 = NO2 (5)
  • Es sollte einzusehen sein, dass der DOC 20 ausgebildet sein kann, um abhängig von den Reaktandenverbindungen und deren in der Abgasströmung 8 anzutreffenden Konzentrationen, der Temperatur des DOC 20 und den als Katalysator ausgewählten Metallen aus der Platingruppe, jede der oben angeführten Umwandlungen, Kombinationen aus den oben angeführten Umwandlungen oder sogar alle oben angeführten Umwandlungen durchführen kann. Es sind auch andere Oxidationen vorstellbar, z. B. eine Oxidation von Aldehyden, polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen oder sonstigen. Des Weiteren können die Reaktionen in dem DOC 20 verwendet werden, um den Geruch bestimmter Emissionskomponenten zu reduzieren.
  • Der DOC 20 ist innerhalb eines Gehäuses (nicht gezeigt) untergebracht, das ein Metallgehäuse wie z. B. eine Metalldose mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung oder anderweitiges umfasst und ausgebildet ist, um eine Stütze bereitzustellen und die Fluidströmung in den DOC zu leiten. Das Gehäuse kann jede beliebige geeignete Form oder Größe einschließlich eines zylindrischen Raumes umfassen. Der Raum kann außerdem Befestigungsmerkmale wie z. B. ein zylindrisches Einlassrohr, das in der Nähe einer Einlassöffnung angeordnet ist, und ein zylindrisches Auslassrohr, das in der Nähe einer Auslassöffnung des Raumes angeordnet ist, umfassen, um den DOC 20 fluidtechnisch mit einem Abgasrohr und/oder einer anderen Komponente des Abgasbehandlungssystems 10 zu koppeln. Es sollte einzusehen sein, dass der DOC 20 einschließlich des Gehäuses eine oder mehrere zusätzlich Komponenten umfassen kann, um den Betrieb des DOC 20 oder des Abgasbehandlungssystems 10 oder des Steuersystems 4 zu erleichtern, die verschiedene Gas- oder Temperatursensoren, Injektoren (Harnstoff- oder Kraftstoffinjektoren) oder anderweitiges umfassen kann/können, jedoch nicht darauf beschränkt ist/sind. Solche zusätzlichen Merkmale können besonders vorteilhaft zur Überwachung von Charakteristika des Abgases wie z. B. der Strömungsgeschwindigkeit von bestimmten Emissionskomponenten (z. B. Partikeln oder anderen) sein, die besonders vorteilhaft sein können, um die Notwendigkeit zu bestimmen, einen Regenerationsprozess des Vier-Wege-Katalysators 16 oder des U-SCR-Katalysators 18 einzuleiten.
  • In einer besonderen Ausführungsform ist der DOC 20 ausgebildet, um Stickoxid innerhalb der Abgasströmung 8 in Stickstoffdioxid zu oxidieren. Dies ist vorteilhaft, da diese Umwandlung die NOx-Umwandlung unterstützt, indem sie die Speicherung des Stickstoffdioxids und seine nachfolgende Reduktion in dem LNT 38 – Abschnitt des Vier-Wege-Katalysators 16 ermöglicht, da der LNT 38 ausgebildet ist, um Stickstoffdioxid aufzufangen und es danach zu Stickstoff zu reduzieren, wenn die richtigen Bedingungen für diese Reduktion innerhalb des Abgasbehandlungssystems 10 vorliegen, wobei die Bedingungen mithilfe des Steuersystems 4 einschließlich des ECM 6 beeinflusst werden können. Demzufolge ist die Anordnung des DOC 20 oberstromig von dem Vier-Wege-Katalysator 16 zwischen dem Motor und dem Vier-Wege-Katalysator 16 besonders vorteilhaft. Es ist auch besonders vorteilhaft, den DOC 20 in der Nähe des Motors, bevorzugt so nahe wie möglich am Motor, anzuordnen, um eine Betriebstemperatur im Inneren des DOC 20 von mindestens 356°F (180°C) und stärker bevorzugt im Bereich von etwa 482°F (250°C) bis etwa 842°F (450°C) aufrechtzuerhalten.
  • Wie oben erwähnt, unter Bezugnahme auf die 1–7, ist der Vier-Wege-Katalysator 16 unterstromig von dem Motor 2 (relativ weiter weg von dem Motor und weiter entlang des Abgasströmungspfades) und des DOC 20 (2–7), zwischen dem DOC 20 und dem U-SCR-Katalysator 18, angeordnet, und ist ausgebildet, um bestimmte Bestandteile der Abgasströmung 8 umzuwandeln, um gesetzlich nicht geregelte Nebenprodukte oder gesetzlich geregelte Bestandteile zu produzieren, die für eine weitere Behandlung in weiteren Komponenten des Abgasbehandlungssystems 10, wie hierin beschrieben, geeignet sind. Der Vier-Wege-Katalysator 16 umfasst einen LNT 38 und einen DPF 40. Der LNT 38 und der DPF 40 sind an einem keramischen Wandflussmonolith kombiniert. Unter Bezugnahme auf die 1–5 kann der Vier-Wege-Katalysator 18 einen einzigen keramischen Monolith umfassen. Alternativ, wie in den 6 und 7 gezeigt, kann der Vier-Wege-Katalysator 18 eine Vielzahl von keramischen Monolithen in einer parallelen Konfiguration umfassen, um etwa z. B. das Volumen von NOx zu erhöhen, das von dem Vier-Wege-Katalysator 16 aufgefangen und umgewandelt werden kann. Eine Vielzahl von keramischen Monolithen kann in einer entsprechenden Vielzahl von Gehäusen angeordnet sein, wie in 6 gezeigt, oder kann gemeinsam in einem einzigen Gehäuse angeordnet sein, wie in 7 veranschaulicht.
  • Allgemein ist der Vier-Wege-Katalysator 16 eine Wandflussvorrichtung, die aus keramischen Monolith oder Substrat mit einer wabenähnlichen Struktur besteht, die eine Vielzahl von allgemein parallelen, längs verlaufenden miteinander verbundenen Zellen umfasst, welche ein Netzwerk bereitstellen, das eine Vielzahl von Strömungskanälen zur Aufnahme der Abgasströmung 8 umfasst, und die durch ein entsprechendes Netzwerk von porösen Zellenwänden getrennt sind. Das Substrat weist eine große Oberfläche entlang der Zellenwände auf. Alternierende benachbarte Zellen weisen einen Einlass oder einen Auslass auf, der zugestopft ist, sodass eine alternierende Anordnung von Einlässen zugestopft ist, wobei die Einlässe von unmittelbar benachbarten Zellen offen sind, und eine altemierende Anordnung von Auslässen zugestopft ist, wobei die Auslässe von unmittelbar benachbarten Zellen offen sind. Die Struktur weist offene Poren in den Zellenwänden auf. Somit gelangt die Abgasströmung 8 in die Vielzahl von Einlässen und wird durch die porösen Zellenwände und in die benachbarten Auslasszellen hinein gezwungen, wo es dann aus der Vielzahl von nicht zugestopften Auslässen strömt. Die Poren lassen zu, dass die gasförmigen Bestandteile durch die Zellenwände hindurch gelangen, während die PM innerhalb der Poren eingefangen werden, um dadurch eine PM-Filterwirkung des DPF 40 bereitzustellen. Ein Washcoat ist auf dem keramischen Wandflussmonolith angeordnet, wobei der Washcoat einen Oxidationskatalysator, ein Adsorptionsmittel und einen Reduktionskatalysator aufweist, die auf einer keramischen Matrix angeordnet sind. Der Washcoat kann entlang der Zellenwände der Vielzahl von Einlassdurchgängen oder der Vielzahl von Auslassdurchgängen angeordnet sein oder beides. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Washcoat auf der Vielzahl von Auslassdurchgängen angeordnet. Der Washcoat umfasst eine poröse keramische Matrix mit einer Oberfläche, die mit einer katalytisch aktiven Menge eines Oxidationskatalysators, eines Adsorptionsmittels und eines Reduktionskatalysators beschichtet ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Oxidationskatalysator Pt oder Pd umfassen; das Adsorptionsmittel kann ein Oxid oder eine andere Verbindung von Ba, Ca, Sr, Mg, K, Na, Li, Cs, La oder Y oder eine Kombination daraus umfassen; und der Reduktionskatalysator kann Rh umfassen. Der keramische Wandflussmonolith kann aus einer beliebigen geeigneten Keramik einschließlich Cordierit oder Aluminiumoxid oder dergleichen bestehen. Die Verwendung des Vier-Wege-Katalysators 16 ist vorteilhaft wegen der erzielten Platzreduktion gegenüber der Verwendung eines getrennten LNT und DPF wie auch der Reduktion in der Anzahl einzelner Abgaskomponenten.
  • Das Adsorptionsmittel ist das NOx-Speichermaterial des LNT 38. Das Adsorptionsmittel ist auf dem Washcoat angeordnet und kann sich auch in die Zellenwände hinein erstrecken. Unter Bedingungen, die magerer sind als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis und als magerer Zustand bezeichnet werden, wird NOx an dem Oxidationskatalysator oxidiert und durch Adsorption an dem Adsorptionsmittel, hauptsächlich in der Form eines Nitrats, gespeichert. Während magerer Verbrennungsbedingungen oxidieren auch aktiver Sauerstoff, der in den NOx-Speicherprozess ausgetragen wird, und überschüssiger Sauerstoff im Abgas kontinuierlich die PM. Dann, wenn das Steuersystem 4, entweder durch Steuern der Verbrennung in dem Motor 2 oder durch direkte Dosierung oder Einspritzung von HC-Reduktionsmittel in das Abgasbehandlungssystem 10 mithilfe der HC-Dosiervorrichtung 24, für Bedingungen in dem Abgasbehandlungssystem 10 sorgt, die fetter als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis sind, was als fetter Zustand bezeichnet wird, wird NOx aus dem NOx-Speichermaterial ausgetragen. NO wird mit dem HC und CO im Abgas zu Stickstoff reduziert, während die PM in dem DPF 40 mit dem so erzeugten Sauerstoff aktiven weiter oxidiert werden. Während der Vier-Wege-Katalysator 16 einschließlich des LNT 38 und des DPF 40 ausgebildet ist, um eine Adsorption von NOx (LNT 38) und Abscheidung von PM (DPF 40) über den gesamten Betriebstemperaturbereich des Abgasbehandlungssystems 10 und des Motors 2 bereitzustellen, der typische Fahrzeugaufbewahrungs/Start-Umgebungstemperaturen von etwa –40°F (etwa –40°C) bis etwa 120°F (etwa 49°C) bis zu Betriebstemperaturen von bis zu etwa 1292°F (etwa 700°C) umfasst. Allgemein beginnt die katalytische Zerlegung von NOx in dem LNT 38 des Vier-Wege-Katalysators 16 bei einer Betriebstemperatur von 356°F (180°C) stattzufinden, wobei eine stärker bevorzugte Temperatur für die NOx-Zerlegung in einem Vier-Wege-Katalysator 16 mindestens etwa 392°F (200°C) beträgt und ein noch stärker bevorzugter Betriebstemperaturbereich des Vier-Wege-Katalysators zwischen etwa 482°F (250°C) und etwa 842°F (450°C) liegt. Der DPF 40 des Vier-Wege-Katalysators 16 filtert den Ruß über den gesamten Betriebstemperaturbereich des Motors 2, der typische Fahrzeugaufbewahrungs/Start-Umgebungstemperaturen von etwa –40°F (etwa –40°C) bis etwa 120°F (etwa 49°C) bis zu Betriebstemperaturen von bis zu etwa 1292°F (etwa 700°C) umfasst. Die passive Regeneration des DPF 40 und Oxidation der Rußpartikel findet in der Gegenwart von NOx über den Temperaturbereich zwischen etwa 482°F (250°C) und etwa 842°F (450°C) statt, wohingegen die aktive Regeneration und Oxidation der Rußpartikel in der Gegenwart von O2 bei Temperaturen von etwa 500°C oder mehr und stärker bevorzugt über den Temperaturbereich zwischen etwa 1112°F (600°C) und etwa 1202°F (650°C) stattfindet.
  • NOx-Adsorbersysteme wie z. B. ein LNT 38 sind von einem herkömmlichen Drei-Wege-Katalysator abgeleitet, der zusätzlich ein NOx-Sorptionsmittel umfasst. Die Speicherkomponenten in NOx-Adsorbern umfassen Erdalkalielemente und Alkalimetalle einschließlich Ba, Ca, Sr, Mg, K, Na, Li, Cs, La oder Y oder Kombinationen daraus, allgemein als Oxide oder andere Verbindungen dieser Elemente. Der Gesamtzyklus des NOx-Adsorberbetriebes kann durch die folgenden fünf Schritte beschrieben werden:
    Der erste Schritt ist die Stickstoffmonoxidoxidation zu Stickstoffdioxid: NO + ½O2 = NO2 (6)
  • Der zweite Schritt ist die Adsorption der Stickoxide (NO2 oder NO): BaO + NO2 + ½O2 = Ba(NO3) (7)
  • Die Umwandlung schreitet mit der Reduktionsmittelentwicklung voran. Sobald die Abgasströmung 8 in den fetten Zustand geschaltet wurde, wird der Sauerstoffüberschuss durch reduzierende Spezies ersetzt, die Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Wasserstoff umfassen. Der dritte und der vierte Schritt sind die NOx-Freisetzung von den Nitrit- oder Nitratstellen: Ba(NO3)2 = BaO + 2NO + 1½O2 (8) Ba(NO3)2 = BaO + 2NO2 + ½O2 (9)
  • Der fünfte Schritt ist die NOx-Reduktion zu Stickstoff, wobei einer der möglichen Reduktionswege lautet: NO + CO = ½N2 + CO2 (10)
  • Während des Betriebes unter fetten Bedingungen produziert der Vier-Wege-Katalysator 16 vorteilhafterweise auch Ammoniak. Einige der möglichen Reaktionsschritte umfassen: CH4 + 1/2O2 → CO + 2H2 (11) CO + H2O → CO2 + H2 (12) NO + (5/2)H2 → NH3 + H2O (13)
  • Wie in den 4 und 5 gezeigt, umfasst das Abgasbehandlungssystem 10 auch einen zweiten Stickoxidspeicherkatalysator (LNT) 42, um die NOx-Adsorptionskapazität des Systems zu erhöhen. Der zweite LNT 42 umfasst einen Washcoat, der auf einem keramischen oder Metall-Durchflussmonolith wie z. B. dem oben für den DOC 20 beschriebenen Monolith angeordnet ist. Der Durchflussmonolith umfasst einen Washcoat, der auf dem keramischen Durchflussmonolith angeordnet ist. Der Washcoat umfasst einen Oxidationskatalysator, ein Adsorptionsmittel und einen Reduktionskatalysator, die auf einer keramischen Matrix angeordnet sind. Der Washcoat kann entlang der Zellenwände der Vielzahl von Durchgängen angeordnet sein, die sich durch den Monolith hindurch erstrecken. Der Washcoat umfasst eine poröse keramische Matrix mit einer Oberfläche, die mit einer katalytisch aktiven Menge eines Oxidationskatalysators, eines Adsorptionsmittels und eines Reduktionskatalysators beschichtet ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Oxidationskatalysator Pt oder Pd umfassen; das Adsorptionsmittel kann ein Oxid oder eine andere Verbindung von Ba, Ca, Sr, Mg, K, Na, Li, Cs, La oder Y umfassen; und der Reduktionskatalysator kann Rh umfassen. Ein keramischer Wandflussmonolith kann aus einer beliebigen geeigneten Hochtemperaturkeramik einschließlich Aluminiumoxid oder Cordierit oder dergleichen bestehen. Der Durchflussmonolith des zweiten LNT 42 kann angeordnet sein, um die Abgasströmung 8 erfindungsgemäß vor (5) oder nicht erfindungsgemäß nach (4) dem Wandflussmonolith des Vier-Wege-Katalysators 16 aufzunehmen. In der beispielhaften Ausführungsform von 4 ist der Durchflussmonolith des zweiten LNT 42 angeordnet, um die Abgasströmung 8 nach dem Wandflussmonolith des Vier-Wege-Katalysators 16 aufzunehmen.
  • Unter neuerlicher Bezugnahme auf die 1–7 umfasst das Abgasbehandlungssystem 10 auch einen U-SCR-Katalysator 18 in fluidtechnischer Verbindung mit dem Vier-Wege-Katalysator 16 zur Aufnahme der Abgasströmung 8 daraus. Die U-SCR-Vorrichtung 18 ist ausgebildet, um NOx in der Abgasströmung 8 in Stickstoff und Wasser umzuwandeln. Ähnlich dem DOC 20 und dem zweiten LNT 42 umfasst der U-SCR-Katalysator 18 einen keramischen Durchflussmonolith wie z. B. eine wabenähnliche Struktur oder -substrat oder Anderweitiges. Der U-SCR-Katalysator 18 umfasst ein/en mit keramischen/s Monolith oder Substrat mit einer wabenähnlichen Struktur, die eine Vielzahl von allgemein parallelen, längs verlaufenden, miteinander verbundenen Zellen umfasst, welche ein Netzwerk bereitstellen, das eine Vielzahl von Strömungskanälen für die Abgasströmung umfasst, die durch ein entsprechendes Netzwerk von Zellenwänden getrennt sind. Das Substrat weist eine große Oberfläche entlang der Zellenwände auf. Die Zellenwände weisen einen Washcoat auf, der eine poröse keramische Matrix mit einer Oberfläche umfasst, die mit einer katalytisch aktiven Menge eines Nichtedelmetall-Katalysators, d. h. einer Menge, die ausreicht, um die gewünschten chemischen Reaktionen zu katalysieren, beschichtet ist. Geeignete Nichtedelmetall-Katalysatoren umfassen Kupfer (Cu) oder Eisen (Fe) oder Kombinationen daraus einschließlich Legierungen und Verbindungen daraus. Die keramische Matrix kann jede beliebige geeignete poröse Keramik umfassen. Geeignete poröse Keramiken umfassen verschiedene Zeolithe wie z. B. solche, die Aluminiumoxid umfassen einschließlich verschiedener Aluminiumsilikate. Die Verwendung eines Nichtedelmetall-Katalysators erlaubt die Umwandlung der Stickoxide ohne die Verwendung von Edelmetallen. Der U-SCR-Katalysator 18 verwendet Ammoniak, um NOx zu reduzieren. Zum Beispiel ist in einer beispielhaften Ausführungsform eine Dosiervorrichtung 22 wie z. B. eine Harnstoffdosiervorrichtung 28 oberstromig von dem U-SCR-Katalysator 18 vorgesehen, um Harnstoff in den Abgasströmungs 8 -strom einzuleiten, wie. z. B. durch die Einleitung einer Harnstofflösung. Der Harnstoff wird eine ausreichende Distanz oberstromig von dem U-SCR-Katalysator 18 eingeleitet, um zuzulassen, dass der Harnstoff in der Abgasströmung 8 zerlegt wird, um Ammoniak zu erzeugen, bevor sie in den U-SCR-Katalysator 18 eintritt. In einer vorteilhaften Konfiguration wird Ammoniak auch innerhalb des Vier-Wege-Katalysators 16 gebildet und bewegt sich unterstromig zu dem U-SCR-Katalysator 18. In dieser Ausführungsform werden auf Grund des in dem Vier-Wege-Katalysator 16 erzeugten Ammoniaks reduzierte Harnstoffmengen benötigt. Nachfolgend sind beispielhafte chemische Umwandlungsreaktionen angeführt, die mit dem U-SCR-Katalysator 18 vorstellbar sind:
  • Harnstoffzerlegung:
    • CO(NH2)2 + H2O → 2NH3 + CO2 (14)
  • NOx-Reduktionsreaktionen im U-SCR-Katalysator 18:
    • 6NO + 4NH3 → 5N2 + 6H2O (15)
    • 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (16)
    • 6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O (17)
    • 2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O (18)
    • NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O (19)
  • Es sollte einzusehen sein, dass der U-SCR-Katalysator 18 ausgebildet sein kann, um jede beliebige der oben angeführten Umwandlungen oder Kombinationen aus den oben angeführten Umwandlungen einschließlich aller oben angeführten Umwandlungen durchzuführen. Der U-SCR-Katalysator 18 beginnt bei einer Betriebstemperatur von etwa 356°F (180°C), wie oben beschrieben, zu funktionieren, und kann stärker bevorzugt im Bereich von etwa 482°F (250°C) bis etwa 1022°F (550°C) betrieben werden.
  • Der U-SCR-Katalysator 18 ist innerhalb eines Gehäuses wie z. B. einer Metalldose untergebracht, das ausgebildet ist, um eine Stütze bereitzustellen und die Abgasströmung 8 in den U-SCR-Katalysator 18, durch ihn hindurch und hinaus zu leiten. Das Gehäuse kann jede beliebige geeignete Form oder Größe einschließlich einer zylindrischen Form umfassen. Das Gehäuse kann auch Befestigungsmerkmale umfassen, die in der Nähe einer Einlassöffnung angeordnet sind, wie z. B. ein Einlassrohr, und eine Auslassöffnung, z. B. Auslassrohr, um den U-SCR-Katalysator 18 fluidtechnisch mit einem Abgasrohr und/oder einer anderen Komponente des Abgasbehandlungssystems 10 zu koppeln. Es sollte einzusehen sein, dass der U-SCR-Katalysator 18 einschließlich des Gehäuses eine oder mehrere zusätzliche Komponenten umfassen kann, um den Betrieb des Abgasbehandlungssystems 10 zu erleichtern, die verschiedene Sensoren, Dosiervorrichtungen (Harnstoff- oder Kraftstoffinjektoren) oder anderweitiges umfassen kann/können, jedoch nicht darauf beschränkt ist/sind. Solche zusätzlichen Merkmale können besonders vorteilhaft zur Überwachung von Charakteristika des Abgases wie z. B. der Mengen oder Strömungsgeschwindigkeit von bestimmten Emissionsbestandteilen sein, die besonders vorteilhaft für das Steuern des Abgasbehandlungssystems 10 sind, einschließlich der Regeneration des U-SCR-Katalysators 18.
  • Die Fähigkeit, Ammoniak durch den Vier-Wege-Katalysator 16 zu erzeugen, um ihn in dem U-SCR-Katalysator 18 zu verwenden, ist ein besonders vorteilhafter Aspekt des Abgasbehandlungssystems 10. Ein weiterer vorteilhafter Aspekt des Abgasbehandlungssystems 10 ist die Fähigkeit des Vier-Wege-Katalysators 16, Wärme zu erzeugen, die auf den U-SCR-Katalysator 18 übertragen wird. Demzufolge besitzen die hierin veranschaulichten Konfigurationen die Fähigkeit, die Abgasströmung 8, die in den U-SCR-Katalysator 18 eintritt, auf eine Temperatur zu erwärmen, die höher ist als die Temperatur des Abgases, das in den Vier-Wege-Katalysator 16 eintritt. Das Hinzufügen von Wärme zu dem U-SCR-Katalysator 18 verbessert seinen Umwandlungswirkungsgrad. Somit stellt die Anordnung des Vier-Wege-Katalysators 16 oberstromig von dem U-SCR-Katalysator 18 eine effizientere Konfiguration des Abgasbehandlungssystems 10 bereit.
  • Die in den 1–7 gezeigten Konfigurationen sehen die Fähigkeit vor, das Abgasbehandlungssystem 10 abzustimmen, um einen besonderen NOx-Umwandlungswirkungsgrad zu erzielen. Dies kann durch die Verwendung von NOx-Sensoren, Temperatursensoren, Kalibriersoftware, Steueralgorithmen und eines Controllers wie z. B. des ECM 6 oder des Steuersystems 4 oder einer Kombination aus diesen, zusammen mit der periodischen und selektiven Verwendung des Abgasbehandlungssystems 10 mit dem DOC 20, dem Vier-Wege-Katalysator 16 oder dem U-SCR 18 oder einer Kombination aus diesen erreicht werden, um einen NOx-Umwandlungswirkungsgrad von 90 Volumenprozent des Abgases und mehr zu erreichen. Wenn z. B. ein Stickoxidumwandlungs/reduktions(z. B. von NOx zu N2)-Wirkungsgrad von etwa 50% bis 75% erwünscht ist, kann der LNT 38 verwendet werden, um diesen Wirkungsgrad zu erreichen, wobei jeglicher durch die Umwandlung produzierter Ammoniak (NH3) von dem unterstromig von dem LNT 38 angeordneten U-SCR-Katalysator 18 für eine weitere NOx-Umwandlung verwendet werden kann. In einem weiteren Beispiel, wenn eine höhere NOx-Reduktion (z. B. etwa 90% oder mehr) erwünscht ist, können der DOC 20 und der LNT 38 verwendet werden, um Stickoxide zu etwa 50% bis 75% umzuwandeln/zu reduzieren, und ein Harnstoffinjektor kann verwendet werden, um den Rest der NOx durch den U-SCR-Katalysator 18 umzwandeln/zu reduzieren. Dieser höhere Umwandlungsprozentsatz von NOx durch die Verwendung des U-SCR-Katalysators 18 ist besonders vorteilhaft über die Lebensdauer des Abgasbehandlungssystems 10, um den zerstörerischen Einflüssen von Schwefelregenerationen auf den Vier-Wege-Katalysator und der Reduktion in seinem Umwandlungswirkungsgrad entgegenzuwirken.
  • Das Abgasbehandlungssystem 10 und der Controller wie z. B. das ECM 6, das Steuersystem 4 oder eine Kombination aus diesen können in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Controller ausgebildet, um in einem ersten Modus zu arbeiten, um den Verbrauch von Harnstoff oder Ammoniak oder einer Kombination aus diesen zu minimieren und die NOx-Umwandlung im U-SCR-Katalysator 18 zu minimieren. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Controller ausgebildet, um in einem zweiten Modus zu arbeiten, um den Verbrauch eines Kohlenwasserstoff-, CO- oder H2-Materials oder einer Kombination daraus zu minimieren und die NOx-Umwandlung im Vier-Wege-Katalysator 16 zu minimieren. Diese Modi können implementiert sein, um den Verbrauch des Kohlenwasserstoff-, CO- oder H2-Materials zu minimieren oder den Verbrauch von Harnstoff oder Ammoniak oder einer Kombination daraus zu minimieren.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Abgasbehandlungssystem 10 derart ausgebildet, dass die Abgasströmung 8 aus dem Motor 2 einen ersten Volumenanteil NOx (NOx1) aufweist und die aus dem U-SCR-Katalysator 18 austretende Abgasströmung einen zweiten Volumenanteil von NOx (NOx2) aufweist, wobei NOx2 ≤ 0,1NOx1 ist. Anders ausgedrückt ist das System für einen Umwandlungswirkungsgrad von NOx von mindestens 90% ausgebildet. In einer Konfiguration, die den Vier-Wege-Katalysator 16 und eine periodische und selektive Einspritzung eines Kohlenwasserstoff-, CO- oder H2-Materials oder einer Kombination daraus in die Abgasströmung 8 oberstromig des Vier-Wege-Katalysators 16 verwendet, stellt der Vier-Wege-Katalysator 16 eine Volumenanteilreduktion von NOx1, ausgedrückt als dritter Volumenanteil von NOx1 (NOx3), in der aus dem Vier-Wege-Katalysator 16 austretenden Abgasströmung bereit, wobei 0,10NOx1 ≤ NOx3 ≤ 0,70NOx1 ist.
  • In einer weiteren Konfiguration, die einen U-SCR-Katalysator 18 und eine periodische und selektive Einspritzung von Harnstoff oder Ammoniak oder einer Kombination daraus in die Abgasströmung 8 oberstromig des U-SCR-Katalysators 18 verwendet, stellt der U-SCR-Katalysator 18 eine Volumenanteilreduktion von NOx1, ausgedrückt als vierter Volumenanteil von NOx1 (NOx4), in der aus dem U-SCR-Katalysator 18 austretenden Abgasströmung bereit, wobei 0,05NOx1 ≤ NOx4 ≤ 0,60NOx1 ist.
  • Das Abgasbehandlungssystem 10 umfasst ferner ein ECM 6 und ein Steuersystem 4 zum Steuern der Funktion einer oder mehrerer Komponenten des Abgasbehandlungssystems 10. Dieses kann wenigstens eine Regeneration einer oder mehrerer Komponenten des Abgasbehandlungssystems 10 umfassen. Demzufolge wird in Erwägung gezogen, dass der Controller mit einem oder mehreren Sensoren wie Temperatursensoren, Partikelsensoren, Sauerstoffsensoren oder anderen kommunizieren kann, um den Zustand des Abgasbehandlungssystems 10 zu überwachen. Diese Sensoren können vor, nach, oder sowohl vor als auch nach jeder der Komponenten des Abgasbehandlungssystems 10, z. B. dem DOC 20, dem Vier-Wege-Katalysator 16, dem U-SCR-Katalysator 18 oder sonstigen angeordnet sein. Des Weiteren kann der Controller mit einer oder mehreren Wärmequellen kommunizieren, die geeignet ist/sind, um eine Regeneration der Komponenten des Abgasbehandlungssystems 10 zu bewirken.
  • Es wird auch in Erwägung gezogen, dass der Controller verwendet werden kann, um ein spezifisches NOx-Reduktions/Umwandlungsziel zu erreichen, das innerhalb der Reduktions/Umwandlungsfähigkeitsgrenzen des Systems 10 liegt. Zum Beispiel kann auf der Basis einer angeordneten Emissionsauflage das Emissionsziel, z. B. die NOx-Umwandlungsauflage fix sein, z. B. 80% betragen. Das Steuersystem 4 mit dem ECM 6 kann NOx1 mithilfe des ersten NOx-Sensors 32 und NOx2 mithilfe eines Abgassensors 34, z. B. eines zweiten NOx-Sensors bestimmen, um die aktuelle NOx-Reduktion zu bestimmen. Wenn der Wert von NOx2 eine ausreichende Reduktion wiedergibt, ist keine Aktivität notwendig. Wenn er dies nicht tut, kann das Steuersystem 4 verwendet werden, um periodisch Harnstoff durch den Harnstoffinjektor oder HC durch den HC-Injektor einzuspritzen, um den Zielwert von NOx2 zu erreichen. Wie oben angeführt, kann die Wahl des Reduktionsmittels, Harnstoff oder HC, z. B. auf einem Abstimmungs- oder Steuermodus basieren, der geeignet ist, den Gebrauch einer oder der anderen dieser Komponenten zu minimieren. Das Steuersystem 4 kann die Wahl auch auf der erforderlichen Regeneration des Vier-Wege-Katalysators 16 oder des U-SCR-Katalysators 18 begründen, wobei die Wahl einer Vorrichtung und ihres zugehörigen Reduktionsmittels bevorzugt wird, während die andere einer Regeneration unterzogen wird.
  • Die vorliegende Erfindung bietet die folgenden Merkmale und Vorteile. Erstens werden Ausführungsformen, die einen DOC 20 umfassen, NO zu NO2 oxidieren, was die NOx-Speicherung und -Reduktion unter Verwendung des LNT verbessern wird und den Gesamt-NOx-Umwandlungswirkungsgrad des Systems erhöht. Zweitens wird die hierin beschriebene fortgeschrittene Verbrennung, entweder infolge einer Steuerung des Verbrennungsprozesses, um hohe Motoraustritts-HC-Niveaus zu produzieren, oder infolge einer direkten Einspritzung eines Kohlenwasserstoffes, CO oder H2 oder einer Kombination daraus in die Abgasströmung 8, hohe HC-Niveaus verwenden. Die hohen HC-Niveaus können in dem LNT 38 wirkungsvoll oxidiert werden und die Ausführungsformen, die einen DOC 20 in der Kombination aus dem DOC 20 und einem LNT 38 umfassen können, eine Kohlenwasserstoff-Vergiftung des U-SCR-Katalysators 18 und Auspuff-HC-Emissionen minimieren. Drittens kann mit diesem System ein abstimmbarer NOx-Umwandlungswirkungsgrad erzielt werden. Wenn z. B. ein NOx-Umwandlungswirkungsgrad von ~50–75% erwünscht ist, kann der LNT 38 zur NOx-Reduktion verwendet werden. Jegliches NH3, das in diesem Prozess gebildet wird, wird von dem U-SCR-Katalysator 18 unterstromig verwendet, um NOx weiter zu reduzieren und den Umwandlungswirkungsgrad des Systems 10 zu verbessern. Viertens, wenn ein höherer (z. B. mehr als etwa 50 bis etwa 75%) NOx-Umwandlungswirkungsgrad erwünscht ist, kann die begrenzte Fähigkeit des kombinierten DOC 20/LNT 38 verwendet werden, um eine zusätzliche NOx-Reduktion von ~10–15% NOx zu erzielen, und jede zusätzlich NOx-Umwandlung, die benötigt wird, kann mithilfe des U-SCR-Katalysators 18 durch Einspritzen von Harnstoff erzielt werden. Fünftens kann mithilfe dieses Ansatzes ein Betriebsmodus des Abgasbehandlungssystems, der danach trachtet, die NOx-Umwandlung des LNT 38 (und des DOC 20 in Ausführungsformen, in denen er verwendet wird) zu maximieren, verwendet werden, um den Harnstoffverbrauch zu reduzieren und im Spezielleren den Verbrauch von Harnstoff zu minimieren und dadurch die Intervalle des Harnstoffauffüllens minimieren. Sechstens, selbst bei einem Betrieb wie oben beschrieben unter Verwendung eines Modus, in dem der LNT 38 für einen Großteil der NOx-Umwandlung oder sogar den größten Teil der NOx-Umwandlung verwendet wird, kann die Haltbarkeit des LNT 38 verbessert werden, da das System periodisch und automatisch umgeschaltet werden kann, um das Angewiesensein auf den LNT 38 durch die Verwendung des U-SCR-Katalysators 18 zu reduzieren, um die NOx-Umwandlungslast auszugleichen, sodass der LNT 38 nicht die ganze Zeit verwendet wird oder nicht bei seinem höchsten NOx-Umwandlungswirkungsgrad arbeiten muss. Das Ausgleichen der NOx-Umwandlungslast zwischen dem LNT 38 und dem U-SCR-Katalysator 18 kann auch verwendet werden, um die für den LNT 38 erforderlichen Schwefelregenerationszyklen zu reduzieren. Siebtens kann mit dem unterstromig des LNT angeordneten U-SCR-Katalysator 18 eine NOx-Reduktion bei niedrigen Abgastemperaturen mithilfe des LNT 38 erzielt werden, und in Ausführungsformen, die einen DOC 20 verwenden, können sowohl der DOC 20 als auch der LNT 38 zu der Oxidation von NO zu NO2 beitragen, wenn der U-SCR-Katalysator 18 die primäre NOx-Reduktion bereitstellt. Achtens werden während der Regeneration des DPF 40 und Oxidation von eingefangenem Ruß die Abgastemperaturen zu hoch für einen effektiven Betrieb des LNT 38 sein, aber eine NOx-Reduktion über eine Harnstoffeinspritzung ist weiterhin möglich, wodurch Verbesserungen der NOx-Steuerung während des Regenerationszyklus des DPF 40 zugelassen sind. Neuntens kann unter hohen Motordrehzahl- und -lastbedingungen die hohe Temperatur der Abgasströmung 8 mit den zugehörigen hohen Niveaus an NOx die Kapazität des LNT 38 (oder des DOC 20 und des LNT 38) überschreiten, um den gewünschten NOx-Umwandlungswirkungsgrad zu erzielen. Unter solchen Bedingungen werden ein/e hohe/r NOx-Umwandlungswirkungsgrad und -Steuerung mithilfe des U-SCR-Katalysators 18 und der Harnstoffeinspritzung weiterhin möglich sein.

Claims (16)

  1. Abgasbehandlungssystem für einen Dieselmotor (2), welches umfasst: einen Vier-Wege-Katalysator (16) in fluidtechnischer Verbindung mit dem Dieselmotor (2) zur Aufnahme einer Abgasströmung daraus, wobei der Vier-Wege-Katalysator (16) einen Stickoxidspeicherkatalysator (lean nitrogen oxides (NOx) trap, 38) und einen Dieselpartikelfilter (DPF, 40) umfasst; und einen Harnstoff verwendenden Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (U-SCR-Katalysator, von urea selective catalytic reduction, 18) in fluidtechnischer Verbindung mit dem Vier-Wege-Katalysator (16) zur Aufnahme der Abgasströmung daraus, dadurch gekennzeichnet, dass der Vier-Wege-Katalysator (16) einen keramischen Wandflussmonolith umfasst, wobei der Stickoxidspeicherkatalysator (38) einen Washcoat umfasst, der an dem keramischen Wandflussmonolith angeordnet ist, wobei der Washcoat einen Oxidationskatalysator, ein Adsorptionsmittel und einen Reduktionskatalysator umfasst, die auf einer keramischen Matrix angeordnet sind, und ein zweiter Stickoxidspeicherkatalysator (42) stromaufwärts des Stickoxidspeicherkatalysators (38) vorgesehen ist, der einen Washcoat umfasst, der auf einem keramischen oder Metall-Durchflussmonolith angeordnet ist.
  2. Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, welches ferner einen Diesel-Oxidationskatalysator (DOC von diesel oxidation catalyst, 20) umfasst, der zwischen dem Motor (2) und dem Vier-Wege-Katalysator (16) angeordnet ist, um eine Abgasströmung aus dem Motor (2) aufzunehmen und sie zu dem Vier-Wege-Katalysator (16) zu transportieren.
  3. Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, welches ferner eine erste Einspritzvorrichtung (24) umfasst, die ausgebildet ist, um Kohlenwasserstoff-, CO- oder H2-Material oder eine Kombination daraus in die Abgasströmung zwischen dem Motor (2) und dem Vier-Wege-Katalysator (16) einzuspritzen.
  4. Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 3, welches ferner eine zweite Einspritzvorrichtung (28) umfasst, die ausgebildet ist, um Harnstoff oder Ammoniak oder eine Kombination daraus in die Abgasströmung zwischen dem Vier-Wege-Katalysator (16) und dem U-SCR-Katalysator (18) einzuspritzen.
  5. Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei der Oxidationskatalysator Pt oder Pd umfasst; das Adsorptionsmittel ein Oxid oder eine andere Verbindung von Ba, Ca, Sr, Mg, K, Na, Li, Cs, La oder Y umfasst; der Reduktionskatalysator Rh umfasst, und die keramische Matrix Aluminiumoxid umfasst.
  6. Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei der Durchflussmonolith angeordnet ist, um die Abgasströmung vor oder nach dem Wandflussmonolith aufzunehmen.
  7. Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei der Durchflussmonolith und der Wandflussmonolith in einem einzigen Gehäuse angeordnet sind.
  8. Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei der Vier-Wege-Katalysator (16) eine Vielzahl von keramischen Wandflussmonolithen umfasst.
  9. Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei die Abgasströmung aus dem Motor (2) einen ersten Volumenanteil an NOx (NOx1) aufweist, und die aus dem U-SCR-Katalysator (18) austretende Abgasströmung einen zweiten Volumenanteil von NOx (NOx2) umfasst, und wobei NOx2 ≤ 0,1NOx1 ist.
  10. Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei der Vier-Wege-Katalysator (16) und der U-SCR-Katalysator (18) gemeinsam in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind.
  11. Verfahren zur Verwendung eines Abgasbehandlungssystems (10) für einen Dieselmotor (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abgasbehandlungssystems (10) eine erste Einspritzvorrichtung (24) aufweist, die periodisch und selektiv ein Kohlenwasserstoff-, CO- oder H2-Material oder eine Kombination daraus in die Abgasströmung zwischen den beiden Stickoxidspeicherkatalysatoren (38, 42) und dem Motor (2) einspritzt; wobei das Abgasbehandlungssystem (10) eine zweite Einspritzvorrichtung (28) aufweist, die selektiv Harnstoff oder Ammoniak oder eine Kombination daraus in die Abgasströmung zwischen dem stromabwärtigen Stickoxidspeicherkatalysator (38) und dem U-SCR-Katalysator (18) einspritzt; und wobei das Abgasbehandlungssystem (10) einen Controller (6) aufweist, der den Betrieb des Motors (2) und die periodische und selektive Einspritzung des Kohlenwasserstoff-, CO- oder H2-Materials oder einer Kombination daraus und die periodische und selektive Einspritzung von Harnstoff oder Ammoniak oder einer Kombination daraus steuert und die Menge an NOx in der Abgasströmung bestimmt, wobei das Verfahren umfasst, dass: der Motor (2) betrieben wird, um die Abgasströmung zu erzeugen, und periodisch und selektiv mithilfe des Controllers (6) zumindest eines von dem Kohlenwasserstoff-, CO- oder H2-Material oder einer Kombination daraus, oder dem Harnstoff oder Ammoniak oder einer Kombination daraus in die Abgasströmung eingespritzt wird, wobei die Abgasströmung aus dem Motor (2) einen ersten Volumenanteil an NOx (NOx1) aufweist, und die aus dem U-SCR-Katalysator austretende Abgasströmung einen vorbestimmten zweiten Volumenanteil von NOx (NOx2) umfasst, der kleiner ist als NOx1.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das periodische und selektive Einspritzen umfasst, dass das Kohlenwasserstoff-, CO- oder H2-Material oder eine Kombination daraus in die Abgasströmung eingespritzt wird, und wobei der Vier-Wege-Katalysator (16) eine Volumenanteilreduktion von NOx1, ausgedrückt als dritter Volumenanteil von NOx1 (NOx3), in der aus dem Vier-Wege-Katalysator (16) austretenden Abgasströmung bereitstellt, wobei 0,10NOx1 ≤ NOx3 ≤ 0,70NOx1 ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das periodische und selektive Einspritzen umfasst, dass der Harnstoff oder Ammoniak oder eine Kombination daraus in die Abgasströmung eingespritzt wird, und wobei der U-SCR-Katalysator (18) eine Volumenanteilreduktion von NOx1, ausgedrückt als vierter Volumenanteil von NOx1 (NOx4), in der aus dem U-SCR-Katalysator (18) austretenden Abgasströmung bereitstellt, wobei 0,05NOx1 ≤ NOx4 ≤ 0,60NOx1 ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Controller (6) ausgebildet ist, um die Abgasströmung aus dem Motor (2), die erste Einspritzvorrichtung (24) oder die zweite Einspritzvorrichtung (28) oder eine Kombination daraus zu steuern, um einen vorbestimmten zweiten Volumenanteil von NOx2 ≤ 0,10NOx1 zu produzieren.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Controller (6) ausgebildet ist, um in einem ersten Modus zu arbeiten, um den Verbrauch von Harnstoff oder Ammoniak oder einer Kombination daraus zu minimieren und NOx3 zu minimieren.
  16. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Controller (6) ausgebildet ist, um in einem zweiten Modus zu arbeiten, um den Verbrauch von Kohlenwasserstoff-, CO- oder H2-Material oder einer Kombination daraus zu minimieren und NOx4 zu minimieren.
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