DE102013212802A1 - Anordnung zur Abgasnachbehandlung für einen Verbrennungsmotorsowie Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors - Google Patents

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Abstract

Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Abgasnachbehandlung für einen Verbrennungsmotor umfasst ein Abgasstrang (1) des Verbrennungsmotors einen Hauptzweig (3) mit einem ersten NOx-Speicherkatalysator (6) sowie einen stromaufwärts des ersten NOx-Speicherkatalysators (6) vom Hauptzweig (3) abzweigenden und stromabwärts des ersten NOx-Speicherkatalysators (6) in den Hauptzweig (3) einmündenden, von zumindest einem Teil des Abgasstroms durchströmbaren ersten Umgehungszweig (10), wobei im Hauptzweig (3) stromabwärts der Einmündung des ersten Umgehungszweigs (10) in den Hauptzweig (3) ein zweiter NOx-Speicherkatalysator (9) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abgasnachbehandlung für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer derartigen Anordnung zur Abgasnachbehandlung.
  • Verbrennungsmotoren erzeugen beim Betrieb häufig erhebliche Mengen von Stickoxiden (NOx). Insbesondere bei in Kraftfahrzeugen eingesetzten Diesel- und Otto-Magermotoren liegen die Stickoxid-Mengen im Abgas in der Regel über den zulässigen Grenzwerten, so dass eine Abgasnachbehandlung zur Verringerung der NOx-Emissionen notwendig ist. Bei einem verbreiteten Verfahren wird zur Reduzierung der NOx-Emissionen ein SCR (Selective Catalytic Reduction)-Katalysator eingesetzt. Für die Umwandlung der Stickoxide durch einen SCR-Katalysator in unschädliche Stoffe ist die Zuführung von Ammoniak (NH3) erforderlich, etwa durch Einspritzung einer Harnstoff-Lösung in den Abgasstrom. Bei einem anderen verbreiteten Verfahren wird ein NOx-Speicherkatalysator (Lean NOx Trap, LNT) eingesetzt, der die im Abgas des Verbrennungsmotors enthaltenen Stickoxide aufnimmt und speichert. Von Zeit zu Zeit muss eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators erfolgen, wofür ein Kraftstoffüberschuss in dem durch den NOx-Speicherkatalysator geleiteten Abgas erzeugt werden muss, was einen Mehrverbrauch an Kraftstoff verursacht. Sowohl beim Betrieb eines SCR-Katalysators als auch eines NOx-Speicherkatalysators entstehen somit zusätzliche Kosten durch die notwendige Bereitstellung von Ammoniak bzw. von zusätzlichem Kraftstoff.
  • Aus US 7,472,545 B2 ist es bekannt, in einem Abgasnachbehandlungssystem eines Verbrennungsmotors einen NOx-Speicherkatalysator vorzusehen, der von einem SCR-Katalysator gefolgt wird. Wenn dem NOx-Speicherkatalysator zur Regeneration Kraftstoff-Reformat zugeführt wird, wird der Abgasstrom über einen parallel zum NOx-Speicherkatalysator geschalteten Umgehungszweig an diesem vorbei direkt zum SCR-Katalysator geführt.
  • In US 2006/0168948 A1 ist eine Abfolge von zwei NOx-Speicherkatalysatoren offenbart, wobei der erste NOx-Speicherkatalysator ein Aluminiumoxid-basierter und der zweite ein konventioneller NOx-Speicherkatalysator ist. Bei einer Entschwefelung des ersten NOx-Speicherkatalysators wird der Abgasstrom durch einen Umgehungszweig um den zweiten NOx-Speicherkatalysator herum geleitet, so dass diesen sowohl beim normalen Betrieb als auch bei der Entschwefelung des ersten NOx-Speicherkatalysators kein Schwefel erreicht.
  • Gemäß DE 196 26 837 A1 wird ein NOx-Speicherkatalysator einer Abgasanlage einer Dieselbrennkraftmaschine gezielt bei solchen Betriebsbedingungen regeneriert, bei denen ein geringer NOx-Gehalt im Abgasstrom vorliegt. In diesem Fall wird der Abgasstrom überwiegend an dem NOx-Speicherkatalysator vorbeigeführt und der NOx-Speicherkatalysator durch eine Kraftstoffeindüsung regeneriert. Im nachfolgenden, wieder zusammengeführten Teil der Abgasanlage ist ein Oxidationskatalysator angeordnet. Gemäß US 2006/0213187 A1 wird der Abgasstrom nacheinander durch einen Oxidationskatalysator, einen Partikelfilter, einen NOx-Adsorber und einen SCR-Katalysator geleitet, wobei der NOx-Adsorber während einer Regenerationsphase über eine Bypassleitung umgangen werden kann.
  • Bei den bekannten Abgasnachbehandlungsanordnungen und -verfahren zur Verringerung der NOx-Emissionen entstehen erhebliche zusätzliche Betriebskosten durch die notwendige Bereitstellung von Ammoniak bzw. zusätzlichem Kraftstoff. Ferner ist es von den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors abhängig, insbesondere von der aktuellen Drehzahl und der aktuellen Last, ob eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators möglich ist.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Abgasnachbehandlung für einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer derartigen Anordnung zur Abgasnachbehandlung anzugeben, wobei die oben genannten Nachteile verringert oder vermieden werden.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung sowie durch ein Verfahren wie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben gelöst.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Abgasnachbehandlung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen Dieselmotor oder einen Otto-Magermotor, ist in einem Hauptzweig des Abgasstrangs des Verbrennungsmotors ein erster NOx-Speicherkatalysator angeordnet. Im Abgasstrom stromaufwärts des ersten NOx-Speicherkatalysators zweigt vom Hauptzweig ein erster Umgehungszweig ab, der stromabwärts des ersten NOx-Speicherkatalysators wieder in den Hauptzweig einmündet und der somit parallel zum ersten NOx-Speicherkatalysator geschaltet ist und diesen umgeht. Der erste Umgehungszweig ist von zumindest einem Teil des Abgasstroms des Verbrennungsmotors durchströmbar und weist hierfür insbesondere einen entsprechenden Querschnitt auf. Zur wahlweisen Führung des Abgasstroms durch den ersten NOx-Speicherkatalysator oder durch den ersten Umgehungszweig bzw. zur Aufteilung des Abgasstroms auf den Hauptzweig und den ersten Umgehungszweig kann ein entsprechendes Mittel zur Steuerung des Abgasstroms, etwa ein Ventil oder eine Klappe im Umgehungszweig oder im Hauptzweig zwischen der Abzweigung und der Einmündung des ersten Umgehungszweigs vorgesehen sein.
  • Erfindungsgemäß ist im Hauptzweig des Abgasstrangs im Abgasstrom weiter stromabwärts, d.h. stromabwärts der Einmündung des ersten Umgehungszweigs in den ersten Hauptzweig, ein zweiter NOx-Speicherkatalysator angeordnet. Der zweite NOx-Speicherkatalysator ist im Abgasstrang dem ersten NOx-Speicherkatalysator mittelbar oder unmittelbar nachgeschaltet und kann zumindest zeitweise zumindest von einem Teil des Abgasstroms des Verbrennungsmotors durchströmt werden. Im Abgasstrang können weitere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen angeordnet sein, beispielsweise im Hauptzweig stromabwärts der Einmündung des ersten Umgehungszweigs und stromaufwärts des zweiten NOx-Speicherkatalysators oder auch stromabwärts des zweiten NOx-Speicherkatalysators.
  • Dadurch, dass stromabwärts der Einmündung des ersten Umgehungszweigs in den ersten Hauptzweig ein zweiter NOx-Speicherkatalysator angeordnet ist, wird nicht nur eine besonders weitgehende Reduzierung der Stickoxid-Emissionen des Verbrennungsmotors ermöglicht, sondern eine Verringerung der NOx-Emissionen auch in dem Fall bzw. in solchen Betriebsphasen ermöglicht, in denen der erste NOx-Speicherkatalysator von einem Teil oder dem gesamten Abgasstrom umgangen wird. Eine derartige Umgehung kann insbesondere während einer Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators vorteilhaft sein. Erfindungsgemäß wird somit die Möglichkeit geschaffen, die Abgasnachbehandlungseinrichtung bzw. den Verbrennungsmotor mit der Abgasnachbehandlungseinrichtung derart zu betreiben, dass auch in einer Regenerationsphase des ersten NOx-Speicherkatalysators eine Reinigung des Abgasstroms zur Verringerung des NOx-Gehalts stattfindet. Hierdurch wird es insbesondere ermöglicht, eine Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators weitgehend unabhängig vom aktuellen Betriebszustand des Verbrennungsmotors durchzuführen und somit beispielsweise auch dann, wenn der Verbrennungsmotor nicht im Leerlauf oder in einer Schubphase und somit nicht mit aktuell geringem Stickoxidausstoß betrieben wird. Schließlich wird dadurch, dass parallel zum ersten NOx-Speicherkatalysator ein Umgehungszweig angeordnet ist, der von zumindest einem Teil des Abgasstroms des Verbrennungsmotors durchströmbar ist, eine Verringerung oder Unterbrechung des Abgasdurchflusses durch den ersten NOx-Speicherkatalysator während einer Regenerationsphase ermöglicht, wodurch die Menge des durch diesen strömenden Sauerstoffs verringert und daher die Menge des zur Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators benötigten Kraftstoffs verringert wird.
  • Vorzugsweise ist der Teil des Abgasstroms des Verbrennungsmotors, der den ersten Umgehungszweig durchströmt, mit einem ersten Ventil steuerbar. Hierdurch wird es ermöglicht, einen einstellbaren Anteil des Abgasstroms um den ersten NOx-Speicherkatalysator herumzuleiten. Das erste Ventil kann in vorteilhafter Weise an der Abzweigung des ersten Umgehungszweigs vom Hauptzweig des Abgasstrangs angeordnet sein. Das erste Ventil kann von einer Steuerungseinrichtung derart ansteuerbar sein, dass bei einer Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators dieser von einem Teil oder dem gesamten Abgasstrom umgangen wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Anordnung zur Abgasnachbehandlung einen zweiten Umgehungszweig, der im Abgasstrom stromabwärts der Einmündung des ersten Umgehungszweigs in den Hauptzweig und stromaufwärts des zweiten NOx-Speicherkatalysators vom Hauptzweig abzweigt und somit parallel zum zweiten NOx-Speicherkatalysator geschaltet ist. Der zweite Umgehungszweig ist von zumindest einem Teil des Abgasstroms des Verbrennungsmotors durchströmbar und weist hierfür insbesondere einen entsprechenden Querschnitt auf. Der zweite Umgehungszweig kann stromabwärts des zweiten NOx-Speicherkatalysators wieder in den Hauptzweig einmünden oder getrennt von diesem verlaufen. Zur wahlweisen Führung des Abgasstroms durch den zweiten NOx-Speicherkatalysator oder durch den zweiten Umgehungszweig bzw. zur Aufteilung des Abgasstroms auf den Hauptzweig mit dem zweiten NOx-Speicherkatalysator und den zweiten Umgehungszweig kann ein entsprechendes Mittel zur Steuerung des Abgasstroms vorgesehen sein, etwa ein Ventil oder eine Klappe im Umgehungszweig oder in dem vom zweiten Umgehungszweig umgangenen Abschnitt des Hauptzweigs. Dadurch, dass parallel zum zweiten NOx-Speicherkatalysator ein zweiter Umgehungszweig vorgesehen ist, wird die Möglichkeit geschaffen, die Abgasnachbehandlungseinrichtung bzw. den Verbrennungsmotor mit der Abgasnachbehandlungseinrichtung derart zu betreiben, dass in einer Regenerationsphase des zweiten NOx-Speicherkatalysators der Abgasdurchfluss durch den zweiten NOx-Speicherkatalysator reduziert oder unterbunden ist, wodurch die Menge des durch diesen strömenden Sauerstoffs verringert und daher die Menge des zur Regeneration des zweiten NOx-Speicherkatalysators benötigten Kraftstoffs verringert wird.
  • Vorzugsweise ist der Teil des Abgasstroms des Verbrennungsmotors, der den zweiten Umgehungszweig durchströmt, mit einem zweiten Ventil steuerbar. Hierdurch wird es ermöglicht, einen einstellbaren Anteil des Abgasstroms an dem zweiten NOx-Speicherkatalysator vorbei zu leiten. Das zweite Ventil kann in vorteilhafter Weise an der Abzweigung des zweiten Umgehungszweigs vom Hauptzweig des Abgasstrangs angeordnet sein. Das zweite Ventil kann von einer Steuerungseinrichtung derart ansteuerbar sein, dass bei einer Regeneration des zweiten NOx-Speicherkatalysators dieser höchstens noch von einem Teil des Abgasstroms durchströmt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind am Hauptzweig des Abgasstrangs stromabwärts der Abzweigung des ersten Umgehungszweigs und stromaufwärts des ersten NOx-Speicherkatalysators erste Mittel zur Kraftstoffzuführung und/oder stromabwärts der Abzweigung des zweiten Umgehungszweigs und stromaufwärts des zweiten NOx-Speicherkatalysators zweite Mittel zur Kraftstoffzuführung angeordnet. Die ersten bzw. zweiten Mittel zur Kraftstoffzuführung können beispielsweise als Einspritzdüse oder als Verdampfer ausgebildet sein und dienen der Anreicherung des durch den ersten bzw. zweiten NOx-Speicherkatalysator strömenden Abgases mit Kraftstoff, um eine Regeneration des betreffenden NOx-Speicherkatalysators durchzuführen. Die ersten bzw. zweiten Mittel zur Kraftstoffzuführung sind insbesondere von einer Steuerungseinrichtung derart ansteuerbar, dass während einer Regeneration des ersten bzw. des zweiten NOx-Speicherkatalysators eine für eine entsprechende Anreicherung des Abgases geeignete Kraftstoffmenge zugeführt wird. Diese ist dann, wenn zumindest ein Teil des gesamten Abgasstroms des Verbrennungsmotors über den ersten bzw. zweiten Umgehungszweig geführt wird, geringer als wenn der gesamte Abgasstrom während der Regeneration durch den betreffenden NOx-Speicherkatalysator geleitet würde. Hierdurch wird ein besonders effektiver und kostengünstiger Betrieb der Abgasnachbehandlungsanordnung ermöglicht.
  • Vorzugsweise ist im Abgasstrang zwischen dem ersten und dem zweiten NOx-Speicherkatalysator mindestens eine weitere Abgasnachbehandlungsvorrichtung angeordnet. Hierdurch wird eine besonders weitgehende Verringerung unerwünschter Abgasbestandteile ermöglicht. In besonders vorteilhafter Weise ist die mindestens eine weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung zwischen der Einmündung des ersten Umgehungszweigs in den Hauptzweig und der Abzweigung des zweiten Umgehungszweigs angeordnet. Hierdurch wird es erreicht, dass der gesamte Abgasstrom, ggf. nach einem Durchströmen des ersten NOx-Speicherkatalysators, durch die mindestens eine weitere Abgasnachbehandlungsvorrichtung geleitet wird und somit eine besonders vollständige Reinigung des Abgases ermöglicht wird.
  • Als mindestens eine weitere Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die vorzugsweise zwischen dem ersten und dem zweiten NOx-Speicherkatalysator angeordnet ist, kann insbesondere ein SCR-Katalysator und/oder ein beschichteter Diesel-Partikelfilter (Coated Diesel Particulate Filter, CDPF) und/oder ein kombinierter Filter mit einem SCR-Katalysator und einem Diesel-Partikelfilter (SDPF) vorgesehen sein. Ferner kann, insbesondere bei einem SCR-Katalysator oder einem SCPF unmittelbar stromaufwärts desselben, eine Zuführung von Ammoniak bzw. eines Ammoniak bereitstellenden Stoffs, etwa einer Harnstofflösung, vorhanden sein. Hierdurch wird eine weitere Reduzierung der NOx- und/oder der Ruß-Emission sowie ggf. weiterer im Abgas enthaltener Schadstoffe ermöglicht.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors oder eines Otto-Magermotors, mit einer Anordnung zur Abgasnachbehandlung nach einem der vorhergehenden Ansprüche wird in einem ersten Betriebszustand im Wesentlichen der gesamte Abgasstrom des Verbrennungsmotors durch den ersten NOx-Speicherkatalysator geleitet und in einem zweiten Betriebszustand zumindest ein überwiegender Teil des Abgasstroms durch den ersten Umgehungszweig geleitet, wobei im zweiten Betriebszustand eine Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators durchgeführt wird. Hierfür können Mittel zur Steuerung des Abgasstroms bzw. zur Zuführung von Kraftstoff, beispielsweise ein erstes Ventil an der Abzweigung des ersten Umgehungszweigs und eine stromaufwärts des ersten NOx-Speicherkatalysators im Hauptzweig angeordnete Einspritzdüse, von einer Steuerungseinrichtung entsprechend angesteuert werden. Dadurch, dass im zweiten Betriebszustand zumindest ein überwiegender Teil des Abgasstroms durch den ersten Umgehungszweig geleitet wird und somit der erste NOx-Speicherkatalysator nicht oder nur von einem geringeren Teil des Abgasstroms durchströmt wird, wird die Menge des dabei durch den ersten NOx-Speicherkatalysator strömenden Sauerstoffs verringert, so dass für die Regeneration eine geringere Menge des zugeführten Kraftstoffs ausreicht.
  • Vorzugsweise wird sowohl im ersten als auch im zweiten Betriebszustand im Wesentlichen der gesamte Abgasstrom durch den zweiten NOx-Speicherkatalysator geleitet. Im ersten Betriebszustand erfolgt hierdurch eine besonders weitgehende Reinigung des Abgasstroms, insbesondere eine weitgehende Vermeidung von NOx-Emissionen. Im zweiten Betriebszustand, in dem der Abgasstrom den ersten NOx-Speicherkatalysator umgangen hat, erfolgt eine Reinigung des Abgasstroms durch den zweiten NOx-Speicherkatalysator. Hierdurch ist nicht nur eine besonders weitgehende Reduzierung der über alle Betriebszustände gemittelten NOx-Emissionen des Verbrennungsmotors erzielbar, sondern es wird auch ermöglicht, eine Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators unabhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors durchzuführen; die Regeneration ist somit insbesondere nicht beschränkt auf Betriebszustände mit geringem NOx-Ausstoß. Hierdurch wird es ermöglicht, eine Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators allein in Abhängigkeit von dessen Zustand, insbesondere von der Beladung, und zu einem hinsichtlich des Betriebs des ersten NOx-Speicherkatalysators optimalen Zeitpunkt durchzuführen.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass in einem dritten Betriebszustand, in dem eine Regeneration des zweiten NOx-Speicherkatalysators durchgeführt wird, im Wesentlichen der gesamte Abgasstrom des Verbrennungsmotors durch den ersten NOx-Speicherkatalysator und zumindest ein überwiegender Teil des Abgasstroms durch den zweiten Umgehungszweig geleitet wird. Hierdurch wird eine Regeneration des zweiten NOx-Speicherkatalysators ermöglicht, wobei der zweite NOx-Speicherkatalysator nicht oder nur von einem geringeren Teil des Abgasstroms durchströmt wird. Dadurch ist die Menge des dabei durch den zweiten NOx-Speicherkatalysator strömenden Sauerstoffs verringert, so dass für die Regeneration eine geringere Menge an zugeführtem Kraftstoff ausreicht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird im zweiten und/oder im dritten Betriebszustand eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsmotor zur Anfettung des Abgasstroms, d.h. zur Erzeugung eines Kraftstoffüberschusses im Abgasstrom, durchgeführt. Dies ermöglicht eine Regeneration des ersten bzw. des zweiten NOx-Speicherkatalysators, ohne dass zusätzliche Mittel zur Kraftstoffzuführung im Abgasstrang vorgesehen werden müssten, oder es kann in dem Fall, dass Mittel zur Kraftstoffzuführung im Abgasstrang vorhanden sind, die Regeneration verbessert werden. In beiden Fällen wird ein überwiegender Teil des Abgasstroms, jedoch nicht der gesamte Abgasstrom, durch den ersten bzw. den zweiten Umgehungszweig geleitet, so dass ein verringerter Durchstrom durch den zu regenerierenden NOx-Speicherkatalysator erfolgt, durch den das Abgas mit dem im Verbrennungsmotor zusätzlich eingespritzten Kraftstoff in den betreffenden NOx-Speicherkatalysator gelangt.
  • Ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem umfasst eine wie oben beschrieben ausgebildete Anordnung zur Abgasnachbehandlung sowie eine Steuerungseinrichtung, die zur Ansteuerung von Mitteln zur Steuerung des Abgasstroms und von Mitteln zur Zuführung von Kraftstoff gemäß dem oben beschriebenen Verfahren eingerichtet ist. Die Steuerungseinrichtung kann Teil einer elektronischen Motorsteuerung des Verbrennungsmotors sein. Die Steuerungseinrichtung kann als Motorsteuerung auch zur Steuerung einer zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsmotor ausgebildet sein.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Abgasnachbehandlung für einen Verbrennungsmotor.
  • Wie in 1 beispielhaft symbolisch in Form eines Blockdiagramms gezeigt, umfasst der Abgasstrang 1 eines Verbrennungsmotors, der im dargestellten Beispiel ein Dieselmotor 2 ist, einen Hauptzweig 3, der vom Ausgang des Dieselmotors 2 ("Motorausgang") bis zu einem Ausgang 4 des Abgasstrangs 1 verläuft und in den nacheinander ein erstes Ventil 5, ein erster NOx-Speicherkatalysator 6 (LNT1), ein beschichteter Diesel-Partikelfilter 7 (CDPF), ein zweites Ventil 8 und ein zweiter NOx-Speicherkatalysator 9 (LNT2) eingeschaltet sind. Parallel zum ersten NOx-Speicherkatalysator 6 ist ein erster Umgehungszweig 10 geschaltet, der stromaufwärts des ersten NOx-Speicherkatalysators 6 vom Hauptzweig 3 abzweigt und stromabwärts des ersten NOx-Speicherkatalysators 6 wieder in den Hauptzweig 3 einmündet. Entsprechend verläuft parallel zum zweiten NOx-Speicherkatalysator 9 ein zweiter Umgehungszweig 11, der stromaufwärts des zweiten NOx-Speicherkatalysators 9 vom Hauptzweig 3 abzweigt und stromabwärts des zweiten NOx-Speicherkatalysators 9 wieder in diesen einmündet. An den Abzweigungen der beiden Umgehungszweige 10, 11 sind die Ventile 5, 8 angeordnet. Diese werden von einer nicht dargestellten Steuerungseinrichtung derart angesteuert, dass jeweils ein steuerbarer Anteil des gesamten vom Dieselmotor 2 kommenden Abgasstroms über den ersten bzw. den zweiten Umgehungszweig 10, 11 an dem jeweiligen NOx-Speicherkatalysator 6, 9 vorbei geführt und stromabwärts wieder in den Hauptzweig 3 eingeleitet wird.
  • Zwischen der Einmündung des ersten Umgehungszweigs 10 und der Abzweigung des zweiten Umgehungszweigs 11 ist der beschichtete Diesel-Partikelfilter 7 angeordnet, der vom gesamten Abgasstrom durchströmt wird. Nach der Einmündung des zweiten Umgehungszweigs 11 in den Hauptzweig 3 kann dieser in einem Ausgang 4 des Abgasstrangs enden, oder es können dort weitere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, etwa zur Reduzierung weiterer Schadstoffe oder zur Lärmreduzierung, angeordnet sein (nicht dargestellt). Ebenfalls nicht dargestellt sind ggf. im Abgasstrang vorhandene weitere Vorrichtungen, wie etwa eine Abgasturbine oder Sensoren.
  • Stromaufwärts des ersten bzw. des zweiten NOx-Speicherkatalysators 6, 9 sind Einspritzdüsen 12, 13 zur Einspritzung von Kraftstoff in den Hauptzweig 3 angeordnet. Die Einspritzdüsen 12, 13 sind ebenfalls von der Steuerungseinrichtung ansteuerbar.
  • In einem ersten Betriebszustand, der dem Normalbetrieb entspricht, sind die Ventile 5, 8 beide geschlossen, so dass der gesamte Abgasstrom des Dieselmotors 2 durch beide NOx-Speicherkatalysatoren 6, 9 sowie durch den beschichteten Diesel-Partikelfilter 7 geleitet wird. Hierdurch erfolgt eine weitestgehende Reduzierung der im Abgas enthaltenen Schadstoffe, insbesondere der Stickoxide. Diese sammeln sich nach und nach im ersten NOx-Speicherkatalysator 6 sowie auch im zweiten NOx-Speicherkatalysator 9 an. Im Normalzustand herrscht im Abgas Sauerstoff-Überschuss.
  • Wenn aufgrund der Beladung des ersten NOx-Speicherkatalysators 6 eine Regeneration durchgeführt werden soll, muss hierfür lokal ein Kraftstoff-Überschuss erzeugt werden, so dass der Sauerstoffgehalt im Abgas unter etwa 1% liegt. Hierfür wird das Ventil 5 teilweise geöffnet, so dass der überwiegende Anteil des Abgasstroms durch den ersten Umgehungszweig 10 strömt. Der verbleibende Abgasstrom durch den ersten NOx-Speicherkatalysator 6 und daher auch die gesamte durch diesen strömende Sauerstoffmenge ist daher gering. Mit Hilfe der Einspritzdüse 12 wird Kraftstoff in das durch den ersten NOx-Speicherkatalysator 6 strömende Abgas eingespritzt, wobei die Kraftstoffmenge, die zur Erzeugung eines Kraftstoff-Überschusses notwendig ist, entsprechend verringert ist. Ferner werden die mit dem Kraftstoff zugeführten Kohlenwasserstoffe (HC) aufgrund der verringerten Strömungsgeschwindigkeit effizienter umgesetzt, wodurch die notwendige Kraftstoffmenge nochmals reduziert wird. Während der Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators 6 ist das zweite Ventil 8 geschlossen, so dass der gesamte Abgasstrom durch den zweiten NOx-Speicherkatalysator 9 geleitet wird und eine Emission von Stickoxiden vermieden wird.
  • Dementsprechend wird dann, wenn eine Regeneration des zweiten NOx-Speicherkatalysators 9 durchgeführt werden soll, das Ventil 8 teilweise geöffnet, so dass der überwiegende Anteil des Abgasstroms durch den zweiten Umgehungszweig 11 strömt. Mit Hilfe der Einspritzdüse 13 wird Kraftstoff in das durch den zweiten NOx-Speicherkatalysator 9 strömende Abgas eingespritzt, wobei die Kraftstoffmenge, die zur Erzeugung eines Kraftstoff-Überschusses notwendig ist, ebenfalls verringert ist. Während der Regeneration des zweiten NOx-Speicherkatalysators 9 ist das erste Ventil 5 geschlossen, so dass eine Reinigung des Abgases von darin enthaltenen Stickoxiden durch den ersten NOx-Speicherkatalysator 6 gewährleistet ist.
  • Die Ventile 5, 8 und die Einspritzdüsen 12, 13 werden von der Steuerungseinrichtung zur Durchführung der Regeneration des ersten bzw. des zweiten NOx-Speicherkatalysators 6, 9 entsprechend angesteuert. Dabei erfolgt die Steuerung aufgrund der jeweiligen Beladung unter Berücksichtigung der für eine Regeneration geeigneten Betriebsbedingungen der NOx-Speicherkatalysatoren 6, 9, etwa der jeweiligen Temperaturen, wobei ferner die Steuerung derart erfolgt, dass die Regeneration des ersten und des zweiten NOx-Speicherkatalysators 6, 9 zu unterschiedlichen Zeitpunkten stattfindet. Eine Regeneration des ersten und des zweiten NOx-Speicherkatalysators 6, 9 zu unterschiedlichen Zeitpunkten ist auch aus dem Grund vorteilhaft, weil die beiden NOx-Speicherkatalysatoren 6, 9 aufgrund ihrer unterschiedlichen Position im Abgasstrang 1 unterschiedliche Aufwärmkurven aufweisen.
  • Da der für die Durchführung der Regeneration notwendige Kraftstoff-Überschuss durch Einspritzung von Kraftstoff im Abgasstrang 1 erzeugt wird, kann die Regeneration unabhängig von der aktuellen Motordrehzahl und der aktuellen Motorlast durchgeführt werden. So ist eine Regeneration insbesondere auch bei hoher Motorlast ebenso wie bei niedriger Motorlast möglich, was bei einer Erzeugung eines Kraftstoffüberschusses durch eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung im Motor in der Regel nicht erreichbar ist. Es ist jedoch auch möglich, zusätzlich zu der beschriebenen Kraftstoffzuführung im Abgasstrang eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung im Dieselmotor 2 vorzusehen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Abgasstrang
    2
    Dieselmotor
    3
    Hauptzweig
    4
    Ausgang
    5
    Ventil
    6
    NOx-Speicherkatalysator
    7
    Beschichteter Diesel-Partikelfilter
    8
    Ventil
    9
    NOx-Speicherkatalysator
    10
    Umgehungszweig
    11
    Umgehungszweig
    12
    Einspritzdüse
    13
    Einspritzdüse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • DE 19626837 A1 [0005]
    • US 20060213187 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Anordnung zur Abgasnachbehandlung für einen Verbrennungsmotor, wobei ein Abgasstrang (1) des Verbrennungsmotors einen Hauptzweig (3) mit einem ersten NOx-Speicherkatalysator (6) sowie einen stromaufwärts des ersten NOx-Speicherkatalysators (6) vom Hauptzweig (3) abzweigenden und stromabwärts des ersten NOx-Speicherkatalysators (6) in den Hauptzweig (3) einmündenden, von zumindest einem Teil des Abgasstroms durchströmbaren ersten Umgehungszweig (10) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass im Hauptzweig (3) stromabwärts der Einmündung des ersten Umgehungszweigs (10) in den Hauptzweig (3) ein zweiter NOx-Speicherkatalysator (9) angeordnet ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil des Abgasstroms, der den ersten Umgehungszweig (10) durchströmt, mit einem ersten Ventil (5) steuerbar ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein stromabwärts der Einmündung des ersten Umgehungszweigs (10) in den Hauptzweig (3) und stromaufwärts des zweiten NOx-Speicherkatalysators (9) vom Hauptzweig (3) abzweigender, von zumindest einem Teil des Abgasstroms durchströmbarer zweiter Umgehungszweig (11) vorhanden ist.
  4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil des Abgasstroms, der den zweiten Umgehungszweig (11) durchströmt, mit einem zweiten Ventil (8) steuerbar ist.
  5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Abzweigung des ersten Umgehungszweigs (10) und stromaufwärts des ersten NOx-Speicherkatalysators (6) erste Mittel zur Kraftstoffzuführung und/oder stromabwärts der Abzweigung des zweiten Umgehungszweigs (11) und stromaufwärts des zweiten NOx-Speicherkatalysators (9) zweite Mittel zur Kraftstoffzuführung angeordnet sind.
  6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und dem zweiten NOx-Speicherkatalysator (6, 9) mindestens eine weitere Abgasnachbehandlungsvorrichtung, insbesondere ein SCR-Katalysator und/oder ein beschichteter Diesel-Partikelfilter (7) und/oder ein Kombinationsfilter aus einem SCR-Katalysator und einem Diesel-Partikelfilter, angeordnet ist.
  7. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer Anordnung zur Abgasnachbehandlung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem ersten Betriebszustand im Wesentlichen der gesamte Abgasstrom des Verbrennungsmotors durch den ersten NOx-Speicherkatalysator (6) geleitet wird und in einem zweiten Betriebszustand zumindest ein überwiegender Teil des Abgasstroms durch den ersten Umgehungszweig (10) geleitet wird, wobei im zweiten Betriebszustand eine Regeneration des ersten NOx-Speicherkatalysators (6) durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten und im zweiten Betriebszustand im Wesentlichen der gesamte Abgasstrom durch den zweiten NOx-Speicherkatalysator (9) geleitet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Betriebszustand im Wesentlichen der gesamte Abgasstrom des Verbrennungsmotors durch den ersten NOx-Speicherkatalysator (6) geleitet wird und zumindest ein überwiegender Teil des Abgasstroms durch den zweiten Umgehungszweig (11) geleitet wird, wobei im dritten Betriebszustand eine Regeneration des zweiten NOx-Speicherkatalysators (9) durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten und/oder dritten Betriebszustand eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsmotor erfolgt.
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