DE102010025893A1 - Verfahren zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine, Abgasnachbehandlungsvorrichtung sowie Kraftwagen - Google Patents

Verfahren zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine, Abgasnachbehandlungsvorrichtung sowie Kraftwagen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine (10), insbesondere zum Verringern des Anteils von Stickoxid im Abgasstrom eines Dieselmotors, mit den Schritten – katalytisches Oxidieren wenigstens einer in einem Abgasstrom vorhandenen Kohlenstoffverbindung (CO, CmHn) und katalytisches Bilden von Ammoniak aus Bestandteilen des Abgasstroms (NOx, H2) in einem ersten Bauteil (14); – Filtern von im Abgasstrom vorhandenen Partikeln und Speichern des katalytisch gebildeten Ammoniaks in einem zweiten Bauteil (16); – Reduzieren wenigstens einer im Abgasstrom vorhandenen Stickoxidverbindung (NO, NO2, NOx) im zweiten Bauteil (16) unter Einsatz des gespeicherten Ammoniaks als Reduktionsmittel. Die Erfindung betrifft auch eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung sowie einen Kraftwagen mit einer solchen Abgasnachbehandlungsvorrichtung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung bezüglich einer Brennkraftmaschine. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine sowie einen Kraftwagen mit einer solchen Abgasnachbehandlungsvorrichtung.
  • Das Abgas von Dieselmotoren enthält eine Vielzahl unerwünschter Komponenten, deren Konzentration in der Regel über eine Kombination von Filtern und Katalysatoren im Abgasstrang reduziert wird. Solche unerwünschten Abgasbestandteile sind vor allem unverbrannte Kohlenwasserstoffe (CmHn; m = 1, 2, 3, ...; n = 1, 2, 3, ...), Kohlenmonoxid (CO), Ruß-/Kohlenstoffpartikel und Stickoxide (NOx; x = 1, 2, 3, ...).
  • Es ist bekannt, CmHn- und CO-Emissionen durch Einsatz eines Dieseloxidationskatalysators zu vermindern, der folgende Reaktionen fördert: 2CO + O2 → 2CO2 (1) und z. B.: 2C2H6 + 7O2 → 4CO2 + 6H2O (2)
  • Als katalytisch aktive Edelmetalle dienen typischerweise Platin und/oder Palladium, die in einem Washcoat eingelagert sind. Der Washcoat besteht in der Regel aus einem porösen Material, z. B. Aluminiumoxid, und vergrößert die katalytisch aktive Oberfläche. Der Washcoat ist wiederum auf einem geeigneten Trägermaterial aufgebracht.
  • Das Abgas von Dieselmotoren weist einen hohen Anteil an Sauerstoff auf. Eine Reduktion von Stickoxiden ist aufgrund des nicht stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Dieseloxidationskatalysator (anders als bei einem Drei-Wege-Katalysator) nur sehr begrenzt möglich. Für die Verminderung von Stickoxidemissionen sind deshalb spezielle Katalysatoren vorgesehen. Ein Konzept basiert auf der selektiven katalytischen Reduktion (selective catalytic reduction, SCR), bei der selektiv Stickoxide reduziert werden. Im sogenannten SCR-Katalysator werden unter Zugabe von Ammoniak (NH3) die Stickoxide zu Wasser (H2O) und Stickstoff (N2) umgesetzt. Der Ammoniak wird in der Regel in Form einer 32,5%-igen wässrigen Harnstofflösung (sogenanntes AdBlue®) der Abgasreinigungsanlage von außen zugeführt. Je nach Reaktionsbedingungen unterscheidet man zwischen der schnellen SCR-Reaktion, der reinen NO-SCR Katalyse und der langsamen NO2-SCR Katalyse.
  • Die schnelle SCR-Reaktion läuft primär bei niedrigen Temperaturen (150–200°C) ab und erfordert ein Verhältnis von Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO2) von 1:1: NO + 2NH3 + NO2 → 2N2 + 3H2O (3)
  • Ist in diesem Temperaturbereich jedoch nicht ausreichend NO2 vorhanden, so findet die SCR-Katalyse nur unvollständig statt und die unerwünschten NOx-Emissionen werden nicht ausreichend vermieden.
  • Die reine NO-SCR Katalyse findet bei höheren Temperaturen (> 200°C) statt und benötigt kein NO2: 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (4)
  • Solche hohen Temperaturen werden jedoch an üblichen SCR-Katalysatoren, welche im Unterbodenbereich eines Kraftwagens verbaut sind, nur begrenzt erreicht.
  • Um den Anteil von feinstaubverursachenden Partikeln, insbesondere Rußpartikeln, im Abgas zu verringern, ist darüber hinaus im Abgasstrang eines Dieselmotors häufig ein Diesel(ruß)partikelfilter vorgesehen. Rußpartikel lagern sich zunächst im porösen Filter ab und werden regelmäßig während des sogenannten Regenerationsprozesses zu CO2 verbrannt.
  • Aus der DE 10 2006 038 290 A1 ist ein System zur Nachbehandlung des Abgases eines Dieselmotors bekannt, bei dem im Abgasstrang in Serie zunächst ein Oxidationskatalysator, dann ein Partikelfilter und schließlich ein SCR-Katalysator angeordnet sind. Im mageren Abgas wird hierdurch sowohl eine Verringerung von Partikeln als auch von Stickoxiden erreicht.
  • Aus der EP 1 892 396 A1 ist ebenfalls ein System zur Abgasnachbehandlung bezüglich einer Brennkraftmaschine bekannt. Hinter einem Oxidationskatalysator ist hier im Abgasstrang stromabwärts ein Partikelfilter mit SCR-aktiver Beschichtung angeordnet. In ihm sind Taschen ausgebildet, die anströmseitig mit dem Partikelfilter und abströmseitig mit dem SCR-aktiven Katalysatormaterial beschichtet sind.
  • Daneben ist seit einiger Zeit das alternative Konzept des Vier-Wege-Katalysators (four way catalyst, FWC) bekannt. Strömt kohlenwasserstoffund NOx-reiches Abgas über eine spezielle edelmetallhaltige, jedoch platinfreie Washcoatbeschichtung, wird Ammoniak gebildet. Der Ammoniak wird in einem nachgeschalteten SCR-Katalysator gespeichert. Im anschließenden normalen, mageren Betrieb des Dieselmotors reagiert der Ammoniak im SCR-Katalysator mit dem im Abgas vorhandenen NOx zu Stickstoff. Die ammoniakbildende Washcoatbeschichtung ist hierbei auf dem Dieselpartikelfilter aufgebracht.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem sich unerwünschte Abgasbestandteile einer Brennkraftmaschine unkompliziert und dabei effektiv verringern lassen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 sowie einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst mehrere Schritte einer Abgasnachbehandlung und bedient sich zweier Bauteile, welche insbesondere im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordnet und einem Abgasstrom ausgesetzt sind. Bei der Brennkraftmaschine handelt es sich insbesondere um einen mit Dieselbrennstoff betriebenen Motor. Gemäß dem Verfahren wird in einem ersten Bauteil wenigstens eine in dem Abgasstrom vorliegende Kohlenstoffverbindung katalytisch oxidiert. Bei der Kohlenstoffverbindung kann es sich um eine Kohlenwasserstoffverbindung CmHn und/oder Kohlenmonoxid CO handeln. Die ablaufenden Verbrennungsvorgänge sind insbesondere durch die bekannten Gleichungen (1) und (2) gegeben. Daneben kommt es im ersten Bauteil auch zur katalytischen Bildung von Ammoniak aus Bestandteilen des Abgasstroms. Die die NH3-Bildung ermöglichenden Abgasbestandteile sind vor allem Stickoxide NOx und Wasserstoff H2. Eine solche Gaskomponente im Abgasstrom muss insbesondere nicht schon primär nach der Verbrennung in der Brennkraftmaschine vorhanden gewesen sein, sondern kann auch sekundär aus Abgasbestandteilen, z. B. im Wege einer katalytischen Umsetzung im ersten Bauteil, gebildet sein.
  • Gemäß einem weiteren Verfahrensschritt werden Kohlenstoffpartikel aus dem Abgasstrom gefiltert und das katalytisch gebildete Ammoniak gespeichert. Diese Vorgänge laufen in einem zweiten Bauteil ab. Es ist insbesondere vorgesehen, dass nicht das gesamte im ersten Bauteil gebildete Ammoniak auch im zweiten Bauteil gespeichert werden muss.
  • Ferner wird in einem dritten Verfahrensschritt eine im Abgasstrom vorhandene Stickoxidverbindung, z. B. Stickstoffmonoxid oder Stickstoffdioxid, im zweiten Bauteil reduziert. Hierzu wird Ammoniak eingesetzt, der im zweiten Bauteil gespeichert ist; also Ammoniak, der ursprünglich im ersten Bauteil gebildet wurde. Die Reduktion läuft insbesondere nach den bekannten Gleichungen (3) und/oder (4) ab.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass kein Ammoniak extern zugeführt werden muss. Der Ammoniak, der für die Reduktion des NOx benötigt wird, wird aus Abgasbestandteilen gebildet. Das Vorhalten und Eindosieren einer geeigneten und möglicherweise teuren ammoniakhaltigen Chemikalie, z. B. AdBlue®, sowie dessen Infrastruktur, entfällt. Folglich kann das Abgasreinigungsverfahren unkompliziert und wesentlich kostengünstiger ablaufen. Beispielsweise entfällt ein zusätzlicher Dosierschritt. Zudem werden Stickoxidemissionen effektiv vermindert, da in dem gebildeten Ammoniak ein geeignetes Reduktionsmittel in ausreichendem Maße zur Verfügung steht. Die in den Verfahrensschritten realisierten Maßnahmen gewährleisten weiterhin, dass auch unerwünschte Kohlenstoffverbindungen und Rußpartikel aus dem Abgas entfernt werden.
  • Vorzugsweise ist die im zweiten Bauteil reduzierte und ursprünglich im Abgasstrom vorhandene Stickoxidverbindung Stickstoffmonoxid. Das Stickstoffmonoxid wird dann im zweiten Bauteil letztendlich zu Stickstoff reduziert, wobei für die unter Einsatz des gespeicherten Ammoniaks ablaufende Redoxreaktion kein anderes Stickoxid benötigt wird. Insbesondere erfolgt die Umsetzung von Stickstoffmonoxid zu Stickstoff auch ohne Stickstoffdioxid. Im zweiten Bauteil läuft also insbesondere die aus Gleichung (4) bekannte chemische Reaktion, also die reine NO-SCR Katalyse ab. Stickstoffmonoxidemissionen lassen sich folglich auch effektiv verringern, wenn kein NO2 vorliegt. Es werden lediglich Sauerstoff und das gespeicherte NH3 für die chemische Reaktion benötigt, und ein geeignetes Einstellen des NO:NO2-Verhältnisses entfällt, um eine vollständige Umsetzung zu erreichen.
  • Vorzugsweise wird die Brennkraftmaschine in zwei verschiedenen Betriebsphasen betrieben. In der ersten Betriebsphase erzeugt die Brennkraftmaschine stickoxid- und kohlenwasserstoffreiches Abgas. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn die Brennkraftmaschine „fett” betrieben wird, also das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda kleiner als 1 ist. Die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine werden insbesondere so gewählt, dass das Abgas besonders NOx-reich ist. Im ersten Bauteil wird dann Ammoniak aus Bestandteilen des Abgases gebildet. Insbesondere erfolgt die NH3-Bildung dadurch, dass NOx über einen Katalysator aus einem Metall der Platingruppe mit Wasserstoff (H2) reagiert. Der Wasserstoff selbst wird hierbei ebenfalls im „Fettbetrieb” gebildet. Der gebildete Ammoniak wird in dieser ersten Betriebsphase im zweiten Bauteil gespeichert.
  • Auf die erste Betriebsphase folgt eine zweite Betriebsphase, in der die Brennkraftmaschine kohlenwasserstoffarmes Abgas bildet. „Kohlenwasserstoffarm” ist hierbei relativ zum „kohlenwasserstoffreichen” Betrieb in der ersten Betriebsphase zu sehen, d. h. die Brennkraftmaschine kann insbesondere mit einem für einen durchschnittlichen Betrieb optimalen Lambda-Wert betrieben werden. Die Brennkraftmaschine wird insbesondere klassisch mager betrieben. In der zweiten Betriebsphase reagiert das im zweiten Bauteil gespeicherte NH3 mit NO zu N2 und H2O.
  • Die beiden Betriebsphasen dauern insbesondere nicht gleichlange an. Besonders bevorzugt ist es, wenn die erste und die zweite Betriebsphase einander periodisch abwechseln. Auf eine NOx-reiche Betriebsphase, in der NH3 gebildet wird, folgt also stets eine konventionelle Betriebsphase, in der das zuvor gebildete NH3 als Reduktionsmittel für NO im Abgasstrom dient. Die NOx-reiche, erste Betriebsphase dauert beispielsweise weniger als 10 Sekunden an. Die erste Betriebsphase stellt sicher, dass stets ausreichend NH3 vorhanden ist. Die zweite Betriebsphase erlaubt die Verringerung des NO im Abgas. Dieser Verfahrensablauf stellt eine umfassende und sehr gute Abgasreinigung sicher. Gleichzeitig wird der reguläre Betrieb der Brennkraftmaschine nicht beeinträchtigt.
  • Eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsvorrichtung umfasst ein erstes und ein zweites Bauteil. Das erste Bauteil umfasst hierbei einen Katalysator, der die Oxidation wenigstens einer Kohlenstoffverbindung fördert. Bei dem Katalysator handelt es sich insbesondere um ein Metall oder eine Mischung von Metallen der Platingruppe. Der Katalysator liegt insbesondere in einem Washcoat vor, der auf einem geeigneten Trägermaterial aufgebracht ist. Der Washcoat liegt insbesondere in Form einer Beschichtung des Trägers aus einem porösen Material, z. B. Aluminiumoxid, vor, welches eine sehr große Oberfläche aufweist und ausreichenden Kontakt des in ihm eingelagerten Katalysatormaterials mit dem Abgas sicherstellt. Erfindungsgemäß umfasst das erste Bauteil auch Mittel zum Fördern der Bildung von Ammoniak aus Bestandteilen des Abgasstroms. Diese Mittel bestehen insbesondere wiederum in einem Katalysator, der geeignet ist, die Umsetzung von H2 mit NOx zu NH3 zu fördern. Das erste Bauteil ist insbesondere ein sogenannter Dieseloxidationskatalysator. Das zweite Bauteil umfasst einen Katalysator, der die Reduktion wenigstens einer Stickoxidverbindung fördert. Dieser Katalysator liegt insbesondere in Form eines sogenannten SCR-Katalysators vor. Daneben umfasst das zweite Bauteil einen Filter für Kohlenstoffpartikel, also insbesondere einen sogenannten Dieselpartikelfilter. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Katalysator und der Partikelfilter des zweiten Bauteils vollständig integriert vorliegen. Das ist z. B. dann der Fall, wenn ein SCR-Katalysator auf einem Honeycomb (einer Honigwabenstruktur) nicht als separates Bauteil vorgesehen ist, sondern eine SCR-aktive Beschichtung auf einem Dieselpartikelfilter aufgebracht ist. Erfindungsgemäß ist das zweite Bauteil bezüglich eines Abgasstroms der Brennkraftmaschine stromabwärts des ersten Bauteils angeordnet. Die beiden Bauteile können insbesondere in Serie an einem gemeinsamen Abgasstrang so platziert sein, dass beide von dem Abgasstrom durchsetzt werden. Der dem zweiten Bauteil zugeführte Abgasstrom weist naturgemäß eine andere stoffliche Zusammensetzung auf als der dem ersten Bauteil zugeführte Abgasstrom, da beispielsweise durch das erste Bauteil die Abgaszusammensetzung modifiziert wird.
  • Vorzugsweise liegen der Katalysator zum Fördern der Oxidation der wenigstens einen Kohlenstoffverbindung und die Mittel zum Fördern der Bildung von Ammoniak im ersten Bauteil auf einem gemeinsamen Washcoat vor. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Oxidation der wenigstens einen Kohlenstoffverbindung und die Ammoniakbildung über den selben Katalysator gefördert werden. Dann ergibt sich eine besonders einfache und kostengünstige Bauweise des ersten Bauteils, da nur eine einzige aktive Komponente benötigt wird, damit beide Funktionalitäten – NH3-Bildung und Verbrennungsreaktion – gegeben sind.
  • Dieser gemeinsame Katalysator ist vorzugsweise Platin. Nach dem Stand der Technik muss der NH3-bildende Washcoat frei von Platin sein. Es ist eine Erkenntnis der Erfindung, dass diese Einschränkung nicht nötig ist. Damit kann ein gemeinsamer Washcoat dazu dienen, sowohl die Oxidation von Kohlenstoffverbindungen zu fördern, als auch die Bildung von Ammoniak zu gewährleisten. Die Komplexität des ersten Bauteils ist somit gering. Zudem kann das konventionelle und bewährte Katalysatormaterial Platin eingesetzt werden, ohne dass auf teure Edelmetalle wie z. B. Rhodium und Palladium ausgewichen werden müsste, deren Einsatz Nachteile mit sich bringt.
  • Vorzugsweise umfasst das zweite Bauteil Mittel zum Speichern von Ammoniak. Dann muss Ammoniak, der im ersten Bauteil gebildet wird, im zweiten Bauteil nicht sofort als Reduktionsmittel eingesetzt werden. Zwischen NH3-Bildung und NH3-Verbrauch kann eine erhebliche zeitliche Differenz liegen.
  • Vorzugsweise ist das erste Bauteil dazu ausgebildet, für eine erste, stickoxid- und kohlenwasserstoffreiche Zusammensetzung des dem ersten Bauteil zugeführten Abgases aus Bestandteilen des Abgasstroms Ammoniak zu bilden. Dann ist das zweite Bauteil vorzugsweise dazu ausgebildet, den so gebildeten Ammoniak zu speichern. Für eine zweite, kohlenwasserstoffarme Zusammensetzung des dem ersten Bauteil zugeführten Abgases ist das zweite Bauteil darüber hinaus vorzugsweise dazu ausgebildet, wenigstens ein Stickoxid mithilfe von im zweiten Bauteil gespeichertem Ammoniak zu reduzieren.
  • Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsvorrichtung.
  • Vorzugsweise umfasst das Fahrzeug auch eine Steuereinrichtung, mit der sich der Stickoxidgehalt im Abgas einer Brennkraftmaschine variabel einstellen lässt. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Brennkraftmaschine in unterschiedlichen Betriebsphase betrieben werden soll. Dann können z. B. einfach und unkompliziert Betriebsphasen erreicht werden, in denen bevorzugt NH3 im ersten Bauteil gebildet und im zweiten Baurteil gespeichert wird, und Betriebsphasen veranlasst werden, in denen gespeicherter Ammoniak als Reduktionsmittel verbraucht wird. So kann eine optimale Abgasnachbehandlung und Emissionsverringerung erreicht werden.
  • Die in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsvorrichtung und den erfindungsgemäßen Kraftwagen.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen wie auch die in der Figurenbeschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen und/oder die in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung am Abgasstrang eines Dieselmotors.
  • Ein Dieselmotor 10 erzeugt aufgrund von Verbrennungsvorgängen Abgas, das durch einen Abgasstrang 24 in Stromrichtung R abgeleitet wird. Auf einen ersten Abgasteilstrang 24a folgt ein Dieseloxidationskatalysator 14, durch den das Abgas in einen zweiten Abgasteilstrang 24b geleitet wird. Der Dieseloxidationskatalysator 14 umfasst einen Träger mit einem darauf aufgebrachten Washcoat 18 aus porösem Aluminiumoxid (Al2O3). Der Washcoat 18 enthält das als Katalysator dienende Edelmetall Platin. Das Abgas tritt im Dieseloxidationskatalysator 14 mit dem Washcoat 18 in Kontakt, so dass auf der Oberfläche des Katalysatormetalls geeignete Redoxreaktionen ablaufen.
  • Das Abgas, das den Dieseloxidationskatalysator 14 verlässt, gelangt über den zweiten Abgasteilstrang 24b in ein Kombibauteil 16, welches einen Dieselpartikelfilter 20 mit einer SCR-Beschichtung 22 umfasst. Es durchströmt den Dieselpartikelfilter 20 und tritt dabei auch in Kontakt mit der SCR-Beschichtung 22. Schließlich verlässt das behandelte Abgas das Kombibauteil 16 und gelangt in einen dritten Abgasteilstrang 24c.
  • Für die Steuerung des Dieselmotors 10 ist auch eine Steuereinrichtung 26 vorgesehen, mit der sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda im Dieselmotor 10 regeln lässt. Über die Steuereinrichtung 26 kann man also festlegen, ob der Dieselmotor 10 mager oder fett betrieben wird.
  • Gemäß einer ersten Betriebsphase legt die Steuereinrichtung 26 fest, dass der Dieselmotor 10 fett betrieben wird. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda wird kleiner 1 gewählt. Diese Betriebsphase dauert etwa 10 Sekunden an. Das Abgas im Abgasteilstrang 24a ist in dieser Betriebsphase reich an Kohlenwasserstoffen („fett”) und Stickoxiden. Im Dieseloxidationskatalysator laufen die aus dem Stand der Technik bekannten chemischen Reaktionen gemäß den Gleichungen (1) und (2) ab, so dass Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe zumindest teilweise zu Kohlendioxid umgesetzt werden. Die Reaktionen werden durch das Katalysatormetall Platin im Washcoat 18 gefördert. Zudem kommt es im Dieseloxidationskatalysator 14 zur Bildung von Wasserstoff. Über dem Katalysatormaterial Platin des Washcoats 18 reagiert dieser Wasserstoff mit den Stickoxiden im Abgas zu Ammoniak. Abgas im Abgasteilstrang 24b ist gegenüber Abgas im Abgasteilstrang 24a folglich ärmer an Kohlenwasserstoffen, ärmer an Kohlenmonoxid, reicher an Kohlendioxid und reicher an Ammoniak.
  • Das Abgas des Abgasteilstrang 24b gelangt in das Kombibauteil 16. Im Kombibauteil 16 kommt es zur Speicherung von Ammoniak, das im Abgas vorhanden ist. Zudem werden Rußpartikel im Dieselpartikelfilter 20 aus dem Abgas herausgefiltert. Abgas im Abgasteilstrang 24c ist gegenüber Abgas im Abgasteilstrang 24b folglich ärmer an Rußpartikeln und ärmer an Ammoniak.
  • Gemäß einer zweiten Betriebsphase legt die Steuereinrichtung 26 fest, dass der Dieselmotor 10 gegenüber der ersten Betriebsphase weniger fett betrieben wird. Der Dieselmotor 10 wird also klassisch mager betrieben. Das Abgas im Abgasteilstrang 24a enthält gegenüber der ersten Betriebsphase weniger Kohlenwasserstoffe und mehr Sauerstoff. Im Dieseloxidationskatalysator laufen die aus dem Stand der Technik bekannten chemischen Reaktionen gemäß der Gleichungen (1) und (2) ab, so dass Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe zumindest teilweise zu Kohlendioxid umgesetzt werden. Die Reaktionen werden durch das Katalysatormetall Platin im Washcoat 18 gefördert. Abgas im Abgasteilstrang 24b ist gegenüber Abgas im Abgasteilstrang 24a folglich ärmer an Kohlenwasserstoffen, ärmer an Kohlenmonoxid und reicher an Kohlendioxid.
  • Das Abgas des Abgasteilstrang 24b gelangt in das Kombibauteil 16. Im Kombibauteil 16 kommt es über der SCR-Beschichtung 22 zur chemischen Reaktion des gespeicherten Ammoniaks mit Stickoxiden im Abgas, wobei Stickstoff und Wasser gebildet wird. Es muss insbesondere kein Ammoniak separat zugeführt werden, so dass z. B. ein Behältnis für eine Flüssigkeit entfällt, die den Ammoniak zur Verfügung stellen würde. Da das Kombibauteil 16 nahe am Dieselmotor 10 und insbesondere nicht im Unterbodenbereich eines Kraftwagens angebracht ist, sind die Temperaturen bereits kurz nach Startzeit des Dieselmotors 10 hoch genug, um die reine NO-SCR-Katalyse zu ermöglichen. Es wird also Stickstoffmonoxid gemäß Gleichung (4) mit Sauerstoff und gespeichertem Ammoniak zu Wasser und Stickstoff umgesetzt. Ein definiertes Stoffmengenverhältnis von NO zu NO2, wie in einer Reaktion gemäß Gleichung (3), ist nicht erforderlich. Zudem werden Rußpartikel im Dieselpartikelfilter 20 aus dem Abgas herausgefiltert. Abgas im Abgasteilstrang 24c ist gegenüber Abgas im Abgasteilstrang 24b folglich ärmer an Rußpartikeln und ärmer an Stickoxiden. Auf diese Weise lassen sich geringe Stickoxidkonzentrationen im Abgasteilstrang 24c auch im MVEG Fahrzyklus erzielen.
  • Nach einer bestimmten Zeit, die z. B. variable den Betriebseigenschaften des Dieselmotors 10 angepasst werden kann, wird die zweite Betriebsphase wiederum durch die erste Betriebsphase abgelöst. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn der Ammoniakspeicher im Kombibauteil 16 erschöpft ist und neuer Ammoniak benötigt wird.
  • Zusammenfassend ist festzuhalten, dass gegenüber dem Stand der Technik der die Ammoniakbildung fördernde Washcoat 18 erstmals im Dieseloxidationskatalysator 14 aufgebracht ist und auch erstmals Platin als Katalysatormetall enthält. Bisher war es lediglich üblich, einen ammoniakbildenden Washcoat ohne Platin zu realisieren und ihn auf einem Dieselpartikelfilter aufzubringen. Zudem wird der so ausgebildete Dieseloxidationskatalysator 14 erstmals mit dem Kombibauteil 16, das den Dieselpartikelfilter 20 mit der SCR-Beschichtung 22 umfasst, in einer gemeinsamen Abgasnachbehandlungsvorrichtung 12 verbaut. Da die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 12 in einem Kraftwagen vorgesehen ist, rückt das Kombibauteil 16 gegenüber dem Stand der Technik näher an den Dieselmotor 10 und erfährt eine größere Temperaturbeaufschlagung als im Unterbodenbereich. Dies verbessert die Stickoxidreduktion weiter.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102006038290 A1 [0011]
    • EP 1892396 A1 [0012]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine (10), insbesondere zum Verringern des Anteils von Stickoxid im Abgasstrom eines Dieselmotors, mit den Schritten – katalytisches Oxidieren wenigstens einer in einem Abgasstrom vorhandenen Kohlenstoffverbindung (CO, CmHn) und katalytisches Bilden von Ammoniak aus Bestandteilen des Abgasstroms (NOx, H2) in einem ersten Bauteil (14); – Filtern von im Abgasstrom vorhandenen Partikeln und Speichern des katalytisch gebildeten Ammoniaks in einem zweiten Bauteil (16); – Reduzieren wenigstens einer im Abgasstrom vorhandenen Stickoxidverbindung (NO, NO2, NOx) im zweiten Bauteil (16) unter Einsatz des gespeicherten Ammoniaks als Reduktionsmittel.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Bauteil (16) die wenigstens eine im Abgasstrom vorhandene Stickoxidverbindung Stickstoffmonoxid ist und das Reduzieren des Stickstoffmonoxids zu Stickstoff erfolgt und dieses Reduzieren auch ohne Vorhandensein eines von Stickstoffmonoxid verschiedenen Stickoxids, insbesondere Stickstoffdioxid, erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Betriebsphase die Brennkraftmaschine (10) so betrieben wird, dass stickoxid- und kohlenwasserstoffreiches Abgas gebildet wird und im ersten Bauteil (14) aus Bestandteilen des Abgasstroms Ammoniak gebildet wird und das Ammoniak im zweiten Bauteil (16) gespeichert wird, und in einer zweiten Betriebsphase die Brennkraftmaschine (10) so betrieben wird, dass kohlenwasserstoffarmes Abgas gebildet wird und im zweiten Bauteil (16) mindestens ein Stickoxid (NO, NO2, NOx) mit im zweiten Bauteil (16) gespeichertem Ammoniak zu Stickstoff reduziert wird.
  4. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (12) für eine Brennkraftmaschine (10), insbesondere für einen Dieselmotor eines Kraftwagens, mit einem ersten (14) und einem zweiten Bauteil (16), wobei – das erste Bauteil (14) einen Katalysator zum Fördern der Oxidation wenigstens einer Kohlenstoffverbindung (CO, CmHn) umfasst; – das zweite Bauteil (16) einen Katalysator (22) zum Fördern der Reduktion wenigstens einer Stickoxidverbindung (NO, NO2, NOx) und einen Partikelfilter (20) umfasst; und – das zweite Bauteil (16) bezüglich eines Abgasstroms der Brennkraftmaschine stromabwärts des ersten Bauteils (14) angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dass – das erste Bauteil Mittel (18) zum Fördern der Bildung von Ammoniak aus Bestandteilen (NOx, H2) des Abgasstroms umfasst.
  5. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (12) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator zum Fördern der Oxidation wenigstens einer Kohlenstoffverbindung (CO, CmHn) und die Mittel zum Fördern der Bildung von Ammoniak im ersten Bauteil (14) auf einem gemeinsamen Washcoat (18) vorliegen und insbesondere identisch sind.
  6. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (12) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (14) Platin als Katalysator umfasst.
  7. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (16) Mittel zum Speichern von Ammoniak umfasst.
  8. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für eine erste, stickoxid- und kohlenwasserstoffreiche Zusammensetzung des dem ersten Bauteil (14) zugeführten Abgases das erste Bauteil (14) dazu ausgebildet ist, aus Bestandteilen (NOx, H2) des Abgasstroms Ammoniak zu bilden und das zweite Bauteil (16) dazu ausgebildet ist, den so gebildeten Ammoniak zu speichern, und für eine zweite, kohlenwasserstoffarme Zusammensetzung des dem ersten Bauteil (14) zugeführten Abgases das zweite Bauteil (16) dazu ausgebildet ist, wenigstens ein Stickoxid (NO, NO2, NOx) mithilfe von im zweiten Bauteil (16) gespeichertem Ammoniak zu reduzieren.
  9. Kraftwagen mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 4 bis 8.
  10. Kraftwagen nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (26), die dazu ausgebildet ist, den Stickoxidgehalt des Abgases einzustellen.
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