DE102012022941B4 - Abgasnachbehandlungssystem für eine Brennkraftmaschine, Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems und Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Abgasnachbehandlungssystem (1) für eine Brennkraftmaschine (5), mit einer Abgasleitung (3) zur Ableitung von Abgas von der Brennkraftmaschine (5), einer Reduktionsvorrichtung (7) zur Reduktion von Stickoxiden in dem Abgas, einer stromaufwärts der Reduktionsvorrichtung (7) angeordneten Adsorptionseinrichtung (13), die ein Stickoxid-Adsorptionselement (17) umfasst, undeiner Temperatur-Steuerungseinrichtung (21), die mindestens eine Temperatur-Steuerungseinheit aufweist, mit der eine Temperatur zumindest in einem Bereich des Abgasnachbehandlungssystems (1) aktiv steuerbar und/oder regelbar ist,wobeidie Temperatursteuerungseinrichtung (21) mindestens eine durch die Temperatur-Steuerungseinheit ansteuerbare Wärmezufuhrvorrichtung (23) aufweist, wobei die Wärmezufuhrvorrichtung (23) stromaufwärts der Reduktionsvorrichtung (7) und stromabwärts der Adsorptionseinrichtung (13) angeordnet ist, sodass dem Abgas mithilfe der Wärmezufuhrvorrichtung (23) Wärme zuführbar ist, wobei die Temperatur-Steuerungseinrichtung (21) mindestens eine durch die Temperatur-Steuerungseinheit ansteuerbare Wärmeentzugsvorrichtung (25) aufweist, die stromaufwärts der Adsorptionseinrichtung (13) angeordnet ist, sodass mittels der Wärmeentzugsvorrichtung (25) Wärme aus dem Abgas entnehmbar ist,dadurch gekennzeichnet,dass die Adsorptionseinrichtung (13) ein Feuchtigkeits-Adsorptionselement (15) aufweist und dass die Wärmezufuhrvorrichtung (23) und die Wärmeentzugsvorrichtung (25)a) direkt über eine Wärmeleitungseinrichtung, oderb) indirekt über mindestens einen Energiewandler und/oder mindestens einen Energiespeicher (27) miteinander in Wirkverbindung sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems gemäß Oberbegriff des Anspruchs 7 und ein Kraftfahrzeug gemäß Oberbegriff des Anspruchs 10.
  • Abgasnachbehandlungssysteme, Verfahren und Kraftfahrzeuge der hier angesprochenen Art sind bekannt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 11 2008 002 856 T5 geht ein Abgasnachbehandlungssystem für eine Brennkraftmaschine hervor, welches eine Abgasleitung zur Ableitung von Abgas von der Brennkraftmaschine aufweist. Das Abgasnachbehandlungssystem umfasst eine Reduktionsvorrichtung, welche der Reduktion von Stickoxiden in dem Abgas dient. Stromaufwärts der Reduktionsvorrichtung ist eine Adsorptionseinrichtung angeordnet, die ein Feuchtigkeits-Adsorptionselement und ein Stickoxid-Adsorptionselement umfasst. Dabei dient das Stickoxid-Adsorptionselement insbesondere zur Adsorption von in dem Abgas vorhandenen Stickoxiden in einem Betriebszustand, in dem die Reduktionsvorrichtung inaktiv ist, weil sie eine zur effizienten Reduktion von Stickoxiden nötige Anspringtemperatur noch nicht erreicht oder überschritten hat. Die Stickoxide werden von dem Stickoxid-Adsorptionselement adsorbiert und somit nicht oder nur in geringem Maße an die Umwelt abgegeben. Das Feuchtigkeits-Adsorptionselement dient der Adsorption von Feuchtigkeit um zu verhindern, dass diese in das Stickoxid-Adsorptionselement gelangt. Die Aufnahmefähigkeit des Stickoxid-Adsorptionselements für Stickoxide ist nämlich abhängig von dessen Beladung mit Feuchtigkeit beziehungsweise von dem Feuchtigkeitsgehalt des durch das Stickoxid-Adsorptionselement strömenden Abgases. Je weniger dabei das Stickoxid-Adsorptionselement mit Feuchtigkeit beladen und je geringer der Feuchtigkeitsgehalt des durch das Stickoxid-Adsorptionselement strömenden Abgases ist, desto höher ist die Aufnahmefähigkeit beziehungsweise Speicherkapazität des Stickoxid-Adsorptionselements für Stickoxide. Umgekehrt ist es möglich, dass von dem Stickoxid-Adsorptionselement adsorbierte Stickoxide desorbiert werden, wenn Abgas mit zu großem Feuchtigkeitsgehalt durch es hindurchgeleitet wird.
  • Erreicht oder überschreitet die Reduktionsvorrichtung ihre Anspringtemperatur, ist es möglich, die gespeicherten Stickoxide aus dem Stickoxid-Adsorptionselement und gegebenenfalls auch die Feuchtigkeit aus dem Feuchtigkeits-Adsorptionselement zu desorbieren und der Reduktionsvorrichtung zuzuleiten. In dieser werden die Stickoxide nun effizient reduziert.
  • Es zeigt sich, dass nicht nur die Reduktionseigenschaften der Reduktionsvorrichtung, sondern auch die Adsorptionseigenschaften der Adsorptionseinrichtung temperaturabhängig sind. Bei dem aus der DE 11 2008 002 856 T5 bekannten Abgasnachbehandlungssystem stellt sich sowohl in der Reduktionsvorrichtung als auch in der Adsorptionseinrichtung eine Temperatur ein, die von der Temperatur des aus der Brennkraftmaschine heranströmenden Abgases abhängt. Sie ist daher insbesondere abhängig von dem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine und damit nicht auf optimale Bedingungen in dem Abgasnachbehandlungssystem abgestimmt. Beispielsweise sind Betriebszustände möglich, in denen die Speicherkapazität des Stickoxid-Adsorptionselements temperaturbedingt nicht voll ausgeschöpft werden kann, obwohl dies eigentlich wünschenswert wäre. Auch ist keine einfache und rasche Aufheizung der Reduktionsvorrichtung auf beziehungsweise über die Anspringtemperatur möglich. Aufgrund der nicht optimalen Steuerbarkeit beziehungsweise Regelbarkeit des Abgasnachbehandlungssystems ist es auch nötig, die Adsorptionseinrichtung in einer Umgehungsleitung der eigentlichen Abgasleitung anzuordnen, wobei sie durch ein Leitungsschaltventil angesteuert wird.
  • Aus der US 2010 / 0 101 421 A1 ist ein Feuchtigkeits-Adsorptionselement mit einem Y-Zeolith sowie ein Stickoxid-Adsorptionselement bekannt. In einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung ist das Stickoxid-Adsorptionselement stromabwärts des Feuchtigkeits-Adsorptionselement angeordnet. Durch diese Kombination wird die Stickoxid-Aufnahmekapazität erhöht.
  • Weiterhin zeigt die US 2010 / 0 043 410 A1 die Anordnung eines Feuchtigkeits-Adsorptionselements und eines Stickoxid-Adsorptionselement, in Strömungsrichtung hintereinander, in einer Bypass-Leitung einer Abgasleitung. Diese Bypass-Leitung ist durch ein Steuerventil zu- bzw. abschaltbar. Auf diese Weise kann auch ein Spülvorgang dargestellt werden.
  • Auch aus der JP 2002- 115 538 A ist ein Feuchtigkeits-Adsorptionselement bekannt, welches in Strömungsrichtung vor einem Stickoxid-Adsorptionselement angeordnet ist.
  • Die JP 2008- 280 949 A offenbart eine Anordnung mit einem selektiven Stickoxid-Reduktionskatalysator und einem Stickoxid-Adsorptionskatalysator in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotor.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Abgasnachbehandlungssystem, ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, wobei das Abgasnachbehandlungssystem insbesondere in Hinblick auf seine Temperatur besser steuer- und/oder regelbar ist, und wobei seine Wirkung und seine verschiedenen Betriebszustände optimal genutzt werden können.
  • Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Abgasnachbehandlungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird.
  • Dieses zeichnet sich durch eine Temperatur-Steuerungseinrichtung aus, die mindestens eine Temperatur-Steuerungseinheit aufweist. Mit dieser ist eine Temperatur zumindest in einem Bereich des Abgasnachbehandlungssystems aktiv steuerbar und/oder regelbar.
  • Das Abgasnachbehandlungssystem zeichnet sich dadurch aus, dass die Temperatursteuerungseinrichtung mindestens eine durch die Temperatur-Steuerungseinheit ansteuerbare Wärmezufuhrvorrichtung aufweist. Diese ist stromaufwärts der Reduktionsvorrichtung und stromabwärts der Adsorptionseinrichtung angeordnet. Es ist möglich, dem Abgas mithilfe der Wärmezufuhrvorrichtung Wärme zuzuführen. Wie in Zusammenhang mit dem Verfahren noch näher erläutert wird, dient dies einer raschen Aufheizung der Reduktionsvorrichtung, um insbesondere nach einem Kaltstart ein rasches Erreichen oder Überschreiten von deren Anspringtemperatur zu ermöglichen. Die Wärmezufuhrvorrichtung ist dabei stromabwärts der Adsorptionseinrichtung angeordnet, um zu verhindern, dass das zusätzlich erwärmte Abgas mit dieser in Kontakt kommt. Die Speicherkapazität der Adsorptionseinrichtung ist nämlich temperaturabhängig und bei niedriger Temperatur größer als bei hoher Temperatur.
  • Das Abgasnachbehandlungssystem zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Temperatur-Steuerungseinrichtung mindestens eine durch die Temperatur-Steuerungseinheit ansteuerbare Wärmeentzugsvorrichtung aufweist. Diese ist stromaufwärts der Adsorptionseinrichtung angeordnet. Es ist möglich, mittels der Wärmeentzugsvorrichtung dem Abgas Wärme zu entziehen. Die Speicherkapazität der Adsorptionseinrichtung ist temperaturabhängig und insbesondere bei niedrigerer Temperatur höher als bei höherer Temperatur. Abhängig von dem Betriebszustand des Abgasnachbehandlungssystems ist es daher sinnvoll, das Abgas stromaufwärts der Adsorptionseinrichtung zu kühlen beziehungsweise ihm Wärme zu entziehen, um die Adsorption von Feuchtigkeit und/oder Stickoxiden in der Adsorptionseinrichtung zu verbessern.
  • Dass die Wärmeentzugsvorrichtung durch die Temperatur-Steuerungseinheit ansteuerbar ist, spricht vorzugsweise an, dass diese durch die Temperatur-Steuerungseinheit aktivierbar und deaktivierbar ist. Vorzugsweise ist eine Kühlleistung der Wärmeentzugsvorrichtung durch die Temperatur-Steuerungseinheit steuer- und/oder regelbar. Insbesondere ist bevorzugt eine mithilfe der Wärmeentzugsvorrichtung zu erreichende Abgastemperatur durch die Temperatur-Steuerungseinheit steuer- und/oder regelbar.
  • Die Wärmezufuhrvorrichtung und die Wärmeentzugsvorrichtung stehen direkt über eine Wärmeleitungseinrichtung miteinander in Wirkverbindung. Die Wärmeleitungseinrichtung ist dabei bevorzugt als Wärmerohr, insbesondere als sogenannte Heatpipe, oder als Wärmetauschersystem mit mindestens einem Wärmetauscher ausgebildet.
  • Alternativ stehen die Wärmezufuhrvorrichtung und die Wärmeentzugsvorrichtung indirekt über mindestens einen Energiewandler und/oder mindestens einen Energiespeicher miteinander in Wirkverbindung beziehungsweise sind gekoppelt. Hierdurch ist insbesondere eine zeitliche Entkopplung von Wärmeentzug und Wärmezufuhr möglich. Auch eine räumliche Entkopplung dieser Prozesse ist noch flexibler möglich, als dies mithilfe einer Wärmeleitungseinrichtung möglich ist.
  • Der mindestens eine Energiewandler ist vorzugsweise als thermoelektrischer Wandler ausgebildet, welcher im Bereich der Wärmeentzugsvorrichtung die dem Abgas entnommene Wärme in elektrische Energie umwandelt beziehungsweise im Bereich der Wärmezufuhrvorrichtung elektrische Energie in Wärme umwandelt. Er kann also insbesondere als thermoelektrischer Generator und/oder als elektrischer Heizer ausgebildet sein. Der mindestens eine Energiespeicher ist vorzugsweise als elektrische Speichereinrichtung, insbesondere als Akkumulator oder Batterie ausgebildet. Damit ist es bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel möglich, die dem Abgas mithilfe der Wärmeentzugsvorrichtung entnommene Wärme in elektrische Energie umzuwandeln und diese in einer Batterie zu speichern. Zeitlich und räumlich entkoppelt kann die elektrische Energie der Batterie entnommen und mithilfe der Wärmezufuhrvorrichtung wiederum in Wärme umgewandelt werden, welche dann dem Abgas zugeführt wird.
  • Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, die Temperatur in wenigstens einem Bereich des Abgasnachbehandlungssystems, beispielsweise im Bereich der Reduktionsvorrichtung und/oder im Bereich der Adsorptionseinrichtung gezielt zu beeinflussen, um das Verhalten des Abgasnachbehandlungssystems bedarfsabhängig zu optimieren. Insbesondere können auf diese Weise Betriebszustände des Abgasnachbehandlungssystems gezielt ausgewählt werden, was einen bedarfsgerechten und vereinfachten Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems ermöglicht. Es ist dann auch nicht nötig, die Adsorptionseinrichtung in einer Umgehungsleitung anzuordnen und durch ein Leitungsschaltventil anzusteuern. Hierdurch wird ein einfacherer Aufbau des Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere eine einfachere Integration der Adsorptionseinrichtung in das Abgasnachbehandlungssystem möglich.
  • Die Reduktionsvorrichtung ist vorzugsweise als sogenannter SCR-Katalysator zur selektiven Stickoxid-Reduktion ausgebildet. Dieser wird bevorzugt mit NH3 als Reduktionsmittel betrieben, wobei dem Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators eine Harnstoff-Wasser-Lösung zugeführt wird, wobei der Harnstoff mit dem Abgas vermengt und zu Ammoniak umgesetzt wird. In dem SCR-Katalysator reagiert das Ammoniak mit den Stickoxiden zu elementarem Stickstoff und Wasser.
  • Die Temperatur-Steuerungseinheit ist vorzugsweise in ein Motorsteuergerät eines Kraftfahrzeugs, welches das Abgasnachbehandlungssystem aufweist, integriert. Insbesondere ist es möglich, dass das Motorsteuergerät so eingerichtet ist, dass es die Funktion der Temperatur-Steuerungseinheit ausführen kann. Diese ist demnach in das Motorsteuergerät implementiert. Alternativ ist es möglich, dass die Temperatur-Steuerungseinheit als separates Element in dem Kraftfahrzeug vorgesehen ist.
  • Der Begriff „steuern“ beziehungsweise „steuerbar“ ist hier bevorzugt in einem weiten Sinn zu verstehen, wobei er insbesondere auch eine aktive Temperaturerhöhung oder eine aktive Temperaturabsenkung umfasst, ohne dass ein Sollwert vorgegeben wird und/oder eine Erfassung der tatsächlich vorliegenden Temperatur in dem beeinflussten Bereich, in dem die Temperatur erhöht oder abgesenkt wird, vorgesehen ist. Bevorzugt ist jedoch ein Temperatur-Erfassungsmittel zur Erfassung der Temperatur in dem mindestens einen Bereich vorgesehen, wobei das Temperatur-Erfassungsmittel, insbesondere ein Temperatursensor, mit der Temperatur-Steuerungseinheit wirkverbunden ist. Auf diese Weise ist es allerdings bevorzugt möglich, eine Temperaturregelung in dem mindestens einen Bereich durchzuführen.
  • Das Feuchtigkeits-Adsorptionselement umfasst bevorzugt ein Adsorbermaterial auf Zeolith-Basis. Das Stickoxid-Adsorptionselement umfasst vorzugsweise ein Material, welches auf Cer getragenes Palladium oder auf Zeolith getragenes Eisen umfasst. Auch andere Materialien sind für das Feuchtigkeits-Adsorptionselement und/oder das Stickoxid-Adsorptionselement möglich.
  • Die Wärmezufuhrvorrichtung ist vorzugsweise als elektrischer Heizer ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Wärmezufuhrvorrichtung als Wärmetauscher ausgebildet ist.
  • Dass die Wärmezufuhrvorrichtung durch die Temperatur-Steuerungseinheit ansteuerbar ist, spricht insbesondere an, dass sie von der Temperatur-Steuerungseinheit aktivierbar und deaktivierbar ist. Bevorzugt ist eine Heizleistung der Wärmezufuhrvorrichtung durch die Temperatur-Steuerungseinheit wählbar beziehungsweise steuerbar. Besonders bevorzugt ist die Heizleistung der Wärmezufuhrvorrichtung durch die Temperatur-Steuerungseinheit regelbar. Weiterhin ist bevorzugt eine mithilfe der Wärmezufuhrvorrichtung erreichbare Abgastemperatur durch die Temperatur-Steuerungseinheit steuer- und/oder regelbar.
  • Es wird ein Abgasnachbehandlungssystem bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Adsorptionseinrichtung und die Reduktionsvorrichtung entlang der Abgasleitung in Reihe angeordnet sind. Dies bedeutet insbesondere, dass die Adsorptionseinrichtung nicht wie bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Abgasnachbehandlungssystem in einer Umgehungsleitung parallel zu der eigentlichen Abgasleitung angeordnet, sondern seriell in die Abgasleitung integriert ist. Das Abgas strömt demnach von der Brennkraftmaschine über die Adsorptionseinrichtung in die Reduktionsvorrichtung. Von dieser strömt es entlang der Abgasleitung vorzugsweise weiter in Richtung eines Auslasses oder Auspuffs, wobei stromabwärts der Reduktionsvorrichtung weitere Komponenten zur Abgasnachbehandlung vorgesehen sein können. Die einfache Reihenanordnung der Adsorptionseinrichtung wird im Unterschied zum Stand der Technik insbesondere dadurch möglich, dass eine besonders günstige, bedarfsabhängige Steuerung des Abgasnachbehandlungssystems über die Temperatur-Steuerungseinrichtung möglich ist.
  • Es wird ein Abgasnachbehandlungssystem bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Feuchtigkeits-Adsorptionselement und das Stickoxid-Adsorptionselement integral miteinander ausgebildet sind. Besonders bevorzugt sind sie einstückig gemeinsam als ein einziges Element ausgebildet, welches einerseits die Funktion der Feuchtigkeits-Adsorption und andererseits die Funktion der Stickoxid-Adsorption verwirklicht.
  • Alternativ wird bevorzugt, dass das Feuchtigkeits-Adsorptionselement und das Stickoxid-Adsorptionselement separat voneinander ausgebildet sind. Es ist dabei möglich, dass sie in getrennten Gehäusen entlang der Abgasleitung angeordnet sind. Es wird jedoch bevorzugt, dass die separat voneinander ausgebildeten Adsorptionselemente in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei sie bevorzugt - in Strömungsrichtung des Abgases gesehen - einen Abstand voneinander aufweisen. Dabei ist vorzugsweise das Feuchtigkeits-Adsorptionselement stromaufwärts des Stickoxid-Adsorptionselements angeordnet, sodass das Stickoxid-Adsorptionselement durch weitgehend getrocknetes Abgas angeströmt wird. Hierdurch wird dessen Stickoxid-Speicherfähigkeit verbessert. Durch das Stickoxid-Adsorptionselement werden insbesondere in einem Betriebszustand, in dem die Reduktionsvorrichtung noch nicht effizient wirkt, Stickoxide adsorbiert, sodass sie nicht oder nur in geringem Maße in die Umwelt gelangen. Erreicht oder überschreitet die Reduktionsvorrichtung ihre Anspringtemperatur, ist es möglich, dass die adsorbierten Stickoxide desorbiert und der Reduktionsvorrichtung, die stromabwärts der Adsorptionseinrichtung angeordnet ist, zugeleitet und dort reduziert werden. Auch die neu von der Brennkraftmaschine heranströmenden Stickoxide werden vorzugsweise von der Reduktionsvorrichtung reduziert.
  • Besonders bevorzugt ist ein Feuchtigkeitssensor in dem Abstand zwischen dem Feuchtigkeits-Adsorptionselement und dem Stickoxid-Adsorptionselement angeordnet. Mit dessen Hilfe ist es möglich, eine nachlassende Speicherkapazität des Feuchtigkeits-Adsorptionselements beziehungsweise dessen Sättigung festzustellen, indem eine Zunahme der Feuchtigkeit des Abgases in dem durch den Abstand definierten Volumen detektiert wird. Dabei ist es möglich, dass eine Sättigung des Feuchtigkeits-Adsorptionselements zugleich auch eine Sättigung des Stickoxid-Adsorptionselements oder dessen baldige Sättigung anzeigt, insbesondere weil Stickoxide aus Abgas mit erhöhter Feuchtigkeit nicht mehr effizient in dem Stickoxid-Adsorptionselement adsorbiert werden, beziehungsweise weil die erhöhte Feuchtigkeit im Abgas dazu führt, dass adsorbierte Stickoxide von dem Stickoxid-Adsorptionselement desorbiert werden.
  • Der Abstand zwischen dem Feuchtigkeits-Adsorptionselement und dem Stickoxid-Adsorptionselement wird insbesondere bei Einsatz eines Feuchtigkeits-Adsorptionselements mit vergleichsweise geringer Exothermie der Wasser- bzw. Feuchtigkeits-Adsorption so klein wie möglich gewählt, wobei dies bedeutet, dass er im Wesentlichen auf den Bauraumbedarf des Feuchtigkeitssensors abgestimmt ist und diesen nicht oder nur wenig überschreitet. Bei Einsatz eines Feuchtigkeits-Adsorptionselements mit vergleichsweise hoher Exothermie der Wasser- bzw. Feuchtigkeits-Adsorption ist es hingegen bevorzugt, wenn in Abhängigkeit von der Adsorptionsenthalpie eine mehr oder weniger große räumliche Trennung zwischen dem Feuchtigkeits-Adsorptionselement und dem Stickoxid-Adsorptionselement vorgesehen wird. Dadurch ist eine Erhitzung des Stickoxid-Adsorptionselements durch Wärmeübertragung vom Feuchtigkeits-Adsorptionselement bei einer exothermen Feuchtigkeitsadsorption und damit eine thermisch verursachte Desorption von adsorbierten Stickoxiden vermeidbar. Dabei kann zur Sicherstellung bzw. Verbesserung der Stickoxidadsorption auch ein Kühlelement vor dem Feuchtigkeits-Adsorptionselement und/oder zwischen dem Feuchtigkeits-Adsorptionselement und dem Stickoxid-Adsorptionselements vorgesehen sein. Ein entsprechendes Kühlelement, welches dem Abgas und/oder dem Feuchtigkeits-Adsorptionselement bzw. dem Stickoxid-Adsorptionselement Wärmeenergie entziehen kann, kann als Bestandteil der Temperatur-Steuerungseinheit ausgebildet sein.
  • Die Wärmeentzugsvorrichtung ist vorzugsweise als thermoelektrischer Generator ausgebildet, der Wärme insbesondere in Form eines über einem thermoelektrischen Element abfallenden Temperaturgradienten in elektrische Leistung umwandelt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Wärmeentzugsvorrichtung als Rankine-Prozess-Einheit ausgebildet ist. Hierbei wird mithilfe des Clausius-Rankine-Prozesses dem Abgas entzogene Wärme in mechanische oder elektrische Energie umgewandelt. Weiter alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Wärmeentzugsvorrichtung als Wärmezwischenspeicher ausgebildet ist.
  • Vorzugsweise ist/sind mindestens eine weitere Energiequelle und/oder mindestens ein weiterer Verbraucher mit dem Energiewandler und/oder dem Energiespeicher in Wirkverbindung bringbar, oder steht/stehen in Wirkverbindung mit diesem/diesen. Als weitere Energiequelle kommt beispielsweise ein Generator infrage, der von der Brennkraftmaschine angetrieben oder im Wege der Rekuperation kinetische Energie in elektrische Energie umwandelt. Als weiterer Verbraucher kommt insbesondere eine elektrische Maschine infrage, welche das Kraftfahrzeug, das das Abgasnachbehandlungssystem aufweist, antreibt. Ein solches Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungssystems ist besonders gut geeignet zum Einsatz in einem Hybrid-Fahrzeug, insbesondere wenn ein serieller Hybridantrieb vorgesehen ist. In diesem Fall ist es möglich, dass die weitere Energiequelle und der weitere Verbraucher, nämlich der Generator und die elektrische Maschine, durch ein und dasselbe Element bereitgestellt werden, welches abhängig von einem Betriebszustand des Kraftfahrzeugs entweder als Generator oder als Motor betrieben wird. Es ist auch möglich, dass das Kraftfahrzeug zwei elektrische Maschinen aufweist, die vorzugsweise betriebsabhängig jeweils entweder als Generator oder als Motor betrieben werden.
  • In jedem Fall zeigt sich, dass das Abgasnachbehandlungssystem besonders vorteilhaft in Zusammenhang mit einem Hybridantrieb eingesetzt werden kann, wobei insbesondere durch den Hybridantrieb zur Verfügung stehende, überschüssige Energie zum Aufheizen des Abgases genutzt werden kann, während dem Abgas entzogene Wärme für den Hybridantrieb nutzbar gemacht werden kann. Dabei können diese Vorgänge über den Energiespeicher zeitlich und/oder räumlich entkoppelt werden. Somit ist eine optimale, bedarfsgerechte Steuerung und/oder Regelung möglich.
  • Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 7 geschaffen wird. Das Verfahren dient insbesondere dem Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 6. Im Rahmen des Verfahrens wird Abgas von einer Brennkraftmaschine durch eine Abgasleitung einer Reduktionsvorrichtung zur Reduktion von Stickoxiden zugeführt. Stromaufwärts der Reduktionsvorrichtung wird das Abgas durch eine Adsorptionseinrichtung geleitet, die zur Adsorption von Feuchtigkeit und Stickoxiden vorgesehen ist. Insbesondere in einem Betriebszustand, in welchem die Reduktionsvorrichtung, für die vorzugsweise ein sogenannter SCR-Katalysator verwendet wird, eine Anspringtemperatur noch nicht erreicht oder überschritten hat, werden Stickoxide aus dem Abgas in der Adsorptionseinrichtung adsorbiert. Diese werden somit nicht oder nur in geringem Maß an die Umwelt abgegeben, obwohl sie noch nicht effizient in der Reduktionsvorrichtung reduziert werden. Erreicht oder überschreitet die Reduktionsvorrichtung ihre Anspringtemperatur, ist es möglich, die Stickoxide aus der Adsorptionseinrichtung zu desorbieren und der Reduktionsvorrichtung zur Reduktion zuzuführen. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Abgas stromaufwärts der Reduktionsvorrichtung und stromabwärts der Adsorptionseinrichtung durch eine Wärmezufuhrvorrichtung erwärmt wird, wenn eine Temperatur der Reduktionsvorrichtung einen ersten vorherbestimmten Wert unterschreitet. Hierdurch ist es möglich, die Reduktionsvorrichtung rasch auf eine Temperatur zu bringen, die dem ersten vorherbestimmten Wert entspricht beziehungsweise diesen überschreitet. Weiterhin ist es möglich, die Reduktionsvorrichtung auch bei an sich relativ kaltem Abgas oder bei einem temporären Stillstand der Brennkraftmaschine auf einer Temperatur zu halten, die größer oder gleich dem ersten vorherbestimmten Wert ist.
  • Der erste vorherbestimmte Wert wird vorzugsweise so gewählt, dass er der Anspringtemperatur der Reduktionsvorrichtung entspricht. Damit beträgt dieser vorzugsweise von mindestens 150 °C bis höchstens 300 °C, vorzugsweise von mindestens 200 °C bis höchstens 250 °C.
  • Die Wärmezufuhrvorrichtung wird demnach bevorzugt aktiviert, wenn die Temperatur der Reduktionsvorrichtung den ersten vorherbestimmten Wert unterschreitet. Dies ist insbesondere nach einem Kaltstart eines Kraftfahrzeugs, welches das Abgasnachbehandlungssystem aufweist, der Fall. Auch im laufenden Betrieb ist es jedoch insbesondere bei einem Hybridfahrzeug möglich, dass die Temperatur der Reduktionsvorrichtung den ersten vorherbestimmten Wert unterschreitet. In diesem Fall wird vorzugsweise die Wärmezufuhrvorrichtung besonders bevorzugt durch die Temperatur-Steuerungseinheit aktiviert. Erreicht oder überschreitet die Temperatur der Reduktionsvorrichtung den ersten, vorherbestimmten Wert, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Wärmezufuhrvorrichtung deaktiviert wird, insbesondere von der Temperatur-Steuerungseinheit.
  • Bevorzugt ist ein Temperatursensor vorgesehen, welcher die Temperatur der Reduktionsvorrichtung erfasst und mit der Temperatur-Steuerungseinheit so in Wirkverbindung steht, dass der erfasste Wert an diese weiterleitbar und von dieser verarbeitbar ist. Insbesondere ist auf diese Weise bevorzugt eine Temperaturregelung für die Reduktionsvorrichtung möglich.
  • Es zeigt sich nach allem, dass das Abgas mithilfe der Wärmezufuhrvorrichtung gezielt erwärmt werden kann, um die Reduktionsvorrichtung möglichst rasch aufzuheizen und auf eine Betriebstemperatur zu bringen beziehungsweise auf dieser zu halten.
  • Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass dem Abgas mittels einer Wärmeentzugsvorrichtung stromaufwärts der Adsorptionseinrichtung Wärme entzogen wird, wenn die Temperatur der Reduktionsvorrichtung niedriger ist als der erste vorherbestimmte Wert, wobei zugleich mindestens ein Kriterium für eine verbesserte Stickoxid-Adsorption in der Adsorptionseinrichtung bei abgesenkter Abgastemperatur erfüllt ist. Dies bedeutet, dass ein Betriebszustand vorliegt, in dem einerseits die Reduktionsvorrichtung noch keine effiziente Reduktion von Stickoxiden bewirken kann, wobei andererseits die Speicherkapazität des Stickoxid-Adsorptionselements dadurch erhöht werden kann, dass die Abgastemperatur abgesenkt wird. Die Speicherkapazität ist nämlich temperaturabhängig derart, dass sie bei höherer Temperatur niedriger ist als bei tieferer Temperatur. Beispielsweise ist es möglich, dass die temperaturabhängige Speicherkapazität bei einer momentan vorliegenden Abgastemperatur bereits ausgeschöpft, das Stickoxid-Adsorptionselement demnach gesättigt ist. Zugleich ist es möglich, dass durch Absenken der Abgastemperatur eine Erhöhung der Stickoxid-Speicherkapazität erreichbar ist, sodass weitere Stickoxide aus dem Abgas in dem bei der momentan herrschenden Abgastemperatur gesättigten Stickoxid-Adsorptionselement gespeichert beziehungsweise adsorbiert werden können. Ist dies der Fall, wird die Abgastemperatur vorzugsweise mithilfe der Wärmeentzugsvorrichtung abgesenkt, um weitere Stickoxide in dem Stickoxid-Adsorptionselement speichern zu können. Zur Feststellung des Beladungszustands der Adsorptionseinrichtung wird vorzugsweise ein von dem Feuchtigkeitssensor ausgegebenes Signal bevorzugt in der Temperatur-Steuerungseinheit ausgewertet. Vorzugsweise ist alternativ oder zusätzlich ein Temperatursensor vorgesehen, welcher die Temperatur in der Adsorptionseinrichtung erfasst. Besonders bevorzugt ist in der Temperatur-Steuerungseinheit ein Kennfeld hinterlegt, welches die temperaturabhängige Speicherkapazität der Adsorptionseinrichtung, insbesondere des Stickoxid-Adsorptionselements beschreibt. Es ist dann möglich, wenigstens eines der Signale des Feuchtigkeitssensors und/oder des Temperatursensors besonders bevorzugt mithilfe des Kennfelds als Kriterium für die verbesserte Stickoxid-Adsorption bei abgesenkter Abgastemperatur heranzuziehen.
  • Die Abgastemperatur wird vorzugsweise nicht abgesenkt, wenn die Temperatur der Reduktionsvorrichtung einen Wert aufweist, bei dem diese effizient arbeitet. In diesem Fall ist es nämlich nicht nötig, die Speicherkapazität des Stickoxid-Adsorptionselements weiter zu erhöhen, weil von dem Abgas umfasste Stickoxide ohne Weiteres durch die Reduktionsvorrichtung reduziert werden.
  • Alternativ wird dem Abgas mittels der Wärmeentzugsvorrichtung stromaufwärts der Adsorptionseinrichtung Wärme entzogen, wenn die Temperatur der Reduktionsvorrichtung einen zweiten vorherbestimmten Wert überschreitet. Dem liegt zugrunde, dass die Wirksamkeit der Reduktionsvorrichtung, insbesondere des SCR-Katalysators ab einer vorherbestimmten Temperatur mit weiter steigender Temperatur abnimmt. Der zweite vorherbestimmte Wert entspricht daher vorzugsweise einer Temperatur, ab der die Wirksamkeit der Reduktionsvorrichtung mit steigender Temperatur abnimmt. Insbesondere beträgt der zweite vorherbestimmte Wert vorzugsweise von mindestens 350 °C bis höchstens 450 °C, vorzugsweise 400 °C. In diesem Fall ist es sinnvoll, dem Abgas mittels der Wärmeentzugsvorrichtung Wärme zu entziehen, um die Temperatur der Reduktionsvorrichtung in einem Bereich zu halten, in dem diese ihre optimale Wirksamkeit entfalten und Stickoxide möglichst effizient reduzieren kann. Insbesondere ist in diesem Betriebszustand vorzugsweise die Wärmezufuhrvorrichtung deaktiviert, sodass dem Abgas nicht stromaufwärts der Reduktionsvorrichtung Wärme zugeführt wird.
  • Abhängig von dem Betriebszustand des Kraftfahrzeugs beziehungsweise des Abgasnachbehandlungssystems wird die Wärmeentzugsvorrichtung vorzugsweise durch die Temperatur-Steuerungseinheit aktiviert oder deaktiviert. Besonders bevorzugt wird die Kühlleistung der Wärmeentzugsvorrichtung oder eine zu erreichende Abgastemperatur durch die Temperatur-Steuerungseinheit gesteuert und/oder geregelt. Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Temperatur des Abgases stromaufwärts der Adsorptionseinrichtung in gesteuerter und/oder geregelter Weise auf einen dritten vorherbestimmten Wert erhöht oder über den dritten vorherbestimmten Wert hinaus erhöht wird, wenn mindestens ein Kriterium zur Durchführung einer Desorption von Stickoxiden und/oder von Feuchtigkeit aus der Adsorptionseinrichtung erfüllt ist. Als Kriterium wird hierbei insbesondere bevorzugt das Signal des Feuchtigkeitssensors herangezogen, der eine temperaturabhängige Sättigung des Feuchtigkeits-Adsorptionselements und damit zugleich bevorzugt auch des Stickoxid-Adsorptionselements anzeigt. Es ist auch möglich, zusätzlich oder alternativ ein Signal eines Temperatursensors heranzuziehen, welcher eine Temperatur der Adsorptionseinrichtung erfasst. Weiterhin ist es alternativ oder zusätzlich möglich, mindestens ein Signal von mindestens einer Abgassonde, insbesondere einer Stickoxid-Sonde zur Messung der Stickoxid-Konzentration im Abgas stromabwärts der Adsorptionseinrichtung heranzuziehen, um eine Beladung und insbesondere eine Sättigung derselben festzustellen.
  • Insbesondere wird vorzugsweise ermittelt, ob durch Wärmeentzug mittels der Wärmeentzugsvorrichtung noch eine weitere Stickoxid-Einspeicherung in das Stickoxid-Adsorptionselements möglich ist, oder ob dies nicht mehr oder nur noch in unwesentlichem Maß möglich ist. Alternativ oder zusätzlich wird ausgewertet, ob die in dem Stickoxid-Adsorptionselement gespeicherte Stickoxid-Menge einen temperaturabhängigen Grenzwert überschreitet.
  • Alternativ wird eine Temperatur des Abgases stromaufwärts der Adsorptionseinrichtung vorzugsweise in gesteuerter und/oder geregelter Weise auf den dritten vorherbestimmten Wert oder über diesen hinaus erhöht, wenn ein baldiges Abstellen der Brennkraftmaschine erkannt wird. Dabei wird vorzugsweise in dem Motorsteuergerät anhand charakteristischer Merkmale, beispielsweise einer Abfolge von Vor- und Rückfahrbewegungen, welche einem Einparken in Verbindung mit Lenkbewegungen entsprechen, erkannt, dass voraussichtlich die Brennkraftmaschine bald abgestellt wird. Die Abgastemperatur wird dann vorzugsweise erhöht, um Feuchtigkeit und Stickoxide aus der Adsorptionseinrichtung zu desorbieren, insbesondere diese möglichst vollständig zu entleeren. Dies wird auch als sogenanntes heißes Abstellen bezeichnet. Die Adsorptionseinrichtung steht dann nach einem erneuten Start der Brennkraftmaschine mit weitestgehend wiederhergestellter Speicherkapazität zur Verfügung. Dies ist insbesondere vor einem längeren Stillstand der Brennkraftmaschine, welcher zu einem Auskühlen der Reduktionsvorrichtung führt, besonders vorteilhaft.
    Insgesamt dient die Temperaturerhöhung des Abgases stromaufwärts der Adsorptionseinrichtung einer Desorption von Stickoxiden und/oder Feuchtigkeit aus der Adsorptionseinrichtung, um diese zu regenerieren beziehungsweise deren Speicherkapazität zumindest weitestgehend wiederherzustellen. Eine solche Desorption wird vorzugsweise in einem Betriebszustand durchgeführt, in welchem die Reduktionsvorrichtung ihre Anspringtemperatur erreicht oder überschritten hat, sodass die desorbierten Stickoxide in der Reduktionsvorrichtung reduziert werden können.
  • Dabei erfolgt die Temperaturerhöhung stromaufwärts der Adsorptionseinrichtung vorzugsweise durch Verstellen eines Betriebs der Brennkraftmaschine in einen wirkungsgradärmeren Betriebszustand, sodass Abgas mit erhöhter Temperatur erzeugt wird. Hierzu kann/können beispielsweise eine Ventilsteuerung, eine Einspritzsteuerung, eine Androsselung des Abgas- und/oder Luftpfads, eine Veränderung des Turboladerbetriebs, eine Veränderung der Abgasrückführung und/oder andere geeignete Maßnahmen herangezogen werden. Um gezielt die Temperatur des Abgases stromaufwärts der Adsorptionseinrichtung erhöhen zu können, wirkt die Temperatur-Steuerungseinheit vorzugsweise mit dem Motorsteuergerät zusammen.
  • Während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine erfolgt ohnehin eine Desorption von Feuchtigkeit und/oder Stickoxiden in der Adsorptionseinrichtung, wenn die Abgastemperatur eine materialspezifische Desorptionstemperatur der Adsorptionselemente überschreitet beziehungsweise die Adsorptionseinrichtung über die Desorptionstemperatur aufgeheizt wird. In einem solchen Betriebszustand hat vorzugsweise auch bereits die Reduktionsvorrichtung ihre Anspringtemperatur erreicht oder überschritten, sodass die desorbierten Stickoxide in ihr reduziert werden können.
  • In Hinblick auf das Verfahren werden insbesondere auch Ausführungsformen bevorzugt, welche mindestens ein Verfahrensschritt umfassen, welcher durch mindestens ein Vorrichtungsmerkmal des Abgasnachbehandlungssystems oder Kombinationen hiervon vorgegeben ist. Umgekehrt werden Ausführungsbeispiele des Abgasnachbehandlungssystems bevorzugt, welche mindestens ein Merkmal aufweisen, welches zur Durchführung mindestens eines der hier beschriebenen Verfahrensschritte oder Kombinationen hiervon vorgesehen ist.
  • Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 geschaffen wird. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass es ein Abgasnachbehandlungssystem nach einem der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Alternativ oder zusätzlich zeichnet sich das Kraftfahrzeug dadurch aus, dass es zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der hier beschriebenen Ausführungsformen eingerichtet ist. Damit verwirklichen sich in Zusammenhang mit dem Kraftfahrzeug die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Abgasnachbehandlungssystem und dem Verfahren erläutert wurden.
  • Besonders bevorzugt umfasst das Kraftfahrzeug ein Motorsteuergerät, welches zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der hier genannten Ausführungsformen eingerichtet ist.
  • Vorzugsweise weist das Kraftfahrzeug einen Hybridantrieb, insbesondere einen seriellen Hybridantrieb auf.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige
    • Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Abgasnachbehandlungssystems.
  • Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Abgasnachbehandlungssystems 1, das eine Abgasleitung 3 aufweist, durch welche Abgas von einer Brennkraftmaschine 5 weggeführt wird.
  • Es ist eine Reduktionsvorrichtung 7 vorgesehen, die vorzugsweise als SCR-Katalysator ausgebildet ist, und durch die von dem Abgas umfasste Stickoxide reduziert werden können. Hierzu wird dem Abgas stromaufwärts der Reduktionsvorrichtung 7 durch eine Zuführvorrichtung 9 über eine Leitung 11 eine Harnstoff-Wasser-Lösung zugeführt, wobei der mit dem Abgas vermischte Harnstoff zu Ammoniak umgesetzt wird, mit welchem in der Reduktionsvorrichtung 7 die von dem Abgas umfassten Stickoxide zu elementarem Stickstoff und Wasser reagieren.
  • Insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 5 weist die Reduktionsvorrichtung eine Temperatur auf, die unterhalb einer sogenannten Anspringtemperatur liegt, ab welcher die Reduktionsvorrichtung 7 effizient wirkt. Um gleichwohl zu verhindern, dass Stickoxide in die Umwelt gelangen, ist stromaufwärts der Reduktionsvorrichtung eine Adsorptionseinrichtung 13 angeordnet, die ein Feuchtigkeits-Adsorptionselement 15 und ein Stickoxid-Adsorptionselement 17 umfasst. Diese sind vorzugsweise separat voneinander und - in Strömungsrichtung des Abgases gesehen - durch einen Abstand voneinander getrennt, wobei in dem Abstand ein Feuchtigkeitssensor 19 angeordnet ist. Durch diesen ist ein Feuchtigkeitsgehalt des durch die Adsorptionseinrichtung 13 strömenden Abgases zwischen dem Feuchtigkeits-Adsorptionselement 15 und dem Stickoxid-Adsorptionselement 17 messbar. Insbesondere ist ein sogenannter Feuchtigkeitsdurchbruch detektierbar, wenn das Feuchtigkeits-Adsorptionselement 15 seine maximale Speicherkapazität erreicht beziehungsweise überschreitet.
  • Das Abgasnachbehandlungssystem 1 umfasst eine Temperatur-Steuerungseinrichtung 21, die eine nicht dargestellte Temperatur-Steuerungseinheit, eine mit dieser in Wirkverbindung stehende Wärmezufuhrvorrichtung 23 und eine ebenfalls mit der Temperatur-Steuerungseinheit in Wirkverbindung stehende Wärmeentzugsvorrichtung 25 umfasst. Dabei ist die Wärmezufuhrvorrichtung 23 stromaufwärts der Reduktionsvorrichtung 7 und stromabwärts der Adsorptionseinrichtung 13 angeordnet. Die Wärmeentzugsvorrichtung 25 ist stromaufwärts der Adsorptionseinrichtung 13 und stromabwärts der Brennkraftmaschine 5 angeordnet.
  • Es zeigt sich, dass bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungssystems 1 die Brennkraftmaschine 5, die Adsorptionseinrichtung 13 und die Reduktionsvorrichtung 7 entlang der Abgasleitung 3 in Reihe angeordnet sind. Weiterhin zeigt sich, dass insgesamt die Brennkraftmaschine 5, die Wärmeentzugsvorrichtung 25, die Adsorptionseinrichtung 13, die Wärmezufuhrvorrichtung 23 und die Reduktionsvorrichtung 7 in der genannten Reihenfolge entlang der Abgasleitung 3 in Reihe angeordnet sind.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungssystems 1 sind die Wärmeentzugsvorrichtung 25 und die Wärmezufuhrvorrichtung 23 über nicht dargestellte Energiewandler und einen als elektrische Speichereinrichtung ausgebildeten Energiespeicher 27, der insbesondere als Akkumulator oder Batterie ausgebildet ist, miteinander gekoppelt. Beispielsweise ist es möglich, dass im Bereich der Wärmeentzugsvorrichtung 25 ein thermoelektrischer Generator vorgesehen ist, welcher die von der Wärmeentzugsvorrichtung 25 dem Abgas entnommene Wärme in elektrische Energie umwandelt, die dem Energiespeicher 27 zugeführt wird. Weiterhin ist es möglich, dass im Bereich der Wärmezufuhrvorrichtung 23 ein elektrischer Heizer vorgesehen ist, welcher dem Energiespeicher 27 entnommene elektrische Energie in Wärme umwandelt, die mittels der Wärmezufuhrvorrichtung 23 dem Abgas zugeführt wird.
  • Durch Pfeile P, P' ist in der Figur schematisch angedeutet, dass mit dem Energiespeicher 27 weitere Energiequellen beziehungsweise weitere Verbraucher verbindbar und/oder verbunden sind. Beispielsweise ist es möglich, dass das Abgasnachbehandlungssystem 1 in einem Hybridfahrzeug, insbesondere mit seriellem Hybridantrieb, eingesetzt wird, wobei der Energiespeicher 27 mit einem Generator und/oder einem Elektromotor wirkverbunden ist.
  • Wie bereits beschrieben, werden Stickoxide insbesondere dann in dem Stickoxid-Adsorptionselement 17 gespeichert, wenn die Reduktionsvorrichtung 7 ihre Anspringtemperatur unterschreitet.
  • Es ist möglich, das Abgas stromaufwärts der Adsorptionseinrichtung 13 mithilfe der Wärmeentzugsvorrichtung 25 zu kühlen, um die temperaturabhängige Speicherkapazität des Feuchtigkeits-Adsorptionselements 15 und/oder des Stickoxid-Adsorptionselements 17 zu erhöhen.
  • Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, das Abgas stromabwärts der Adsorptionseinrichtung 13 und stromaufwärts der Reduktionsvorrichtung 7 mithilfe der Wärmezufuhrvorrichtung 23 zu heizen, um möglichst rasch in der Reduktionsvorrichtung 7 die Anspringtemperatur zu erreichen und/oder diese zu halten.
  • Überschreitet die Temperatur der Reduktionsvorrichtung 7 einen Wert, ab dem ihre Wirksamkeit mit steigender Temperatur abnimmt, ist es wiederum möglich, das Abgas mithilfe der Wärmeentzugsvorrichtung 25 zu kühlen, um die Reduktionsvorrichtung 7 in einen Temperaturbereich zu bringen, in dem sie effizient arbeitet. In diesem Fall wird selbstverständlich bevorzugt dem Abgas keine Wärme mittels der Wärmezufuhrrichtung 23 zugeführt.
  • Weist die Temperatur der Reduktionsvorrichtung 7 einen Wert auf, bei welchem diese effizient arbeitet, ist es möglich, die in der Adsorptionseinrichtung 13 adsorbierte Feuchtigkeit und/oder die adsorbierten Stickoxide freizusetzen beziehungsweise zu desorbieren. Dies erfolgt im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 5 ohnehin dann, wenn das Abgas eine bestimmte Temperatur überschreitet beziehungsweise wenn die Adsorptionseinrichtung 13 aufgeheizt durch das Abgas eine vorherbestimmte Desorptionstemperatur erreicht oder überschreitet. Die freigesetzten Stickoxide werden dann von der Reduktionsvorrichtung 7 reduziert.
  • Soll dagegen die Adsorptionseinrichtung 13 aktiv durch Desorption beispielsweise bei Erreichen ihrer Speicherkapazitätsgrenze oder bei einem sogenannten heißen Abstellen entladen werden, erfolgt dies bevorzugt dadurch, dass mindestens ein Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 5 so verstellt wird, dass ein niedrigerer Wirkungsgrad mit erhöhter Abgastemperatur erzielt wird. Das aufgeheizte Abgas erhöht die Temperatur in der Adsorptionseinrichtung 13, sodass die Feuchtigkeit und die Stickoxide desorbiert werden.
  • Das aus der Reduktionsvorrichtung 7 ausströmende Abgas wird vorzugsweise entlang der Abgasleitung 3 einem Auslass oder Auspuff zugeführt, wobei stromabwärts der Reduktionsvorrichtung 7 mindestens eine weitere Abgasnachbehandlungskomponente vorgesehen sein kann. Ebenso ist es möglich, dass stromabwärts der Brennkraftmaschine 5 und stromaufwärts der Wärmeentzugsvorrichtung 25 mindestens ein weiteres Abgasnachbehandlungselement vorgesehen ist. Es ist auch möglich, dass zwischen den in der Figur dargestellten und bisher beschriebenen Elementen weitere Abgasnachbehandlungselemente vorgesehen sind. Insbesondere ist es auch möglich, dass entlang der Abgasleitung 3 mindestens ein weiteres, typischerweise von einem Abgasstrang umfasstes Element wie beispielsweise eine Turbine eines Turboladers vorgesehen ist.
  • Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des Abgasnachbehandlungssystems 1, des Verfahrens und des Kraftfahrzeugs eine hocheffiziente, bedarfsgerecht temperaturgesteuerte und/oder geregelte Abgasnachbehandlung möglich ist, wobei das Abgasnachbehandlungssystem 1 in Hinblick auf den Strömungspfad des Abgases einfach aufgebaut sein kann.

Claims (10)

  1. Abgasnachbehandlungssystem (1) für eine Brennkraftmaschine (5), mit einer Abgasleitung (3) zur Ableitung von Abgas von der Brennkraftmaschine (5), einer Reduktionsvorrichtung (7) zur Reduktion von Stickoxiden in dem Abgas, einer stromaufwärts der Reduktionsvorrichtung (7) angeordneten Adsorptionseinrichtung (13), die ein Stickoxid-Adsorptionselement (17) umfasst, und einer Temperatur-Steuerungseinrichtung (21), die mindestens eine Temperatur-Steuerungseinheit aufweist, mit der eine Temperatur zumindest in einem Bereich des Abgasnachbehandlungssystems (1) aktiv steuerbar und/oder regelbar ist, wobei die Temperatursteuerungseinrichtung (21) mindestens eine durch die Temperatur-Steuerungseinheit ansteuerbare Wärmezufuhrvorrichtung (23) aufweist, wobei die Wärmezufuhrvorrichtung (23) stromaufwärts der Reduktionsvorrichtung (7) und stromabwärts der Adsorptionseinrichtung (13) angeordnet ist, sodass dem Abgas mithilfe der Wärmezufuhrvorrichtung (23) Wärme zuführbar ist, wobei die Temperatur-Steuerungseinrichtung (21) mindestens eine durch die Temperatur-Steuerungseinheit ansteuerbare Wärmeentzugsvorrichtung (25) aufweist, die stromaufwärts der Adsorptionseinrichtung (13) angeordnet ist, sodass mittels der Wärmeentzugsvorrichtung (25) Wärme aus dem Abgas entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorptionseinrichtung (13) ein Feuchtigkeits-Adsorptionselement (15) aufweist und dass die Wärmezufuhrvorrichtung (23) und die Wärmeentzugsvorrichtung (25) a) direkt über eine Wärmeleitungseinrichtung, oder b) indirekt über mindestens einen Energiewandler und/oder mindestens einen Energiespeicher (27) miteinander in Wirkverbindung sind.
  2. Abgasnachbehandlungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmezufuhrvorrichtung (23) als elektrischer Heizer und/oder als Wärmetauscher ausgebildet ist.
  3. Abgasnachbehandlungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorptionseinrichtung (13) und die Reduktionsvorrichtung (7) entlang der Abgasleitung (3) in Reihe angeordnet sind.
  4. Abgasnachbehandlungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feuchtigkeits-Adsorptionselement (15) und das Stickoxid-Adsorptionselement (17) a) integral miteinander ausgebildet, oder b) separat voneinander angeordnet sind.
  5. Abgasnachbehandlungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeentzugsvorrichtung (25) als thermoelektrischer Generator, als Rankine-Prozess-Einheit und/oder als Wärmezwischenspeicher ausgebildet ist.
  6. Abgasnachbehandlungssystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Energiequelle und/oder mindestens ein weiterer Verbraucher mit dem Energiewandler und/oder dem Energiespeicher in Wirkverbindung bringbar ist/sind oder in Wirkverbindung steht/stehen.
  7. Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Abgas von einer Brennkraftmaschine (5) durch eine Abgasleitung (3) einer Reduktionsvorrichtung (7) zur Reduktion von Stickoxiden zugeführt wird, wobei das Abgas stromaufwärts der Reduktionsvorrichtung (7) durch eine Adsorptionseinrichtung (13) geleitet wird, die zur Adsorption von Stickoxiden vorgesehen ist, wobei dem Abgas mittels einer Wärmeentzugsvorrichtung (25) stromaufwärts der Adsorptionseinrichtung (13) Wärme entzogen wird, wobei das Abgas stromaufwärts der Reduktionsvorrichtung (7) und stromabwärts der Adsorptionseinrichtung (13) durch eine Wärmezufuhrvorrichtung (23) erwärmt wird, wenn eine Temperatur der Reduktionsvorrichtung (7) einen ersten vorherbestimmten Wert unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorptionseinrichtung (13) zur Adsorption von Feuchtigkeit vorgesehen ist, und dass das Abgas mittels der durch die Wärmeentzugsvorrichtung (25) entzogenen Wärme erwärmt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abgas mittels der Wärmeentzugsvorrichtung (25) stromaufwärts der Adsorptionseinrichtung (13) Wärme entzogen wird, wenn a) die Temperatur der Reduktionsvorrichtung (7) niedriger ist als der erste vorherbestimmte Wert und mindestens ein Kriterium für eine verbesserte Stickoxid-Adsorption in der Adsorptionseinrichtung (13) bei abgesenkter Abgastemperatur erfüllt ist, oder wenn b) die Temperatur der Reduktionsvorrichtung (7) einen zweiten vorherbestimmten Wert überschreitet.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur des Abgases stromaufwärts der Adsorptionseinrichtung (13) in gesteuerter und/oder geregelter Weise auf oder über einen dritten vorherbestimmten Wert erhöht wird, wenn a) mindestens ein Kriterium zur Durchführung einer Desorption von Stickoxiden und/oder Feuchtigkeit aus der Adsorptionseinrichtung (13) erfüllt ist, oder wenn b) ein baldiges Abstellen der Brennkraftmaschine (5) erkannt wird.
  10. Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug ein Abgasnachbehandlungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist, und/oder das Kraftfahrzeug eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 9.
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