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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration einer Mager-NOx-Falle als Element einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Magermotor, aufweisend die wenigstens eine Mager-NOx-Falle zur temporären Adsorption von Stickoxiden aus einem Abgasstrom des Verbrennungsmotors.
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Allgemein werden als Magermotoren Dieselmotoren bezeichnet sowie Ottomotoren mit Benzindirekteinspritzung, die mager betrieben werden können. Zur Entfernung von Stickoxiden (NOx) aus dem Abgas der Magermotoren können sogenannte Stickoxid-Speicherkatalysatoren, hierin auch als Mager-NOx-Fallen oder LNT (Lean NOx Trap) bezeichnet, eingesetzt werden.
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Eine Mager-NOx-Falle bzw. ein LNT oxidiert während einer Speicherphase das im mageren Abgas enthaltene Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO2) und speichert es anschließend in Form von Nitraten. Zur Oxidation von Stickstoffmonoxid enthält eine Mager-NOx-Falle als katalytisch aktive Komponente gewöhnlich relativ hohe Mengen an Metallen der Platingruppe (PGM, Platin Group Metal), was die Kosten zur Herstellung von Mager-NOx-Fallen signifikant erhöht. Um die Herstellungskosten in gewissen Grenzen zu halten oder sogar zu reduzieren, ist es bekannt, eine Mager-NOx-Falle in zwei unterschiedliche Bereiche aufzuteilen, wobei der erste Bereich zur Speicherung/Reduzierung von NOx und Oxidation von NO nach NO2 aber auch zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen (HC) und/oder Kohlenmonoxid (CO) im Abgas dient und ein stromabwärts des ersten Bereichs liegender zweiter Bereich zur Speicherung und/oder Reduktion von Stickoxiden (NOx) im Abgast dient. Der erste Bereich kann insbesondere eine Beschichtung mit einem relativ hohen PGM-Anteil und relativ wenig oder keinem NOx-Speichermaterial enthalten und der zweite Bereich kann relativ wenig PGM und relativ viel NOx-Speichermaterial enthalten.
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In der
DE 10 2013 200 361 A1 ist eine solche Mager-NOx-Falle mit zwei Bereichen an unterschiedlichem PGM-Anteil offenbart. Diese hat sich aufgrund der beiden Bereiche unterschiedlichen PGM-Anteils dahingehend bewährt, als die NOx-Emissionen auf kostengünstige Weise verringert wurden. Dabei stellt die Verwendung eines Turboladers und das kurze Verbindungsrohr der Mager-NOx-Falle zum Turbolader sicher, dass Abgas mit einer relativ hohen Temperatur in die mager-NOx-Falle einströmt. Diese relativ hohe Temperatur erlaubt eine Speicherung von NOx aber auch HC und/oder Co Reduktion in dem ersten Bereiche des LNT. Wenn die Temperatur hoch genug ist, könne die gespeicherten NOx in einem fetten Betrieb reduziert werden.
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Die
DE 103 35 158 A1 befasst sich auch mit einer Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen einer Brennkraftmaschine. Dabei ist auch ein Mittel zum Halten von NOx offenbart, welches auf einem Partikel- bzw. Feststofffilter getragen wird. Wenn ein vorgegebener Betrag an gespeichertem NOx erreicht ist oder überstiegen wird, wird dieses freigesetzt und reduziert, indem die Sauerstoffkonzentration im Abgas reduziert wird und ein reduzierendes Agens eingeleitet wird. In einem Ausführungsbeispiel ist eine Ringleitung offenbart, durch welche das Abgas strömen kann. Zudem ist ein Ventil zum Regulieren der Flussrate durch das Mittel zum Halten des NOx vorgesehen. Dieses kann in drei Stellungen geschaltet sein. In einer ersten Stellung strömt das Abgas in einer ersten Richtung durch den einen Ringleitungsabschnitt, so dann durch den Mittel zu Halten von NOx und weiter durch einen zweiten Ringleitungsabschnitt zurück zum Ventil, wobei das Abgas anschließend, ohne dass Mittel zum Halten von NOx zu durchströmen wohl an diesem vorbeiströmt. Befindet sich das Ventil in einer zweiten Stellung durchströmt das Abgas umgekehrt zur ersten Strömungsrichtung zunächst den zweiten Ringleitungsabschnitt, sodann das Mittel zum Halten von NOx um so zum Ventil zu gelangen, von wo aus das Abgas anschließend, wie zuvor auch, ohne dass Mittel zum Halten von NOx zu durchströmen wohl an diesem vorbeiströmt. Durch die periodische Strömungsumkehr des Abgases kann so ein Verstopfen des Filters vermieden werden, wobei wohl auch eine gleichmäßige Speicherung von NOx entlang des Mittels zum Halten von NOx erreichbar sein wird. In beiden Ringleitungsabschnitten kann zudem eine Zuführvorrichtung für das reduzierende Agens vorgesehen sein, um das Abgas entsprechend anzufetten, wenn die gespeicherten NOx freigesetzt und reduziert werden sollen. Ist das Ventil in einer neutralen Zwischenstellung, strömt das Abgas ohne das Mittel zum Halten von NOx zu durchströmen wohl an diesem vorbei. Damit soll eine Schwefelvergiftung aufgrund des vorgeschalteten Mittels zum Halten von Schwefelkomponenten vermieden werden, welche bei bestimmten Bedingungen freigesetzt werden, und andernfalls das Mittel zum Halten von NOx vergiften würden. Wesentlich ist aber, dass in jeder der Ringleitungen eine Zuführvorrichtung zum Zuführen des reduzierenden Agens angeordnet ist, um so eine Regeneration in jeder der Strömungsrichtungen ausführen zu können, solange das Ventil, nicht in der neutralen Bypassposition ist.
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Auch aus der Zusammenfassung der
JP H07-259 542 A ist eine Vorrichtung bekannt, bei welcher eine Schwefelvergiftung eines NOx-Speichers vermieden werden soll. In zwei Abgaszweigen ist jeweils ein Schwefelspeicher in Reihe hinter jeweils einem NOx-Speicher angeordnet. Wenn Ventile so geschaltet sind, dass ein Abgaseinlass über ein Drei-Wege-Ventil mit einer Pumpe verbunden ist, strömt das Abgas durch den oberen Abgaszweig, wobei es durch die Speicher strömend gereinigt wird, und wobei das durch den unteren Abgaszweig strömende Abgas zum oberen Abgaszweig zurückgehführt wird. Zugleich wird dem Abgas ein Reduziermittel zugeführt.
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Aus der Zusammenfassung der
JP H05-38 417 A ist eine Vorrichtung zum Heizen und Reinigen von Schadgasen enthaltend CO und HC bekannt, wobei die Bestandteile erhitzt werden und durch Oxidation bei einem geringen Energieverlust bei gleichzeitig hoher Reinigungskapazität eliminiert werden. Eine Mager-NOx- Falle ist in der
JP H05-38 417 A nicht thematisiert. Mittels Steuerelementen wird die Abgasströmungsrichtung umgekehrt, so dass das Abgas periodisch, also in vorgegebenen Zeitabständen einmal von oben und einmal von unten durch die Vorrichtung zum Heizen und Reinigen geführt wird. Vor dem Umkehren der Abgasströmungsrichtung wird eine Öffnung geöffnet so dass Umgebungsluft in die Vorrichtung gelangen kann, wozu ein Ventilator an geeigneter Stelle vorgesehen ist, welcher die Umgebungsluft ansaugt. So könne ein Ausströmen ungereinigten Abgases vermieden werden. Dieses Vorgehen mit dem jeweiligen Öffnen zur Umgebungsluft und dem Ventilator soll gemäß der
JP H05-38 417 A zwingend erforderlich sein, da die Reinigung bei einer Strömungsumkehr ansonsten stagnieren würde, und ungereinigte Abgase in die Umwelt gelangen könnten.
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Die Speicherkapazität einer Mager-NOx-Falle ist naturgemäß begrenzt, so dass die in der Mager-NOx-Falle gespeicherten NOx von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Dies geschieht während einer Regenerationsphase, in der das Abgas kurzzeitig angefettet wird, zum Beispiel durch Betreiben des Motors mit einem fetten Luft-/Kraftstoffgemisch. Im Fettbetrieb wird der Motor mit in Bezug auf die Verbrennungsluft überstöchiometrischen Mengen an Kraftstoff betrieben. Dies führt zu einer Anreicherung der Verbrennungsabgase an Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC). Gleichzeitig erhöht sich durch den Fettbetrieb die Abgastemperatur. In der Folge erhöht sich die Temperatur in der Mager-NOx-Falle, wobei jetzt zusätzlich CO und HC aus den Abgasen während des Fettbetriebs in die Mager-NOx-Falle gelangen. Im fetten Abgas werden die in der Mager-NOx-Falle gespeicherten Stickoxide wieder desorbiert und an den katalytisch aktiven Komponenten mit Hilfe der fetten Abgasbestandteile zu Stickstoff reduziert.
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Speicherphase und Regenerationsphase wechseln sich regelmäßig ab, wobei die Speicherphase gewöhnlich wesentlich länger dauert als die Regenerationsphase.
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Mager-NOx-Fallen werden in ihrer Funktion beeinträchtigt durch im Kraftstoff und Motoröl enthaltenen Schwefelverbindungen, die bei der Verbrennung im Wesentlichen als Schwefeldioxid ins Abgas gelangen und von den Mager-NOx-Fallen in Form von sehr stabilen Sulfaten gebunden werden. Das geht zu Lasten der NOx-Speicherkapazität. Daher müssen Mager-NOx-Fallen abhängig vom Schwefelgehalt im Kraftstoff zusätzlich zur regelmäßigen NOx-Regeneration auch von Zeit zu Zeit entschwefelt werden, um eine kontinuierliche Verschlechterung der NOx-Speicherkapazität durch gebildete Sulfate rückgängig zu machen. Hierfür muss das Abgas ebenfalls angefettet und die Abgastemperatur angehoben werden.
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Ein Nachteil bei Mager-NOx-Fallen mit den zuvor beschriebenen zwei Bereichen, von denen der erste einen relativ hohen PGM-Anteil aufweist und der zweite, stromabwärtige Bereich einen relativ hohen Anteil an NOx-Speichermaterial aufweist, besteht nun darin, dass während der NOx-Regenerationsphase und/oder der Entschwefelungsphase die reaktivsten Bestandteile im fetten Abgas zuerst in den ersten Bereich der Mager-NOx-Falle gelangen und dort durch den hohen Anteil an PGM oxidiert werden, so dass sie nicht mehr zur Regeneration und/oder Entschwefelung des zweiten NOx-Speicherbereichs zur Verfügung stehen. Des Weiteren können aufgrund der festgelegten Durchströmungsrichtung des Abgases durch die Mager-NOx-Falle eine ungleichmäßige Beladung der Mager-NOx-Falle mit NOx entlang ihrer Durchströmungsrichtung sowie ein Temperaturgefälle entstehen, so dass die theoretisch zur Verfügung stehende NOx-Speicherkapazität der Mager-NOx-Falle nicht optimal genutzt werden kann.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regeneration der Mager-NOx-Falle anzugeben, so dass auf einfache und kostengünstige Weise eine bessere Nutzung der von der Mager-NOx-Falle zur Verfügung gestellten NOx-Speicherkapazität ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Erfindungsgemäß umfasst eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Magermotor, wenigstens eine Mager-NOx-Falle zur temporären Adsorption von Stickoxiden aus einem Abgasstrom des Verbrennungsmotors. Eine Abgasströmungsrichtung durch die Mager-NOx-Falle ist während des Betriebs des Verbrennungsmotors mittels einer steuerbaren Ventileinrichtung wenigstens zeitweise umkehrbar. Durch die Umkehr der Abgasströmungsrichtung durch die Mager-NOx-Falle ist zum einen eine bessere Verteilung der NOx innerhalb der Mager-NOx-Falle möglich und zum anderen ein gleichmäßigerer Temperaturverlauf innerhalb der Mager-NOx-Falle erzielbar. Beide Effekte erlauben eine wesentlich bessere Nutzung der durch die Mager-NOx-Falle maximal zur Verfügung gestellten NOx-Speicherkapazität, ohne die Herstellungskosten für die Mager-NOx-Falle zum Beispiel durch das Vorsehen eines noch höheren PGM-Anteils in der Mager-NOx-Falle zu erhöhen. Es ist lediglich eine herkömmliche Ventileinrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, die Abgasströmungsrichtung durch die Mager-NOx-Falle wenigstens zeitweise, also insbesondere bei einem Fettbetrieb des Verbrennungsmotors umzukehren, wenn die Regeneration der Mager-NOx-Falle ansteht. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist diese Ventileinrichtung bevorzugt steuerbar, besonders bevorzugt elektronisch steuerbar, so dass die Steuerung der Umkehr der Abgasströmungsrichtung beispielsweise durch eine elektronische Steuereinrichtung erfolgen kann.
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Gemäß der Erfindung umfasst die Mager-NOx-Falle ferner einen ersten Bereich und einen in Reihe liegenden zweiten Bereich, wobei der erste Bereich einen höheren Anteil an Metallen der Platingruppe (PGM) aufweist als der zweite Bereich. Hierzu kann der erste Bereiche eine Beschichtung mit einem relativ hohen PGM-Anteil und relativ wenig oder keinem NOx-Speichermaterial enthalten und der zweite Bereich relativ wenig PGM und relativ viel NOx-Speichermaterial enthalten. In Kombination mit der Möglichkeit der erfindungsgemäßen Umkehr der Abgasströmungsrichtung durch die Mager-NOx-Falle lässt sich nun zum Beispiel während der Regenerationsphase und/oder einer Entschwefelungsphase, in der das Abgas kurzzeitig angefettet wird, und der gleichzeitigen Umkehr der Abgasströmungsrichtung durch die Mager-NOx-Falle eine wesentlich bessere Regeneration und/oder Entschwefelung der Mager-NOx-Falle erzielen, da die reaktivsten Bestandteile im fetten Abgas nun zuerst in den zweiten Bereich der Mager-NOx-Falle gelangen und dort vollständig zur Regeneration und/oder Entschwefelung des zweiten NOx-Speicherbereichs zur Verfügung stehen und nicht wie bei einer herkömmlichen Abgasnachbehandlungsvorrichtung im ersten Bereich aufgrund des hohen PGM-Anteils weitestgehend oxidiert werden. Da bei der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung eine bessere Regeneration und/oder Entschwefelung des zweiten NOx-Speicherbereichs erfolgen kann, steht somit auch insgesamt eine höhere NOx-Speicherkapazität der Mager-NOx-Falle für eine anschließende Speicherphase zur Verfügung.
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Für eine kompakte Bauform der Mager-NOx-Falle sind der erste Bereich und der zweite Bereich der Mager-NOx-Falle gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
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Eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Abgasströmungsrichtung mittels der Ventileinrichtung in einer mit der Mager-NOx-Falle verbundenen Abgaszuleitung und in einer mit der Mager-NOx-Falle verbundenen Abgasableitung umkehrbar ist. Mit anderen Worten erfolgt die Umkehr der Abgasströmungsrichtung außerhalb der eigentlichen Mager-NOx-Falle, so dass keine speziellen, teuren Mager-NOx-Fallen zum Einsatz kommen, sondern weiterhin herkömmliche Mager-NOx-Fallen verwendet werden können, wie sie bereits in großen Stückzahlen verfügbar sind.
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Erfindungsgemäß ist eine elektronische Steuereinrichtung zur Steuerung der Ventileinrichtung vorgesehen. Die Steuereinrichtung ist gemäß der Erfindung bevorzugt ausgelegt, die Abgasströmungsrichtung durch die Mager-NOx-Falle während des Fettbetriebs des Verbrennungsmotors umzukehren. Möglich ist auch, dass die Abgasströmungsrichtung durch die Mager-NOx-Falle während eines Magerbetriebs des Verbrennungsmotors periodisch umgekehrt wird und/oder die Abgasströmungsrichtung durch die Mager-NOx-Falle während eines Leerlaufbetriebs des Verbrennungsmotors periodisch umgekehrt wird, was aber nicht Bestandteil, des erfindungsgemäßen Verfahrens sein soll, welches darauf abzielt bei einem Fettbetrieb des Verbrennungsmotors eine Umkehrung der Abgasströmungsrichtung zu erwirken, so dass das Abgas zunächst durch den zweiten Bereich der Mager-NOx-Falle strömt um dann den PGM-Anteil reicheren ersten Bereich der Mager-NOx-Falle zu durchströmen.
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Im ersten Fall, in dem eine Umkehr der Abgasströmungsrichtung durch die Mager-NOx-Falle während eines Fettbetriebs des Verbrennungsmotors erfolgt, ergeben sich insbesondere in Kombination mit der zwei hinsichtlich ihres PGM-Anteils unterschiedliche Bereiche aufweisenden Mager-NOx-Falle die bereits weiter oben beschriebenen wesentlichen Vorteile.
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Der zweite Fall, bei dem eine Umkehr der Abgasströmungsrichtung durch die Mager-NOx-Falle während eines Magerbetriebs des Verbrennungsmotors periodisch erfolgt, kann den wesentlichen Vorteil bieten, dass sich eine bessere NOx-Verteilung innerhalb der Mager-NOx-Falle erzielen lässt, was eine bessere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden NOx-Speicherkapazität der Mager-NOx-Falle erlaubt. Ebenso lässt sich auf diese Weise eine gleichmäßigere Temperaturverteilung innerhalb der Mager-NOx-Falle erzielen, wodurch stets eine effiziente Arbeitsweise der Mager-NOx-Falle während des Magerbetriebs des Verbrennungsmotors gewährleistet ist.
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Der dritte Fall, bei dem eine Umkehr der Abgasströmungsrichtung durch die Mager-NOx-Falle auch während eines Leerlaufbetriebs des Verbrennungsmotors periodisch erfolgt, gewährleistet vor allem die Erhaltung einer für eine wirksame Arbeitsweise der Mager-NOx-Falle notwendigen Mindesttemperatur auch während des Leerlaufbetriebs des Verbrennungsmotors. Bevorzugt erfolgt die Umkehr während des Leerlaufbetriebs des Verbrennungsmotors mit einer relativ hohen Frequenz, die deutlich über den Umkehrfrequenzen der beiden anderen vorstehend beschriebenen Fälle liegt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird.
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In dieser Zeichnung zeigt 1 schematisch eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) mit einem Verbrennungsmotor (ebenfalls nicht dargestellt), insbesondere einem Magermotor. Die in 1 gezeigte Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 umfasst wenigstens eine Mager-NOx-Falle 2, die der temporären Adsorption von Stickoxiden aus einem Abgasstrom 3 des Verbrennungsmotors dient. Wie in 1 dargestellt ist, umfasst die Mager-NOx-Falle 2 der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 einen ersten Bereich 4 und einen in Reihe liegenden zweiten Bereich 5, wobei der erste Bereich 4 einen höheren Anteil an Metallen der Platingruppe (PGM) aufweist als der zweite Bereich 5. Der erste Bereich 4 und der zweite Bereich 5 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vorteilhaft in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
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Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Abgasströmungsrichtung durch die Mager-NOx-Falle 2 während des Betriebs des Verbrennungsmotors mittels einer elektronisch steuerbaren Ventileinrichtung wenigstens zeitweise umkehrbar.
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Wie nachstehend noch ausführlicher erläutert werden wird, umfasst die Ventileinrichtung der in 1 dargestellten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 insgesamt vier steuerbare Abgasklappen 6, bevorzugt elektronisch steuerbare Abgasklappen 6.
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Wie der 1 zu entnehmen ist, weist die dargestellte Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 außerdem eine als erste Y-Gabel mit einem Einlasszweig 7 und einem ersten und einem zweiten Auslasszweig 8, 9 ausgebildete Abgaszuleitung 10 und eine als zweite Y-Gabel mit einem ersten und einem zweiten Einlasszweig 11, 12 und einem Auslasszweig 13 ausgebildete Abgasableitung 14 auf. Der erste Auslaßzweig 8 und der erste Einlasszweig 11 sind jeweils mit einer ersten Anschlussöffnung 15 der Mager-NOx-Falle 2 verbunden. Des Weiteren sind der zweite Auslasszweig 9 und der zweite Einlasszweig 12 jeweils mit einer zweiten Anschlussöffnung 16 der Mager-NOx-Falle 2 verbunden. Bei der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 lässt sich der Abgasstrom 3 mittels der die vier Abgasklappen 6 umfassenden Ventileinrichtung wahlweise über den Einlasszweig 7, den ersten Auslasszweig 8, den zweiten Einlasszweig 12 und den Auslasszweig 13 führen (hierin nachstehend auch als erste Durchströmungsrichtung bezeichnet) oder über den Einlasszweig 7, den zweiten Auslasszweig 9, den ersten Einlasszweig 11 und den Auslasszweig 13 führen (hierin nachstehend auch als zweite Durchströmungsrichtung bezeichnet). Hierzu werden im ersten Fall die Abgasklappen 6 des ersten Auslasszweigs 8 und des ersten Einlasszweigs 12 geöffnet, während die übrigen Abgasklappen 6 geschlossen werden. Im zweiten Fall werden die Abgasklappen 6 des zweiten Auslasszweigs 9 und des ersten Einlasszweigs 11 geöffnet, während die übrigen Abgasklappen geschlossen werden. Dieser zuletzt genannte Zustand der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 ist in 1 dargestellt.
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Durch die zuvor beschriebenen zwei Betriebszustände der in 1 gezeigten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 ist mittels der Ventileinrichtung die Abgasströmungsrichtung in der mit der Mager-NOx-Falle 2 verbundenen Abgaszuleitung 10 und in der mit der Mager-NOx-Falle 2 verbundenen Abgasableitung 14 umkehrbar, so dass die Mager-NOx-Falle 2 im zuvor genannten ersten Fall vom zugeführten Abgas von ihrem ersten Bereich 4 zu dem zweiten Bereich 5 durchströmt wird (entspricht der zuvor genannten ersten Durchströmungsrichtung), während sie in dem zuvor genannten zweiten Fall vom zugeführten Abgas von ihrem zweiten Bereich 5 zu ihrem ersten Bereich 4 durchströmt wird (entspricht der zuvor genannten zweiten Durchströmungsrichtung).
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Erfindungsgemäß wird die erste Durchströmungsrichtung durch die Mager-NOx-Falle 2 gewählt, während sich der Verbrennungsmotor in einer Magerbetriebsart befindet. Die zweite Durchströmungsrichtung wird gemäß der Erfindung hingegen verwendet, während sich der Verbrennungsmotor in einer Fettbetriebsart befindet, bei der das Abgas zur Regeneration und/oder zur Entschwefelung der Mager-NOx-Falle 2 angefettet ist. Hierdurch lässt sich während der Regenerationsphase und/oder der Entschwefelungsphase und der gleichzeitigen Umkehr der Abgasströmungsrichtung durch die Mager-NOx-Falle 2 eine wesentlich bessere Regeneration und/oder Entschwefelung der Mager-NOx-Falle 2 erzielen, da die reaktivsten Bestandteile im fetten Abgas nun zuerst in den zweiten Bereich 5 der Mager-NOx-Falle 2 gelangen und dort vollständig zur Regeneration und/oder Entschwefelung des zweiten NOx-Speicherbereichs 5 zur Verfügung stehen und nicht wie bei einer herkömmlichen Abgasnachbehandlungsvorrichtung zuerst im ersten Bereich 4 aufgrund des hohen PGM-Anteils weitestgehend oxidiert werden. Da bei der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens der Abgasströmungsumkehr bei dem Fettbetrieb des Verbrennungsmotors eine bessere Regeneration des zweiten NOx-Speicherbereichs 5 erfolgen kann, steht somit auch eine insgesamt höhere NOx-Speicherkapazität der Mager-NOx-Falle 2 für eine anschließende Speicherphase zur Verfügung.
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Zur automatischen Umkehrsteuerung der Abgasströmung durch die Mager-NOx-Falle 2 weist die in 1 dargestellte Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 ferner eine nicht dargestellte elektronische Steuereinrichtung zur Steuerung der die vier Abgasklappen 6 umfassenden Ventileinrichtung auf. Die Steuereinrichtung ist hierbei ausgelegt, die Abgasströmungsrichtung durch die Mager-NOx-Falle 2 während des Fettbetriebs des Verbrennungsmotors umzukehren. Es ist an dieser Stelle anzumerken, dass die Steuereinrichtung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 eine separate Steuereinrichtung sein kann oder in einer bereits in einem Fahrzeug vorhandenen elektronischen Steuereinrichtung (z. B. ECU) integriert sein kann.
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In einer nicht gezeigten weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die sich in ihrem Aufbau jedoch nicht von dem in 1 dargestellten Aufbau der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 unterscheidet, sondern lediglich in der Auslegung der Steuereinrichtung, ist die Steuereinrichtung zusätzlich zu der bei der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 beschriebenen Auslegung in der Lage, die Abgasströmungsrichtung durch die Mager-NOx-Falle ferner während eines Magerbetriebs des Verbrennungsmotors periodisch umzukehren. Dies bietet den wesentlichen Vorteil, dass sich eine bessere NOx-Verteilung innerhalb der Mager-NOx-Falle erzielen lässt, was eine bessere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden NOx-Speicherkapazität der Mager-NOx-Falle erlaubt. Ebenso lässt sich auf diese Weise eine gleichmäßigere Temperaturverteilung innerhalb der Mager-NOx-Falle erzielen, wodurch stets eine effiziente Arbeitsweise der Mager-NOx-Falle während des Magerbetriebs des Verbrennungsmotors gewährleistet ist.
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In einer noch weiteren nicht gezeigten vorteilhaften Ausgestaltung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die sich in ihrem Aufbau wiederum nicht von dem in 1 dargestellten Aufbau der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 unterscheidet, sondern lediglich in der Auslegung der Steuereinrichtung, ist die Steuereinrichtung zusätzlich zu der bei der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 beschriebenen Auslegung in der Lage, die Abgasströmungsrichtung durch die Mager-NOx-Falle ferner während eines Leerlaufbetriebs des Verbrennungsmotors periodisch umzukehren. Dies gewährleistet vor allem die Erhaltung einer für eine wirksame Arbeitsweise der Mager-NOx-Falle notwendigen Mindesttemperatur auch während des Leerlaufbetriebs des Verbrennungsmotors. Bevorzugt erfolgt die Umkehr während des Leerlaufbetriebs des Verbrennungsmotors mit einer relativ hohen Frequenz, die deutlich über den Umkehrfrequenzen der beiden anderen vorstehend beschriebenen Fälle liegt.
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Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsvorrichtung ist nicht auf die hierin offenbarte Ausführungsform beschränkt, sondern umfasst auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen. Insbesondere ist die Anzahl der Mager-NOx-Fallen nicht auf die Anzahl im gezeigten Ausführungsbeispiel beschränkt. Darüber hinaus lässt sich die Umkehr der Abgasströmungsrichtung in einer einzweigigen Abgaszuleitung zur Mager-NOx-Falle und einer einzweigigen Abgasableitung von der Mager-NOx-Falle beispielsweise auch mittels eines 4/2-Wegeventils realisieren, das die Abgasströmungsrichtung in der Abgaszuleitung und in der Abgasableitung entsprechend steuert, das heißt umkehrt. Ferner kann die Abgasnachbehandlungsvorrichtung selbstverständlich weitere vor- und/oder nachgeschaltete Abgasnachbehandlungskomponenten, wie zum Beispiel Katalysatoren und/oder Partikelfilter, umfassen.
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In bevorzugter Ausführung wird die Abgasnachbehandlungsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Magermotor, zur Nachbehandlung der von dem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgase verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgasnachbehandlungsvorrichtung
- 2
- Mager-NOx-Falle
- 3
- Abgasstrom
- 4
- Erster Bereich von 2
- 5
- Zweiter Bereich von 2
- 6
- Abgasklappe
- 7
- Einlasszweig
- 8
- Erster Auslasszweig
- 9
- Zweiter Auslasszweig
- 10
- Abgaszuleitung
- 11
- Erster Einlasszweig
- 12
- Zweiter Einlasszweig
- 13
- Auslasszweig
- 14
- Abgasableitung
- 15
- Erste Anschlussöffnung
- 16
- Zweite Anschlussöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013200361 A1 [0004]
- DE 10335158 A1 [0005]
- JP 07-259542 A [0006]
- JP 05-38417 A [0007, 0007, 0007]
