DE102012212415A1 - Abgasnachbehandlungssystem für Kompressionszündungsmotoren - Google Patents

Abgasnachbehandlungssystem für Kompressionszündungsmotoren Download PDF

Info

Publication number
DE102012212415A1
DE102012212415A1 DE102012212415A DE102012212415A DE102012212415A1 DE 102012212415 A1 DE102012212415 A1 DE 102012212415A1 DE 102012212415 A DE102012212415 A DE 102012212415A DE 102012212415 A DE102012212415 A DE 102012212415A DE 102012212415 A1 DE102012212415 A1 DE 102012212415A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
catalyst
engine
exhaust
aftertreatment system
nox
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102012212415A
Other languages
English (en)
Inventor
Chang H. Kim
Gongshin Qi
Wei Li
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of DE102012212415A1 publication Critical patent/DE102012212415A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9459—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
    • B01D53/9477—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on separate bricks, e.g. exhaust systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9495—Controlling the catalytic process
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F01N13/0093—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series the purifying devices are of the same type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/10—Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

Ein Verbrennungsmotor, der ausgelegt ist, um in einem Verbrennungsmodus mit Kompressionszündung zu arbeiten, umfasst ein Abgasnachbehandlungssystem. Das Abgasnachbehandlungssystem umfasst eine Katalysatorvorrichtung, die stromaufwärts einer Vorrichtung für ammoniakselektive katalytische Reduktion fluidisch angeschlossen ist. Die, Katalysatorvorrichtung umfasst ein erstes, zweites und drittes Element, die in Reihe fluidverbunden sind. Das erste Element umfasst ein Dreiwegekatalysatorelement, das zweite Element umfasst einen NOx-Adsorber und das dritte Element umfasst ein Oxidationskatalysatorelement.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung betrifft die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren mit Kompressionszündung.
  • HINTERGRUND
  • Die Angaben in diesem Abschnitt sehen lediglich Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung vor. Demgemäß sollen diese Angaben nicht eine Aufnahme des Stands der Technik darstellen.
  • Verbrennungsmotoren mit Kompressionszündung arbeiten bei mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnissen, um wünschenswerte Kraftstoffwirtschaftlichkeiten zu erreichen. Ein magerer Motorbetrieb kann Stickoxide (NOx) erzeugen, wenn sich in einer Motoransaugluft vorhandene Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle bei den hohen Verbrennungstemperaturen spalten. Die Raten der NOx-Erzeugung folgen bei dem Verbrennungsprozess bekannten Beziehungen, wobei zum Beispiel höhere Raten einer NOx-Erzeugung höheren Verbrennungstemperaturen und einem längeren Einwirken der höheren Temperaturen auf Luftmoleküle zugeordnet sind.
  • NOx-Moleküle können in Nachbehandlungsvorrichtungen zu elementarem Stickstoff und Sauerstoff reduziert werden. Die Wirksamkeit bekannter Nachbehandlungsvorrichtungen hängt von Betriebsbedingungen ab, welche die Betriebstemperatur umfassen, die Abgasströmungstemperaturen und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors zugeordnet ist. Nachbehandlungsvorrichtungen umfassen Materialien, die zu Beschädigung oder Degradation neigen, wenn sie erhöhten Temperaturen und/oder Schadstoffen in dem Abgaszustrom ausgesetzt werden.
  • Nachbehandlungssysteme umfassen katalytische Vorrichtungen zum Erzeugen chemischer Reaktionen, um Abgasbestandteile zu behandeln. Dreiwege-Katalysatorvorrichtungen (TWC) oxidieren und reduzieren Abgasbestandteile. NOx-Adsorber speichern NOx, das anschließend unter bestimmten Motorbetriebsbedingungen desorbiert und reduziert werden kann. Eine bekannte Strategie umfasst das Verwenden eines NOx-Adsorbers, um während Magerbetrieben NOx-Emissionen speichern, und dann unter Verwenden eines TWC während fetter Motorbetriebsbedingungen das Abführen und Reduzieren des gespeicherten NOx zu Stickstoff und Wasser. Partikelfilter (DPF) können Partikelmaterial in dem Abgaszustrom entfernen, das dann periodisch, z. B. während Regenerationsvorgängen bei hoher Temperatur, abgeführt werden kann.
  • Eine bekannte Nachbehandlungsvorrichtung ist eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR). Die SCR-Vorrichtung umfasst katalytisches Material, das die Reaktion von NOx mit einem Reduktionsmittel wie etwa Ammoniak (NH3) oder Harnstoff fördert, um Stickstoff und Wasser zu erzeugen. Reduktionsmittel, z. B. Harnstoff, können stromaufwärts der SCR-Vorrichtung in einen Abgaszustrom eingespritzt werden, was ein Einspritzsystem, einen Speichertankt und ein Steuerschema erfordert. Reduktionsmittel, z. B. NH3, können während bestimmter Motorbetriebsbedingungen stromaufwärts der SCR-Vorrichtung in einem Abgaszustrom erzeugt werden.
  • In den SCR-Vorrichtungen verwendete Materialien umfassen Vanadium (V) und Wolfram (W) auf Titan (Ti) und unedlen Metallen, einschließlich Eisen (Fe) oder Kupfer (Cu), mit einem Zeolith-Washcoat. Katalytische Materialien, die Kupfer umfassen, können bei niedrigeren Temperaturen effektiv arbeiten, haben aber bei höheren Temperaturen nachweislich eine schlechte thermische Beständigkeit. Katalytische Materialien, die Eisen umfassen, können bei höheren Temperaturen gut arbeiten, jedoch mit abnehmendem Wirkungsgrad der Reduktionsmittelspeicherung bei niedrigeren Temperaturen.
  • Bekannte SCR-Vorrichtungen arbeiten vorzugsweise in einem Betriebstemperaturbereich von 150°C bis 600°C. Der Temperaturbereich kann abhängig von den Katalysatormaterialien schwanken. Ein Betriebstemperaturbereich kann während oder nach einem Betrieb bei höherer Motorlast sinken. Temperaturen über 600°C können dazu führen, dass Reduktionsmittel durchbrechen und einen SCR-Katalysator degradieren, während die Wirksamkeit der NOx-Verarbeitung bei Temperaturen unter 150°C abnimmt.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Verbrennungsmotor, der ausgelegt ist, um in einem Verbrennungsmodus mit Kompressionszündung zu arbeiten, umfasst ein Abgasnachbehandlungssystem. Das Abgasnachbehandlungssystem umfasst eine Katalysatorvorrichtung, die stromaufwärts einer Vorrichtung für ammoniakselektive katalytische Reduktion fluidisch angeschlossen ist. Die Katalysatorvorrichtung umfasst ein erstes, zweites und drittes Element, die in Reihe fluidverbunden sind. Das erste Element umfasst ein Dreiwegekatalysatorelement, das zweite Element umfasst einen NOx-Adsorber und das dritte Element umfasst ein Oxidationskatalysatorelement.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Nun werden beispielhaft ein oder mehrere Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben, wobei:
  • 1 schematisch einen Teil eines einzelnen Zylinders eines Verbrennungsmotors mit Kompressionszündung und ein Abgasnachbehandlungssystem gemäß der Offenbarung veranschaulicht;
  • 2 graphisch Daten zeigt, die einem Betreiben eines Motorsystems zugeordnet sind, das mit einem offenbarungsgemäßen Nachbehandlungssystemausgestattet ist, das stromaufwärts eines NH3-SCR-Katalysators einen bekannten katalytischen Konverter umfasst;
  • 3 graphisch Daten zeigt, die das Betreiben eines Motorsystems veranschaulichen, das mit einer Ausführungsform des passiven NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystems gemäß der Offenbarung ausgestattet ist;
  • 4 graphisch Konzentrationen von Rohemissions-H2 und H2 stromabwärts eines ersten Katalysatorelements zeigt, die aus dem Betreiben eines Motorsystems erhalten werden, das mit einer offenbarungsgemäßen Ausführungsform des hierin beschriebenen passiven NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystem ausgestattet ist; und
  • 5 graphisch Konzentrationen von Rohemissions-H2 und einer entsprechenden H2-Konzentration stromabwärts eines dritten Katalysatorelements zeigt, die aus dem Betreiben eines Motorsystems erhalten werden, das mit einer offenbarungsgemäßen Ausführungsform des hierin beschriebenen passiven NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystem ausgestattet ist.
  • EINGEHENDE BESCHREIBUNG
  • Unter Bezugnahme nun auf die Zeichnungen, bei denen das Gezeigte nur dem Zweck des Veranschaulichens bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht dem Zweck des Beschränkens derselben dient, veranschaulicht 1 schematisch einen Teil eines einzelnen Zylinders 12 eines Verbrennungsmotors 10 mit Kompressionszündung, der mit einem passiven NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystem 40 fluidverbunden ist. Das passive NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystem 40 umfasst einen ersten katalytischen Konverter 42, der mit einem Katalysator 44 für ammoniakselektive katalytische Reduktion (NH3-SCR), der mit einem Partikelfilter 46 fluidverbunden ist und sich stromaufwärts desselben befindet, fluidverbunden ist und sich stromaufwärts desselben befindet. Der Verbrennungsmotor 10 ist ausgelegt, um in einem Viertakt-Verbrennungszyklus mit Kompressionszündung, der wiederholt ausgeführter Takte bestehend aus Ansaugen-Kompression-Zündung-Auspuff umfasst, oder einem beliebigen anderen geeigneten Verbrennungszyklus zu arbeiten. Der Verbrennungsmotor 10 umfasst vorzugsweise einen Ansaugkrümmer 14, einen Brennraum 16, Einlass- und Auslassventile 17 bzw. 15, einen Abgaskrümmer 18 und ein ein AGR-Ventil 22 umfassendes AGR-System 20. Der Ansaugkrümmer 14 kann eine eine Luftmasse erfassende Vorrichtung 24 umfassen, die eine Signalausgabe 71 erzeugt, die einem Massendurchsatz von Motoransaugluft entspricht. Der Ansaugkrümmer 14 umfasst in einer Ausführungsform optional eine Drosselvorrichtung 23. Eine das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erfassende Vorrichtung 41 ist ausgelegt, um einen Abgaszustrom des Verbrennungsmotors 10 zu überwachen, und erzeugt vorzugsweise Signalausgaben, die ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Signal 75 und ein Abgaszustrom-Temperatur-signal 73 umfassen. Ein Kraftstoffinjektor 28 ist ausgelegt, um als Reaktion auf einen Impulsweitenbefehl 77 einen Kraftstoffimpuls direkt in den Brennraum 16 einzuspritzen. In einer Ausführungsform sind ein oder mehrere Drucksensoren) 30 ausgelegt, um während jedes Verbrennungszyklus einen Zylinderinnendruck in einem von oder vorzugsweise allen der Zylinder des Motors 10 zu überwachen. Ein Drehstellungssensor 25 ist ausgelegt, um eine Drehstellung und Drehzahl einer Kurbelwelle des Motors 10 zu überwachen. Dargestellt ist ein einzelner der Zylinder 12, aber es versteht sich, dass der Motor 10 mehrere Zylinder umfasst, die jeweils einen zugeordneten Brennraum 16, einen zugeordneten Kraftstoffinjektor 28 und Einlass- und Auslassventile 17 und 15 aufweisen. Die Beschreibung des Motors 10 ist veranschaulichend, und die hierin beschriebenen Konzepte sind nicht darauf beschränkt. Auch wenn der Verbrennungsmotor 10 als Verbrennungsmotor mit Kompressionszündung beschrieben ist, versteht sich, dass die hierin beschriebenen Konzepte auf andere Verbrennungsmotoren übertragen werden können, die ausgelegt sind, um überstöchiometrisch zu arbeiten, und die das hierin beschriebene passive NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystem 40 nutzen können.
  • Der Abgaskrümmer 18 leitet den Abgaszustrom des Verbrennungsmotors 10 zu dem passiven NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystem 40. Eine zweite Erfassungsvorrichtung 45 ist ausgelegt, um den Abgaszustrom stromabwärts des NH3-SCR-Katalysators 44 zu überwachen, und kann z. B. einen NOx-Sensor, einen NH3-Sensor oder einen anderen geeigneten Sensor umfassen. Die zweite Erfassungsvorrichtung 45 erzeugt ein Signal 81, das von dem Steuermodul 50 für Steuerungs- und Diagnosezwecke lesbar ist.
  • Das passive NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystem 40 umfasst den ersten katalytischen Konverter 42, der mit dem vorstehend erwähnten NH3-SCR-Katalysator 44 fluidverbunden ist und sich stromaufwärts desselben befindet. Der erste katalytische Konverter 42 umfasst ein erstes, zweites und drittes Katalysatorelement 51, 53 bzw. 55. Das erste, zweite und dritte Katalysatorelement 51, 53 und 55 sind in Reihe mit dem ersten Katalysatorelement 51 angeordnet, das mit dem Abgaskrümmer 18 fluidverbunden und ausgelegt ist, um Rohabgas zu behandeln. In dem ersten Katalysatorelement 51 behandeltes Abgas strömt zu dem zweiten Katalysatorelement 53 und strömt dann, wie nachvollziehbar ist, zu dem dritten Katalysatorelement 55. Sowohl das erste, zweite als auch dritte Katalysatorelement 51, 53 und 55 umfasst ein Element aus Keramik- oder Metallsubstrat, das wie hierin beschrieben beschichtet ist.
  • Das erste Katalysatorelement 51 ist vorzugsweise ein katalytisches Element, das ein Substratelement umfasst, das mit einem Washcoat beschichtet ist, der als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen, einschließlich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, HC- und CO-Moleküle oxidieren und NOx-Moleküle reduzieren kann. Die katalytisch aktiven Materialien umfassen in einer Ausführungsform Pd/Al2O3. Alternativ kann das erste Katalysatorelement 51 ein anderes geeignetes Dreiwegekatalysatorelement sein, das ein Substratelement umfasst, das mit einem katalytisch aktiven Washcoat beschichtet ist, der als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen HC- und CO-Moleküle oxidiert und NOx-Moleküle reduziert.
  • Das zweite Katalysatorelement 53 ist vorzugsweise ein NOx-Adsorber, der ein Substratelement umfasst, das mit einem Washcoat beschichtet ist, der NOx-Moleküle adsorbieren und desorbieren kann. Das Substratelement ist mit einem Washcoat beschichtet, der in einer Ausführungsform LaM-nO2 und BaO umfasst. Somit werden vorzugsweise keine Platingruppenmetalle (z. B. Platin, Palladium und Rhodium) in dem NOx-Adsorber verwendet. Alternativ kann das zweite Katalysatorelement 53 ein beliebiges anderes NOx-Adsorberelement sein, das ein Substratelement umfasst, das mit einem geeigneten Washcoat beschichtet ist, der NOx-Moleküle adsorbieren und desorbieren kann.
  • Das dritte Katalysatorelement 55 ist vorzugsweise ein katalytisches Element, das ein Substratelement umfasst, das mit einem Washcoat beschichtet ist, der ein oder mehrere katalytisch aktive Materialien zum Oxidieren von Kohlenwasserstoffen in dem Abgaszustrom enthält. In einer Ausführungsform umfassen die katalytisch aktiven Materialien Rh/CeO2 und Al2O3. Alternativ kann das dritte Katalysatorelement 55 ein anderes geeignetes Oxidationskatalysatorelement oder eine andere geeignete Dreiwegekatalysatorelektrik sein, die ein Substratelement umfasst, das mit einem katalytisch aktiven Washcoat beschichtet ist. Dies kann eine Dreiwegekatalysatorvorrichtung umfassen, die als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen, einschließlich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, HC- und CO-Moleküle oxidieren und NOx-Moleküle reduzieren kann.
  • Ammoniak (NH3) kann unter Verwenden eines Systems, bei dem der Motorbetrieb regelmäßig moduliert wird, um einen Abgaszustrom zu erzeugen, der Stickstoffmonoxid (NO), Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) umfasst, in dem ersten katalytischen Konverter 42 passiv erzeugt werden. Der Abgaszustrom erzeugt unter bestimmten Betriebsbedingungen NH3 in dem ersten katalytischen Konverter 42. Es versteht sich, dass die NH3-Menge, die in einem oder beiden von erstem Dreiwegekatalysatorelement 51 und drittem Oxidationskatalysatorelement 55 erzeugt wird, durch den Roh-NOx-Wert begrenzt wird. Es steht zusätzliches H2 zur Verfügung, das zum Erzeugen von NH3 verwendet werden kann. Die diese Beziehung ausdrückende chemische Gleichung lautet wie folgt. NOx + H2/CO ⇔ NH3 + CO2 [1]
  • Der NH3-SCR-Katalysator 44 umfasst ein oder mehrere bevorzugt aus Cordieritmaterial hergestellte Substratelemente mit mehreren Durchströmungskanälen, die bevorzugt mit einem Zeolith-Washcoat und katalytischem Material beschichtet sind, das z. B. ein katalytisch aktives unedles Metall umfasst. Die katalytisch aktiven Materialien speichern NH3 und setzen gespeichertes NH3 zum Reagieren mit NOx-Molekülen in dem Abgaszustrom frei. Es versteht sich, dass die Speicherkapazität eines NH3-SCR-Katalysators, d. h. der Massenbetrag an NH3, das an einem NH3-SCR-Katalysator gespeichert werden kann, mit einer Einlasstemperatur des NH3-SCR-Katalysators korreliert. Wenn die Einlasstemperatur über eine Schwellentemperatur steigt, nimmt die Speicherkapazität ab.
  • Der Partikelfilter 46 ist stromabwärts des NH3-SCR-Katalysators 44 fluidisch angeschlossen und umfasst ein Keramikfilterelement, das ausgelegt ist, um Partikelmaterial zurückzuhalten. In einer Ausführungsform ist das Keramikfilterelement ein Wandströmungsfilterelement. In einer Ausführungsform ist das Keramikfilterelement mit einem Washcoat beschichtet, der geeignete katalytisch aktive Materialien umfasst. Partikelfilter 46 können andere geeignete Merkmale zum Zurückhalten und Oxidieren eines während der Verbrennung erzeugen Partikelmaterials umfassen.
  • Ein Steuermodul 50 ist mit Motorsensoren signalverbunden und mit Motoraktoren funktionell verbunden, um Steuerschemata zum Steuern des Betriebs des Motors 10 auszuführen, um als Reaktion auf einen Fahrerbefehl Zylinderfüllungen zu bilden. Die Sensoren umfassen z. B. die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung 41, die Luftmassenstrom-Erfassungsvorrichtung 24 und den Drucksensor/die Drucksensoren 30. Die Aktoren umfassen z. B. den Kraftstoffinjektor 28, die Drosselvorrichtung 23 und das AGR-Ventil 22. Das Steuermodul 50 betreibt den Kraftstoffinjektor 28 durch Anordnen einer Impulsweite 77, dem Brennraum 16 einen Kraftstoffimpuls zu liefern. Die Impulsweite 77 ist ein verstrichener Zeitraum, während dessen der Kraftstoffinjektor 28 geöffnet ist und den Kraftstoffimpuls liefert. Der gelieferte Kraftstoffimpuls wirkt mit Ansaugluft und etwaigen innen zurückgehaltenen und extern rückgeführten Abgasen zusammen, um in dem Brennraum 16 als Reaktion auf eine Fahrerdrehmomentforderung eine Zylinderfüllung zu bilden. Es versteht sich, dass das Steuermodul 50 unter Verwenden von mehreren Impulsweiten 77 mehrere Kraftstoffeinspritzvorgänge anordnen kann, um während jedes Zylindervorgangs den Kraftstoffinjektor 28 den Kraftstoffimpuls zu dem Brennraum 16 liefern zu lassen.
  • Das Steuermodul 50 betreibt das AGR-Ventil 22 durch Erteilen eines AGR-Ventilöffnungsbefehls 78, um das AGR-Ventil 22 zu veranlassen, einen bevorzugten AGR-Durchsatz zu bewirken, um in der Zylinderfüllung einen bevorzugten AGR-Anteil zu erreichen. Es versteht sich, dass Alter, Kalibrierung, Verunreinigung und andere Faktoren das Arbeiten des AGR-Systems 20 beeinflussen können, wodurch Schwankungen des zylindereigenen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Zylinderfüllung verursacht werden.
  • Das Steuermodul 50 kann die Drosselvorrichtung 23 betreiben, indem es einen Drosselklappenöffnungsbefehl 76 erteilt, um für die Zylinderfüllung einen bevorzugten Frischluft-Massendurchsatz anzuordnen. In einer Ausführungsform betreibt das Steuermodul 50 eine Turboladervorrichtung, um einen der Zylinderfüllung zugeordneten bevorzugten Ladungsdruck anzuordnen.
  • Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuergerät, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe bedeuten eine von oder verschiedene Kombinationen von einer oder mehreren applikationsspezifischen integrierten Schaltungen) (ASIC, kurz vom engl. Application Specific Integrated Circuit), elektronischer Schaltung/elektronischen Schaltungen, zentraler Recheneinheit/zentralen Recheneinheiten (vorzugsweise Mikroprozessor(en)) und zughörigem Speicher und Speicherung (schreibgeschütztem Speicher, programmierbarem schreibgeschützten Speicher, wahlfreiem Zugriff, Festplatte, etc.), die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme oder Routinen ausführen, kombinatorische Logikschaltung(en), Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und -vorrichtungen, geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltung und andere Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Software, Firmware, Programme, Befehle, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bedeuten beliebige von einem Steuergerät ausführbare Befehlssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen umfassen. Das Steuermodul weist einen Satz von Steuerroutinen auf, die zum Vorsehen der erwünschten Funktionen ausgeführt werden. Routinen werden etwa durch einen Zentralrechner ausgeführt und dienen dazu, Eingänge von Erfassungsvorrichtungen und anderen vernetzten Steuerungsmodulen zu überwachen und Steuerungs- und Diagnoseroutinen auszuführen, um das Arbeiten von Aktoren zu steuern. Die Routinen können bei regelmäßigen Intervallen, zum Beispiel alle 3,125, 6,25, 12,5 25 und 100 Millisekunden während laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs, ausgeführt werden. Alternativ können Routinen als Reaktion auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
  • Es versteht sich, dass das Roh-NOx in dem Abgaszustrom eines Kompressionszündungsmotors wesentlich geringer als bei einem Fremdzündungsmotor ist. Während laufenden Motorbetriebs werden während Kaltstart und Motorbetrieb bei magerem Luft/Kraftstoff erzeugte NOx-Emissionen an dem zweiten NOx-Adsorber-Katalysatorelement 53 gespeichert, was sich wie folgt darstellt. NOx + MO ⇔ M(NO3)2 [2]
  • Während eines Motorbetriebs unter anderen Bedingungen wird das gespeicherte NOx genutzt, um zusätzliches NH3 zu erzeugen, das zu dem SCR-Katalysator 44 durchtritt, und wird wie folgt dargestellt für NOx-Reduktion gespeichert. NOx + H2/CO ⇔ NH3 + CO2 [3]
  • Die Konfiguration des passiven NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystems 40, das wie hierin beschrieben den ersten katalytischen Konverter 42 umfasst, ermöglicht in einem Kompressionszündungsmotorsystem die Verwendung eines passiven NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystems. Der erste katalytische Konverter 42 erzeugt NH3, wodurch ein etwaiger Kraftstoffmehrverbrauch, der mit zum Erzeugen von NH3 erforderlichen fetten Vorgängen in Verbindung steht, minimiert wird. Das Absorbieren von NOx in dem ersten katalytischen Konverter 42 verringert die Abhängigkeit davon, dass der NH3-SCR-Katalysator 44 während eines mageren Betriebs eine NOx-Reduktion erreicht.
  • Ein beispielhaftes Steuerschema zum Handhaben eines Abgaszustroms von dem Motor 10, der mit dem passiven NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystem 40 gekoppelt ist, umfasst einen Prozess zum wiederholten Wechseln, abhängig von Betriebsbedingungen, zwischen einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem stöchiometrischen oder fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Vorzugsweise werden der Abgaszustrom und/oder ausgewählte Elemente des passiven NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystems 40 überwacht, um z. B. unter Verwenden der zweiten Erfassungsvorrichtung 45 einen NOx-Durchbruch und einen NH3-Durchbruch stromabwärts des NH3-SCR-Katalysators 44 zu detektieren oder anderweitig zu ermitteln. Das Überwachen des NH3-SCR-Katalysators 44 umfasst vorzugsweise das Überwachen der Temperatur des Abgaszustroms proximal des NH3-SCR-Katalysators 44, um sicherzustellen, dass die Temperatur des NH3-SCR-Katalysators 44 innerhalb eines bevorzugten Temperaturbereichs liegt. In einer Ausführungsform beträgt der bevorzugte Temperaturbereich 150°C bis 450°C. Wenn die Temperatur des NH3-SCR-Katalysators 44 in dem bevorzugten Temperaturbereich gehalten wird, kann der Motorbetrieb moduliert werden, um Stickstoffmonoxid (NO), Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) zu erzeugen, um in dem ersten katalytischen Konverter 42 NH3 zu erzeugen, das zur Speicherung und anschließende Reduktion von NOx stromabwärts zu dem NH3-SCR-Katalysator 44 befördert werden kann.
  • Der modulierte Motorbetrieb umfasst das fette Betreiben des Motors 10 bzw. das Betreiben des Motors 10 bei Stöchiometrie, während die Fahrerdrehmomentforderung erfüllt wird, ohne die Motorausgangsleistung zu ändern. Ein beispielhaftes Verfahren für das unterstöchiometrische Betreiben des beispielhaften Motors 10 kann das Ausführen von mehreren Kraftstoffeinspritzimpulsen während eines Verbrennungszyklus, einschließlich des Einspritzens eines ersten Kraftstoffimpulses in den Brennraum 16 während jedes Verdichtungstakts, umfassen. Die Masse des während des ersten Kraftstoffimpulses eingespritzten Kraftstoffs wird beruhend auf einer Menge ermittelt, die ausreicht, um den Motor 10 so zu betreiben, dass er die Fahrerdrehmomentforderung und andere Lastanforderungen erfüllt. Anschließende Kraftstoffimpulse können während anderer Takte des Verbrennungszyklus in den Brennraum 16 eingespritzt werden, wodurch ein Abgaszustrom erzeugt wird, der Stickstoffmonoxid (NO), Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) erzeugt, um in dem ersten katalytischen Konverter 42 NH3 zu erzeugen. In einer Ausführungsform werden die anschließenden Kraftstoffimpulse spät in einem Arbeitstakt oder früh in einem Auspufftakt des Verbrennungszyklus ausgeführt, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Verbrennung in dem Brennraum 16 minimiert wird.
  • Der modulierte Motorbetrieb wird ausgesetzt und der Motor 10 wird gesteuert, um überstöchiometrisch zu arbeiten, wenn der NH3-SCR-Katalysator 44 eine ausreichende Menge an NH3 gespeichert hat, vorzugsweise vor dem Erreichen eines Sättigungspunkts. Die NH3-Erzeugung kann stattdessen nach dem Erzeugen eines vorbestimmten Schwellenwerts von NH3-Molekülen oder wenn die Motorbetriebsbedingungen für eine NH3-Erzeugung nicht förderlich sind, z. B. während Fahrzeugabbremsungen, Motorleerlauf oder Motorstopps, ausgesetzt werden. Die NH3-Sättigung kann beruhend auf einem vorbestimmten verstrichenen Betriebszeitraum in dem modulierten Modus oder durch Überwachen des Abgaszustroms stromabwärts des NH3-SCR-Katalysators 44, um einen NH3-Durchbruch zu detektieren, geschätzt werden oder nach Ausführen einer vorbestimmten Anzahl an Zylindervorgängen ermittelt werden. Ein NH3-Durchbruch kann durch Überwachen einer Signalausgabe eines NH3-Sensors detektiert werden, der ausgelegt ist, um den Abgaszustrom stromabwärts des NH3-SCR-Katalysators 44 zu überwachen. In einer Ausführungsform kann die NH3-Sättigung unter Verwenden eines Modells gemäß Verfahren geschätzt werden, die ausreichend sind, um das Arbeiten des Verbrennungszyklus, der Nachbehandlungsprozesse, Umwandlungen und der überwachten Betriebsbedingungen, einschließlich des Ansaugluftmassenstroms, des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, der Motordrehzahl und der Temperaturen und der Alterungszustände des ersten katalytischen Konverters 42 und des NH3-SCR-Katalysators 44, präzis zu schätzen. Ein solches Modell kann gemäß Testergebnissen kalibriert werden, die einer bestimmten Hardwareanwendung entsprechen.
  • Nach dem Ermitteln, dass der NH3-SCR-Katalysator 44 mit NH3 gesättigt ist, oder nach Entscheiden beruhend auf anderen Gesichtspunkten, einschließlich der Betriebsbedingungen, wird der modulierte Motorbetrieb ausgesetzt und der Motorbetrieb wechselt zu einem mageren Motorbetrieb, was zu erhöhten NOx-Emissionen in die Abgasströmung führen kann. Der erste katalytische Konverter 42 kann einen Teil der NOx-Emissionen reduzieren. An dem NH3-SCR-Katalysator 44 gespeichertes NH3 reagiert mit NOx, wodurch NOx-Emissionen reduziert und Stickstoff und Wasser erzeugt werden. Das in dem NH3-SCR-Katalysator 44 gespeicherte NH3 wird abgebaut, wenn NH3-Moleküle mit NOx-Molekülen reagieren. Wenn das NH3 an dem NH3-SCR-Katalysator 44 abgebaut wird, können NOx-Emissionen durch den NH3-SCR-Katalysator 44 treten. Der magere Motorbetrieb kann daher ausgesetzt werden und das Steuersystem kann zu dem modulierten Motorbetrieb zurückkehren, nachdem stromabwärts des NH3-SCR-Katalysators 44 ein NOx-Durchbruch detektiert wird. Ein NH3-Abbau und ein zugeordneter NOx-Durchbruch können unter Verwenden der zweiten Erfassungsvorrichtung 45 detektiert werden. Alternativ kann der NH3-Abbau an dem NH3-SCR-Katalysator 44 unter Verwenden eines ausführbaren Modells geschätzt werden.
  • 2 zeigt graphisch Daten, die einem Betreiben eines Motorsystems zugeordnet sind, das mit einem Nachbehandlungssystem ausgestattet ist, das stromaufwärts eines NH3-SCR-Katalysators einen bekannten katalytischen Konverter umfasst. Der bekannte katalytische Konverter umfasst ein erstes katalytisches Element, das Palladium als Katalysator nutzt, und ein zweites katalytisches Element, das Palladium und Rhodium als Katalysatoren nutzt. Die x-Achse stellt die verstrichene Zeit (202) dar, und die y-Achse stellt Einheiten der Konzentrationen der jeweiligen Gase (204) und den Motorbetrieb in Form des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (207) dar. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (207) des Motors umfasst einen Betrieb bei magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (206) mit regelmäßigen Abweichungen (208) hin zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Bei Arbeiten bei dem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (206) umfasst der Abgaszustrom die Bedingungen von 550 ppm NO, 700 ppm HC und 10% O2. Bei Arbeiten bei dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (208) umfasst der Abgaszustrom die Bedingungen von 550 ppm NO, 700 ppm HC und 0,5% O2, mit 1,5% CO und 0,5% H2. Die eingezeichneten Daten zeigen Konzentrationen von NO (212), N2O (214), NH3 (216), NO2 (218), C3H6 (220) und C4H8 (222). Die Daten zeigen, dass bei einem System mit dem bekannten katalytischen Konverter, der das erste katalytische Element, das Palladium nutzt, und das zweite katalytische Element, das Palladium und Rhodium nutzt, umfasst, der bekannte katalytische Konverter NH3 bei einer maximalen Konzentration von 550 ppm erzeugt.
  • 3 zeigt graphisch Daten, die das Betreiben eines Motorsystems veranschaulichen, das mit einer Ausführungsform des hierin beschriebenen passiven NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystems ausgestattet ist. Das passive NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystem 40 umfasst einen ersten katalytischen Konverter stromaufwärts eines NH3-SCR-Katalysators, der den zuvor beschriebenen ersten katalytischen Konverter 42 mit dem vorstehend erwähnten ersten, zweiten und dritten Katalysatorelement 51, 53 bzw. 55 umfasst. Das erste Katalysatorelement 51 nutzt Palladium. Das zweite Katalysatorelement 53 ist wie zuvor beschrieben ein NOx-Adsorber. Das dritte Katalysatorelement 55 nutzt Palladium und Rhodium. Die x-Achse stellt die verstrichene Zeit (202) dar, und die y-Achse stellt die Einheiten von Konzentrationen der jeweiligen Gase (204) und den Motorbetrieb in Form des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (207) dar. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (207) des Motors umfasst einen Betrieb bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (206) mit regelmäßigen Abweichungen (208) hin zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Bei Arbeiten bei dem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (206) umfasst der Abgaszustrom die Bedingungen von 550 ppm NO, 700 ppm HC und 10% O2. Bei Arbeiten bei dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (208) umfasst der Abgaszustrom die Bedingungen von 550 ppm NO, 700 ppm HC und 0,5% O2, mit 1,5% CO und 0,5% H2. Somit sind die Motorbetriebsbedingungen analog zu denen unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen. Die eingezeichneten Daten zeigen Konzentrationen von NO (212), N2O (214), NH3 (216), NO2 (218), C3H6 (220) und C4H8 (222). Die Daten zeigen, dass bei einem System, das eine Ausführungsform des passiven NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystems 40 nutzt, der erste katalytische Konverter 42 NH3 bei einer Konzentration erzeugt, die sich während der Abweichung (208) zu dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis 1200 ppm nähert. Somit erzeugt das System, das eine Ausführungsform des passiven NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystems 40 mit einem NOx-Adsorber als zweitem Katalysatorelement 53 nutzt, eine wesentlich größere Menge an NH3 ads ein analoges Motorsystem, das mit einem Nachbehandlungssystem mit einem bekannten katalytischen Konverter ausgestattet ist, das keinen NOx-Adsorber nutzt.
  • 4 und 5 zeigen graphisch Daten aus Messungen in einem Abgaszustrom, der aus dem Betreiben eines Motorsystems erhalten wird, das mit einer Ausführungsform des hierin beschriebenen passiven NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystems 40 ausgestattet ist. Die Daten zeigen den Betrieb eines bespielhaften Systems und sollen für die hierin beschriebenen Konzepte veranschaulichend sein. Das Motorsystem ist ein Kompressionszündungsmotorsystem. Das passive NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystem 40 umfasst einen ersten katalytischen Konverter 42 stromaufwärts eines NH3-SCR-Katalysators, der den zuvor beschriebenen ersten katalytischen Konverter 42 mit dem vorstehend erwähnten ersten, zweiten und dritten Katalysatorelement 51, 53 bzw. 55 umfasst. Das erste Katalysatorelement 51 nutzt Palladium. Das zweite Katalysatorelement 53 ist wie zuvor beschrieben ein NOx-Adsorber. Das dritte Katalysatorelement 55 nutzt Palladium und Rhodium. Die x-Achse stellt verstrichene Zeit (202) dar. Die y-Achse umfasst Konzentrationen der jeweiligen Gase (204), Motorbetrieb in Form eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (207) und Katalysatortemperatur (209). Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (207) des Motors umfasst einen Betrieb bei magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (206) mit regelmäßigen Abweichungen (208) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses.
  • 4 zeigt Konzentrationen von Roh-H2 (213) und H2 stromabwärts des ersten Katalysatorelements 51 (215). 5 zeigt Konzentrationen von Roh-H2 (213) und eine entsprechende H2-Konzentration stromabwärts des dritten Katalysatorelements 55 (217).
  • Die Motorbetriebsbedingungen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (207) und die Katalysatortemperatur (209) umfassen die regelmäßigen Abweichungen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, wobei bestimmte Größen der Abweichungen (208) des Luft/Kraftstoffverhältnisses wie gezeigt 15,0:1, 14,9:1, 14,8:1, 14,7:1, 14,6:1, 14,5:1, 14,4:1, 14,3:1, 14,2:1, 14,1:1 umfassen.
  • Wie gezeigt nimmt die Konzentration des Roh-H2 (213) zu, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zunehmend fett wird, wogegen die H2-Konzentration stromabwärts des ersten Katalysatorelements 51 (215) vernachlässigbar ist. Die entsprechende H2-Konzentration stromabwärts des dritten Katalysatorelements 55 (217) nimmt dagegen zu, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis unterstöchiometrisch wird und erreicht eine Spitzenkonzentration von etwa 1400 ppm, wenn die Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses bei 14,4:1 liegt.
  • Das vermehrte H2 in dem Abgaszustrom stromaufwärts des stromaufwärts des NH3-SCR-Katalysators 44 reagiert mit NOx-Gasen, um NH3 zu bilden, das an dem NH3-SCR-Katalysator 44 gespeichert und während mageren Betriebs für NOx-Reduktion verwendet werden kann.
  • Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Abwandlungen derselben beschrieben. Weitere Abwandlungen und Abänderungen können für Dritte bei Lesen und Verstehen der Beschreibung nahe liegen. Daher soll die Offenbarung nicht auf die bestimmten) Ausführungsformen) beschränkt sein, die als die beste in Betracht gezogene Art zum Ausführen dieser Offenbarung offenbart ist, sondern die Offenbarung soll alle Ausführungsformen umfassen, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims (10)

  1. Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, der ausgelegt ist, um in einem Verbrennungsmodus mit Kompressionszündung zu arbeiten, umfassend: eine Katalysatorvorrichtung, die stromaufwärts einer Vorrichtung für ammoniakselektive katalytische Reduktion fluidisch gekoppelt ist, wobei die Katalysatorvorrichtung ein erstes, zweites und drittes Element umfasst, die in Reihe fluidisch gekoppelt sind; wobei das erste Element ein Dreiwegekatalysatorelement umfasst; das zweite Element einen NOx-Adsorber umfasst; und das dritte Element ein Oxidationskatalysatorelement umfasst.
  2. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei das Dreiwegekatalysatorelement ein Substrat umfasst, das mit einem Pd/Al2O3 umfassenden Washcoat beschichtet ist.
  3. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei der NOx-Adsorber ein Substrat umfasst, das mit einem LaM-nO2 und BaO umfassenden Washcoat beschichtet ist.
  4. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei das Oxidationskatalysatorelement ein Substrat umfasst, das mit einem Rh/CeO2 und Al2O3 umfassenden Washcoat beschichtet ist.
  5. Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor mit Kompressionszündung, wobei das Abgasnachbehandlungssystem im Wesentlichen besteht aus: einer Vorrichtung, die ein erstes, zweites und drittes Element umfasst, die in Reihe fluidisch gekoppelt sind, wobei das erste Element ein Dreiwegekatalysatorelement umfasst, das zweite Element einen NOx-Adsorber umfasst und das dritte Element ein Oxidationskatalysatorelement umfasst; einer Vorrichtung für ammoniakselektive katalytische Reduktion; und einem Partikelfilter; wobei sich die Vorrichtung fluidisch stromaufwärts der Vorrichtung für ammoniakselektive katalytische Reduktion befindet, die sich fluidisch stromaufwärts des Partikelfilters befindet.
  6. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 5, wobei das Dreiwegekatalysatorelement ein Substrat umfasst, das mit einem Pd/Al2O3 umfassenden Washcoat beschichtet ist.
  7. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 5, wobei der NOx-Adsorber ein Substrat umfasst, das mit einem LaMnO2 und BaO umfassenden Washcoat beschichtet ist.
  8. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationskatalysatorelement ein Substrat umfasst, das mit einem Rh/CeO2 und Al2O3 umfassenden Washcoat beschichtet ist.
  9. Einrichtung, umfassend: den Verbrennungsmotor, der ausgelegt ist, um in einem Verbrennungsmodus mit Kompressionszündung zu arbeiten, der mit einem passiven NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystem fluidisch gekoppelt ist; wobei das passive NH3-SCR-Abgasnachbehandlungssystem eine Katalysatorvorrichtung umfasst, die stromaufwärts einer Vorrichtung für ammoniakselektive katalytische Reduktion fluidisch gekoppelt ist, die stromaufwärts eines Partikelfilters fluidisch gekoppelt ist; wobei die Katalysatorvorrichtung ein erstes, zweites und drittes Element umfasst, die in Reihe fluidisch gekoppelt sind; wobei das erste Element ein Dreiwegekatalysatorelement umfasst; das zweite Element einen NOx-Adsorber umfasst; und das dritte Element ein Oxidationskatalysatorelement umfasst.
  10. Einrichtung nach Anspruch 9, wobei der NOx-Adsorber ein Substrat umfasst, das mit einem LaMnO2 und BaO umfassenden Washcoat beschichtet ist.
DE102012212415A 2011-07-19 2012-07-16 Abgasnachbehandlungssystem für Kompressionszündungsmotoren Withdrawn DE102012212415A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/185,531 US20130019589A1 (en) 2011-07-19 2011-07-19 Exhaust aftertreatment system for compression-ignition engines
US13/185,531 2011-07-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012212415A1 true DE102012212415A1 (de) 2013-01-24

Family

ID=47502354

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102012212415A Withdrawn DE102012212415A1 (de) 2011-07-19 2012-07-16 Abgasnachbehandlungssystem für Kompressionszündungsmotoren

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20130019589A1 (de)
CN (1) CN102889108A (de)
DE (1) DE102012212415A1 (de)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014201072A1 (de) * 2013-02-01 2014-08-07 Ford Global Technologies, Llc Bestimmen eines Alterungsgrades eines Oxidationskatalysators
US9255537B2 (en) 2013-03-15 2016-02-09 GM Global Technology Operations LLC Rejuvenation control of palladium-only diesel oxidation catalyst
JP6689263B2 (ja) * 2014-10-21 2020-04-28 ビーエーエスエフ コーポレーション Ｔｗｃ触媒とｓｃｒ−ｈｃｔ触媒を用いるエミッション処理システム
AT516469B1 (de) * 2014-11-07 2018-06-15 Avl List Gmbh Verfahren zur gezielten generierung von nh3 während des regenerationsvorgangs eines nox-speicherkatalysators
US10179329B2 (en) * 2014-11-19 2019-01-15 Johnson Matthey Public Limited Company Combining SCR with PNA for low temperature emission control
JP6252518B2 (ja) * 2015-03-04 2017-12-27 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US9777654B2 (en) 2016-01-13 2017-10-03 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for improved lightoff performance of aftertreatment catalysts
CN111608774B (zh) * 2020-04-09 2021-12-17 东风汽车集团有限公司 一种利用发动机点火效率加速催化器起燃过程的方法
CN112594044B (zh) * 2020-12-14 2022-04-26 潍柴动力股份有限公司 后处理系统老化预测方法及装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6555492B2 (en) * 1999-12-29 2003-04-29 Corning Incorporated Zeolite/alumina catalyst support compositions and method of making the same
US6606856B1 (en) * 2000-03-03 2003-08-19 The Lubrizol Corporation Process for reducing pollutants from the exhaust of a diesel engine
US20020007629A1 (en) * 2000-07-21 2002-01-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Device for purifying the exhaust gas of an internal combustion engine
JP2003206785A (ja) * 2002-01-18 2003-07-25 Hitachi Ltd エンジンの制御方法及び制御装置
US6915629B2 (en) * 2002-03-07 2005-07-12 General Motors Corporation After-treatment system and method for reducing emissions in diesel engine exhaust
US6779337B2 (en) * 2002-09-20 2004-08-24 Ford Global Technologies, Llc Hydrogen fueled spark ignition engine
US6928806B2 (en) * 2002-11-21 2005-08-16 Ford Global Technologies, Llc Exhaust gas aftertreatment systems
JP4547935B2 (ja) * 2004-02-24 2010-09-22 日産自動車株式会社 排ガス浄化用触媒、排ガス浄化触媒、及び触媒の製造方法
US20080060348A1 (en) * 2006-09-08 2008-03-13 Caterpillar Inc. Emissions reduction system
EP2009265B1 (de) * 2007-06-05 2018-10-03 Delphi International Operations Luxembourg S.à r.l. Diesel-Brennkraftmachinensystem
US8776498B2 (en) * 2008-04-16 2014-07-15 Ford Global Technologies, Llc Air-injection system to improve effectiveness of selective catalytic reduction catalyst for gasoline engines
US8381512B2 (en) * 2008-05-02 2013-02-26 GM Global Technology Operations LLC Passive ammonia-selective catalytic reduction for NOx control in internal combustion engines
DE102008002286A1 (de) * 2008-06-09 2009-12-10 Robert Bosch Gmbh Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem SCR-Katalysator und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
US8091348B2 (en) * 2008-11-06 2012-01-10 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for exhaust aftertreatment in an internal combustion engine
US8196391B2 (en) * 2008-12-02 2012-06-12 Ford Global Technologies, Llc SCR emissions-control system

Also Published As

Publication number Publication date
CN102889108A (zh) 2013-01-23
US20130019589A1 (en) 2013-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012212415A1 (de) Abgasnachbehandlungssystem für Kompressionszündungsmotoren
DE102010010039B4 (de) Abgasbehandlungssystem mit einem Vier-Wege-Katalysator und einem Harnstoff-SCR-Katalysator und Verfahren zur Verwendung desselben
DE102009054046B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors und Motorsteuersystem
DE102010023820B4 (de) Abgasbehandlungssystem für einen Dieselmotor, Verfahren zur Verwendung eines Abgasbehandlungssystems und Dieselmotor- und Abgasbehandlungssystem
DE102010023819B4 (de) Abgasbehandlungssystem für einen Dieselmotor Verfahren zu dessen Verwendung und Dieselmotor- und Abgasbehandlungssystem
DE112009001034T5 (de) Passive ammoniak-selektive katalytische Reduktion für NOx-Steuerung in Verbrennungsmotoren
DE602004006415T2 (de) Verfahren zur steuerung der reduktionsmittelzugabe
DE112009001032T5 (de) Passive ammoniak-selektive katalytische Reduktion für NOx-Steuerung in Verbrennungsmotoren
DE102017100290B4 (de) Verfahren und vorrichtung zur verbesserung der anspringleistung von nachbehandlungskatalysatoren
DE102013211521B4 (de) Verfahren zum Steuern einer Ammoniakerzeugung in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors
DE102013210120B4 (de) Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors
DE102018116590B4 (de) Emissionssteuerungssystem und abgassystem zum behandeln von abgas in einem kraftfahrzeug
DE102009056460A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Betriebs eines Motors mit Funkenzündung und Direkteinspritzung
DE102007044191A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrom
DE102007044193A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Einspritzung eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrom
DE102005022420A1 (de) Abgasreinigungsanlage und Abgasreinigungsverfahren mit externer Reduktionsmittelzudosierung
DE102012208539A1 (de) Verfahren zum ermitteln einer beladung eines partikelfilters
DE102017101785A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Verbrennungsmotors in Verbindung mit einem Abgasnachbehandlungssystem
DE102013208042A1 (de) Abgasnachbehandlungssystem mit Diagnoseverzögerung
DE102015223934A1 (de) System und Verfahren zur Abgasreinigung mittels Mager-NOx-Falle (LNT) und Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion
DE102012207721A1 (de) Verfahren zum Management von Ammoniakschlupf
DE102010005878A1 (de) Abgasnachbehandlungssystem
DE102015013837A1 (de) Abgasreinigungssystem und Abgasreinigungsverfahren
DE102010047809A1 (de) Systeme und Verfahren zum Steuern einer Regeneration von Stickoxidadsorbern
DE102008029877A1 (de) Steuerungsorientiertes Modell zur LNT-Regeneration

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee