DE102015015260A1 - Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine sowie Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung mit einer solchen Abgasnachbehandlungseinrichtung - Google Patents

Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine sowie Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung mit einer solchen Abgasnachbehandlungseinrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (26) für eine Verbrennungskraftmaschine (12), insbesondere eines Kraftwagens, mit wenigstens einem von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (12) durchströmbaren SCR-Katalysator (34), und mit wenigstens einem von dem Abgas durchströmbaren Partikelfilter (36) zum Rückhalten von Rußpartikeln aus dem Abgas, wobei der stromab des SCR-Katalysators (34) angeordnete Partikelfilter (36) mit einer schwermetall- und edelmetallfreien und eine Oxidation der im Partikelfilter (36) rückgehaltenen Rußpartikel katalysierenden Beschichtung versehen ist, wobei stromab des Partikelfilters (36) ein von dem Abgas durchströmbarer, zweiter SCR-Katalysator (38) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, eine Antriebseinrichtung mit einer solchen Abgasnachbehandlungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Antriebseinrichtung.
  • Abgasnachbehandlungseinrichtungen für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Kraftwagen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Eine solche Abgasnachbehandlungseinrichtung kommt beispielsweise in einer Antriebseinrichtung zum Einsatz, welche die Abgasnachbehandlungseinrichtung sowie eine Verbrennungskraftmaschine umfasst. Die Antriebseinrichtung ist beispielsweise eine Komponente eines Kraftwagens, welcher mittels der Antriebseinrichtung, insbesondere mittels der Verbrennungskraftmaschine, antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine ist ein Verbrennungsmotor.
  • Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen Brennraum insbesondere in Form eines Zylinders auf, welchem während eines gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, und Luft zugeführt wird. Dadurch entsteht in dem Brennraum ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches verbrannt wird. Daraus resultiert Abgas der Verbrennungskraftmaschine, wobei das Abgas aus wenigstens einem Auslass der Verbrennungskraftmaschine und somit aus der Verbrennungskraftmaschine selbst ausströmen kann.
  • Beispielsweise mittels einer Abgasverrohrung wird das Abgas zu der Abgasnachbehandlungseinrichtung geführt, sodass das Abgas der Verbrennungskraftmaschine mittels der Abgasnachbehandlungseinrichtung nachbehandelt werden kann. Hierzu umfasst die Abgasnachbehandlungseinrichtung wenigstens einen von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren SCR-Katalysator, mittels welchem eine selektive katalytische Reduktion (SCR) bewirkt beziehungsweise unterstützt wird. Dies bedeutet, dass der SCR-Katalysator die SCR katalysiert. Mittels der selektiven katalytischen Reduktion werden im Abgas enthaltene Stickoxide (NOx) reduziert, das heißt zumindest teilweise aus dem Abgas entfernt. Im Rahmen der SCR reagieren im Abgas enthaltene Stickoxide insbesondere mit Bestandteilen eines in das Abgas eingebrachten Reduktionsmittels oder mit Bestandteilen, die sich aus dem Reduktionsmittel bilden, zu Stickstoff und Wasser. Nachfolgend wird ohne Einschränkung der Allgemeinheit davon ausgegangen, dass es sich bei dem im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzten Reduktionsmittel um eine wässrige Harnstofflösung handelt. Aus der wässrigen Harnstofflösung bildet sich das in die SCR bei der Reduktion von Stickoxiden wirksame Ammoniak (NH3).
  • Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst ferner wenigstens einen von dem Abgas durchströmbaren Partikelfilter zum Rückhalten von Rußpartikeln aus dem Abgas. Mittels des Partikelfilters wird das Abgas gefiltert, sodass zumindest ein Teil der Rußpartikel mittels des Partikelfilters aus dem Abgas gefiltert werden. Ist die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet, so wird der Partikelfilter üblicherweise auch als Dieselpartikelfilter (DPF) bezeichnet.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders emissionsgünstiger Betrieb realisieren lässt.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben Um eine Abgasnachbehandlungseinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders emissionsgünstiger Betrieb realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung stromab des ersten SCR-Katalysators angeordnete Partikelfilter mit einer schwermetall- und edelmetallfreien und eine Oxidation der im Partikelfilter rückgehaltenen Rußpartikel katalysierenden Beschichtung versehen ist, wobei stromab des Partikelfilters ein von dem Abgas durchströmbarer, zweiter SCR-Katalysator angeordnet ist. Die in der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung vorgesehene schwermetall- und edelmetallfreie Beschichtung des Partikelfilters weist vorteilhaft keine umweltbelastenden Schwermetalle und keine anderen giftigen oder umweltschädlichen Stoffe auf.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die schwermetall- und edelmetallfreie Beschichtung des Partikelfilters Alkali- und/oder Erdalkaliverbindungen auf. Besonders bevorzugt weist die die schwermetall- und edelmetallfreie Beschichtung des Partikelfilters alkalimetallhaltige Silikate auf, wobei in einer Silikatstruktur feinst verteilt Alkalimetalle, insbesondere Kalium als aktive Komponente der katalytischen Beschichtung eingebunden sind. Partikelfilter mit einer Beschichtung gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung können vorteilhaft Feststoffreaktionen mit Rußpartikeln katalysieren. Beschichtungen des Partikelfilters gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung sind auf verschiedenen Substrate, wie beispielsweise SIC oder Cordierit aufbringbar. Beschichtungen des Partikelfilters gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung ermöglichen eine auf Stickstoffdioxid (NO2) basierende Regeneration des Partikelfilters schon bei kleinen Stickstoffdioxid-Mengen und/oder bereits bei geringeren Temperaturen, da die mittels der Beschichtung katalysierte Reaktion von Ruß beziehungsweise von den Rußpartikeln mit Stickstoffdioxid im Partikelfilter eine Feststoffreaktion ist, die von der Beschichtung katalysiert, das heißt unterstützt beziehungsweise bewirkt wird. Diese Reaktion kann mit einer besonders hohen Reaktionsrate erfolgen. Bei gleichen Temperaturbedingungen betrachtet kann in einem Partikelfilter mit einer Beschichtung gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung die Reaktion von Ruß mit Stickstoffdioxid bereits bei kleineren Stickstoffdioxid-Mengen und mit höheren Reaktionsraten erfolgen als in einem Partikelfilter mit einer edelmetallhaltigen Beschichtung. Auch die Sauerstoff (O2)-basierte Rußoxidation wird durch eine Beschichtung gemäß dieser Ausgestaltungder Erfindung katalysiert und erfolgt an solchen Beschichtungen bereits bei deutlich niedrigeren Temperaturen als in Partikelfiltern mit Edelmetallbeschichtungen. Daher wird auch unter NO2-Ausschluss, insbesondere während einer Dosierung von wässriger Harnstofflösung, an einer Beschichtung gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung bei diesen niedrigeren Temperaturen mit O2 bereits Ruß zu Kohlendioxid (CO2) und Wasserdampf (H2O) oxidiert.
  • Unter einer Regeneration des Partikelfilters ist dabei zu verstehen, dass im Rahmen der Regeneration zumindest ein Teil der im Partikelfilter rückgehaltenen Rußpartikel aus dem Partikelfilter entfernt wird. Mit zunehmender Betriebsdauer und somit mit zunehmendem Rückhalten von Rußpartikeln aus dem Abgas wird der Partikelfilter zunehmend mit Rußpartikeln zugesetzt. Dieses Zusetzen wird auch als Beladen oder Beladung des Partikelfilters bezeichnet. Im Rahmen einer Regeneration wird die Beladung des Partikelfilters dann zumindest reduziert, indem die Rußpartikel oxidiert werden. Dies bedeutet, dass der Partikelfilter im Rahmen der Regeneration beispielsweise mit NO2 oxidiert oder mit O2 freigebrannt wird. Die Beschichtung des Partikelfilters hat die Funktion, die Oxidation der Rußpartikel zu katalysieren und eine Beschichtung des Partikelfilters mit Alkali- und/oder Erdalkaliverbindungen ermöglicht im Vergleich zu Partikelfiltern mit einer edelmetallhaltigen katalytischen Beschichtung eine NO2-basierte Regeneration des Partikelfilters bei wesentlich kleineren NO2-Mengen und mit einer höheren Reaktionsrate.
  • Es wurde überraschend gefunden, dass die Beschichtung des Partikelfilters mit Alkali- und/oder Erdalkaliverbindungen die Regeneration des Partikelfilters mit Hilfe von NO2 besonders gut katalysiert, sodass eine solche Regenration auf Basis von NO2 bereits bei geringen NO2-Eingangskonzentrationen, wie die NO2-Rohemission des Verbrennungsmotors, zu einer ausreichenden Rußabbrandrate führt und dass es nicht notwendig ist, in Partikelfiltern mit einer solchen Beschichtung eine NO2 basierte Regeneration kontinuierlich durchzuführen, sondern dass eine zeitweise durchgeführte Regeneration ausreichend ist. Die Regenration mit Hilfe von NO2 wird auch als passive Regenration bezeichnet.
  • Da in Partikelfiltern mit einer Beschichtung mit Alkali- und/oder Erdalkaliverbindungen eine O2-basierte Regeneration des Partikelfilters bereits bei deutlich niedrigeren Temperaturen erfolgt als in Partikelfiltern mit Edelmetallbeschichtungen, wird die O2 basierte Regeneration in Partikelfiltern mit einer Beschichtung mit Alkali- und/oder Erdalkaliverbindungen bereits bei Temperaturen von in etwa 300 bis 350 Grad Celsius die NO2-basierte Regeneration unterstützen. Die O2-basierte Rußregeneration kann in dem Temperaturfenster von in etwa 300 bis 350 Grad Celsius auch die NO2-basierte Regeneration teilweise ersetzen, falls die NO2-basierte Regeneration aufgrund geringer NO2-Konzentrationen eingeschränkt ist oder ganz entfällt, wie dies der Fall ist, wenn die im Abgas vorhandene gesamte Menge an NO2 am vorgeschalteten ersten SCR-Katalysator in der SCR-Reaktion verbraucht wird. In Partikelfiltern mit bekannten Edelmetallbeschichtungen liegen die O2-basierten Rußoxidationsraten in einem Temperaturbereich von in etwa 300 bis 350 Grad Celsius deutlich niedriger als in Partikelfiltern mit einer Beschichtung mit Alkali- und/oder Erdalkaliverbindungen und leisten daher keinen Beitrag zum Rußabbrand. Dadurch, dass die O2-basierte Regeneration in Partikelfiltern mit einer Beschichtung mit Alkali- und/oder Erdalkaliverbindungen bereits in einem Temperaturbereich von in etwa 300 bis 350 Grad Celsius erfolgen kann, kann eine O2-basierte Regeneration des Partikelfilters genutzt werden, ohne dass hierbei der Nachteil von unerwünschten temperaturbedingten Beschädigungen von Abgasnachbehandlungselementen auftritt, zu welchen es bei den hohen Temperaturen von O2-basierten Regenerationen von herkömmlichen edelmetallhaltigen Partikelfiltern kommen kann.
  • Eine weitere Eigenschaft der in der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung eingesetzten Beschichtung ist, dass diese Beschichtung und somit der Partikelfilter insgesamt keine katalytische Aktivität bezüglich Gas-Gas-Reaktionen aufweist. Dies bedeutet, dass die chemische Reaktion von Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO2) nicht durch diese Beschichtung katalysiert wird. Dieser Mangel an katalytischer Aktivität bezüglich Gas-Gas-Reaktionen ist für die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung von hoher Bedeutung, da dadurch das Reduktionsmitteldosiersystem verbrennungsmotornah, beispielsweise direkt nach einem Turbolader positioniert werden kann. Gegebenenfalls unvollständig umgesetztes Reduktionsmittel oder vom ersten SCR-Katalysator desorbiertes NH3 wird an der Beschichtung des Partikelfilters nicht zu NO oder N2O oxidiert und kann am zweiten SCR-Katalysator zur NOx-Reduktion weiterverwendet werden. Es ist kein Ammoniak-Sperrkatalysator (ASC) nach dem ersten SCR-Katalysator und keine zweite Reduktionsmitteldosierposition vor dem zweiten SCR-Katalysator erforderlich. Das spart Kosten und verringert die Komplexität der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung. Außerdem kann der Partikelfilter mit einer Beschichtung mit Alkali- und/oder Erdalkaliverbindungen zur Verbesserung der Harnstoffaufbereitung, insbesondere zu einer Gleichverteilung des Harnstoffs und einer Durchmischung mit dem Abgas genutzt werden.
  • Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass insbesondere nach einem Start, insbesondere nach einem Kaltstart, der Verbrennungskraftmaschine sowie nach einem Fahrzeugbetrieb im Niedriglastbereich, insbesondere nach einem Leerlaufbetrieb, das heißt auch nach einem Segelbetrieb, bei welchem die Verbrennungskraftmaschine in ihrem Leerlaufbetrieb ist, sowie nach Ampelwartezeiten, üblicherweise hohe Stickoxid-Emissionen entstehen können, da in diesen Fahrzeugbetriebszuständen die Katalysatoren und Filter der Abgasnachbehandlungseinrichtung auskühlen und nach diesen Fahrzeugbetriebszuständen so kalt sind, dass in den darauffolgenden Anfahrvorgängen oder Beschleunigungsvorgängen, bei welchen sehr hohe Abgasemissionen entstehen, die Katalysatoren und Filter erst wieder auf Betriebstemperatur gebracht werden müssen.
  • Eine Auskühlung von Katalysatoren und Filter der Abgasnachbehandlungseinrichtung nach solchen Niedriglastbetriebszuständen des Verbrennungsmotors fällt insbesondere bei Kraftwagen in Form von Nutzkraftwagen oder Lastkraftwagen stärker aus mit dementsprechend höheren Abgasemissionen als bei Personenkraftwagen, da in Nutzkraftwagen oder Lastkraftwagen bauraumbedingt im Vergleich zu Personenkraftwagen ein vergleichsweise großer Abstand mit einer damit verbundenen großen Wegstrecke zwischen einem Verbrennungsmotor und einer Abgasnachbehandlungseinrichtung besteht, wodurch in Nutzkraftwagen oder Lastkraftwagen höhere thermische Verluste entstehen, als in Personenkraftwagen. Bei einer herkömmlichen Abgasnachbehandlungseinrichtung wird das Einbringen von Reduktionsmittel in das Abgas bei den oben genannten Betriebsbedingungen, das heißt bei und für eine Aufheizphase nach einem Start, insbesondere Kaltstart, und im sowie für eine Aufheizphase nach einem Niedriglastbetrieb abgeschaltet, da bei diesen Betriebsbedingungen das Abgas eine nur sehr geringe Temperatur aufweist. Dabei wird das Einbringen des Reduktionsmittels abgeschaltet, damit es nicht zu Auskristallisierungen des Reduktionsmittels kommt. Das Einbringen des Reduktionsmittels wird üblicherweise erst eingeschaltet beziehungsweise durchgeführt, wenn ein SCR-Katalysator, in welchem das Reduktionsmittel umgesetzt werden soll, eine Temperatur aufweist, welche größer als 180 Grad Celsius ist. Das Abschalten des Einbringens des Reduktionsmittels hat während der genannten Betriebsbedingungen hohe Stickoxid-Emissionen zur Folge, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind.
  • Durch den Einsatz des Partikelfilters mit der Beschichtung gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung sowie durch den Einsatz des zweiten SCR-Katalysators können auch bei den beschriebenen Anfahrvorgängen oder Beschleunigungsvorgängen nach einer Startphase oder einem Niedriglastbetrieb des Verbrennungsmotors übermäßige Stickoxid-Emissionen vermieden werden. Durch die Anordnung des ersten SCR-Katalysators ganz vorne in der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung vor dem Partikelfilter wird dieser erste SCR-Katalysator nach einem Kaltstart oder nach einem Niedriglastbetrieb des Verbrennungsmotors schneller erwärmt, da eine zusätzliche Temperaturabsenkung vor Eintritt in den ersten SCR-Katalysator bedingt durch eine hohe Wärmekapazität eines in konventionellen Abgasnachbehandlungseinrichtungen vorhandenen Partikelfilters in der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung entfällt, so dass in der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung bereits vergleichsweise schneller nach einem Kaltstart oder einem Niedriglastbetrieb des Verbrennungsmotors Reduktionsmittel dosiert werden kann und Stickoxide damit schneller nach einem Kaltstart oder einem Niedriglastbetrieb des Verbrennungsmotors umgesetzt werden können. Dadurch können die Stickoxid-Emissionen mit einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung weiter gesenkt werden. Ferner ist es möglich, im Vergleich zu herkömmlichen Abgasnachbehandlungseinrichtungen auf einen Oxidationskatalysator, insbesondere einen DOC, zu verzichten, welcher eine weitere Temperaturabsenkung aufgrund seiner Wärmekapazität bewirken würde, sodass sich ein noch emissionsgünstigerer Betrieb mit der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung erzielen lässt. Zudem ist durch den Entfall eines Oxidationskatalysators eine besonders kosten- und gewichtsgünstige Abgasnachbehandlungseinrichtung realisierbar. Eine DOC-Anwendung führt zu hohen NO2-Anteilen bei Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors. Die der Erfindung zugrundeliegende Idee ist es, durch die Beschichtung des Partikelfilters mit Alkali- und/oder Erdalkaliverbindungen den NO2-Anteil im Abgas der Verbrennungskraftmaschine insbesondere nach Kaltstart und nach einem Betrieb mit geringen Lasten und Drehzahlen zu nutzen, wobei sich mittels der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung ein sehr gutes Kaltstart- und Emissionsverhalten realisieren lassen. Ferner können, insbesondere in einem Stadtbetrieb, NO2-Sekundäremissionen gering gehalten werden, insbesondere durch NO2-Anteile an den Stickoxiden von kleiner gleich 50 Prozent. Darüber hinaus kann ein besonders schneller, O2-basierter Rußabbrand bei geringen Temperaturen des Abgases realisiert werden. Insbesondere ist ein schneller O2-Rußabbrand schon bei 420 bis 450 Grad Celsius statt bei 600 Grad Celsius, wie dies bei herkömmlichen Abgasnachbehandlungseinrichtungen vorgesehen ist, möglich, wodurch die thermische Alterung der Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere der SCR-Katalysatoren und des Partikelfilters, gering gehalten werden kann.
  • Um einen besonders emissionsgünstigen Betrieb zu realisieren, ist es in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass stromauf des ersten SCR-Katalysators eine Dosiereinrichtung angeordnet ist, mittels welcher ein Reduktionsmittel zum Entsticken des Abgases in das Abgas einbringbar ist. Dies bedeutet, dass mittels der Dosiereinrichtung das Reduktionsmittel an einer Stelle in das Abgas einbringbar ist, wobei diese Stelle bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung stromauf des ersten SCR-Katalysators angeordnet ist. Unter dem Entsticken des Abgases ist das zuvor beschriebene, zumindest teilweise Entfernen von Stickoxiden aus dem Abgas zu verstehen. Im Rahmen der selektiven katalytischen Reduktion bildet sich aus dem Reduktionsmittel, einer wässrigen Harnstofflösung, Ammoniak, welches mit im Abgas enthaltenen Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser reagieren kann. Dadurch, dass an der Beschichtung mit Alkali- und/oder Erdalkaliverbindungen des auf den ersten SCR-Katalysators folgenden Partikelfilters sich aus der wässrigen Harnstofflösung bildende und im Abgas verbliebene NH3 nicht oxidiert wird, da Beschichtungen mit Alkali- und/oder Erdalkaliverbindungen keine gasförmigen Komponenten oxidieren, kann in der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung vorteilhaft auf eine weitere Dosiereinrichtung vor dem zweiten SCR-Katalysator verzichtet werden, so dass vorteilhaft im erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung nur eine Dosiereinrichtung erforderlich ist.
  • Durch den Einsatz des Partikelfilters mit der beschriebenen Beschichtung des Partikelfilters mit Alkali- und/oder Erdalkaliverbindungen ist es ferner denkbar, dass eine Kohlenwasserstoff-Dosierung, ein sogenannter HC-Doser zum Einbringen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen in das Abgas, entfallen kann und damit die Kosten der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung weiter gesenkt werden können. Darüber hinaus ist es denkbar, auf eine Abgasrückführung (AGR) zu verzichten, sodass die Kosten der Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders gering gehalten werden können.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung für die Abgasnachbehandlungseinrichtung in einer Antriebseinrichtung vorgesehen, welche periodisch und/oder bei vorgegebenen Betriebsbedingungen für eine definierte Zeitspanne eine Einbringung oder Abschaltung von Reduktionsmitteln bewirkt. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung als eine Abschalteinrichtung ausgeführt, mittels welcher ein durch die Dosiereinrichtung bewirktes Einbringen des Reduktionsmittels in das Abgas vorübergehend deaktivierbar ist. Eine der Erfindung zugrunde liegende Idee ist, die Eindosierung des Reduktionsmittels, welches insbesondere eine wässrige Harnstofflösung ist, vorübergehend zu unterbrechen, um die passive Regenration des Partikelfilters auf Basis von NO2 durchzuführen. Die passive Regenration wird dabei vorzugsweise nicht kontinuierlich, sondern schubweise beziehungsweise diskontinuierlich oder periodisch durchgeführt.
  • Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der erste SCR-Katalysator das stromab der Verbrennungskraftmaschine erste, von dem Abgas durchströmbare Abgasnachbehandlungselement ist. Mit anderen Worten ist der erste SCR-Katalysator als erstes, von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbare Abgasnachbehandlungselement nach Austritt des Abgases aus der Verbrennungskraftmaschine angeordnet, sodass bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases von der Verbrennungskraftmaschine zu dem ersten SCR-Katalysator zwischen dem ersten SCR-Katalysator der Verbrennungskraftmaschine kein von dem Abgas durchströmbares Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Dadurch ist es im Vergleich zu herkömmlichen Abgasnachbehandlungseinrichtungen beispielsweise möglich, auf einen Oxidationskatalysator zu verzichten und an dessen statt den ersten SCR-Katalysator als erstes von dem Abgas durchströmbares Abgasnachbehandlungselement anzuordnen, wobei sich, insbesondere bei den oben genannten Betriebsbedingungen, aufgrund hoher Temperaturen des Abgases eine besonders hohe NOx-Konversion des ersten SCR-Katalysators realisieren lässt.
  • Dieser Ausgestaltung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass sich das Abgas in erster Linie durch die Durchströmung von Abgasnachbehandlungselementen abkühlt, da solche Abgasnachbehandlungselemente stets eine hohe Wärmekapazität aufweisen. Erst nachrangig ist die Abkühlung des Abgases auf eine zurückzulegende, lange Wegstrecke zurückzuführen. Dies bedeutet, dass der Entfall beziehungsweise das Weglassen eines Partikelfilters und/oder eines Oxidationskatalysators, insbesondere eines DOCs, in Abgasströmungsrichtung vor dem ersten SCR-Katalysator nicht nur eine Kosteneinsparung bewirkt, sondern der Entfall eines Partikelfilters und/oder eines Oxidationskatalysators ist auch insofern vorteilhaft, als das Abgas auf seinem Weg von der Verbrennungskraftmaschine zum ersten SCR-Katalysator keinen Partikelfilter und/oder Oxidationskatalysator durchströmen muss, sodass eine durch einen Partikelfilter und/oder Oxidationskatalysator bewirkte, übermäßige Abkühlung des Abgases vermieden werden kann. Somit weist das Abgas bei Erreichen des ersten SCR-Katalysators vorteilhaft eine besonders hohe Temperatur auf, sodass hohe NOx-Konversionsraten des ersten SCR-Katalysators realisiert werden können. Angemerkt sei, dass eine Temperaturabsenkung durch einen zu durchströmenden Partikelfilter dabei in der Regel deutlich stärker ausfällt, als eine Temperaturabsenkung durch einen DOC, da ein Partikelfilter-Material eine höhere Wärmekapazität aufweist als ein Material eines DOC und zudem ein Partikelfilter in der Regel größer ausgelegt ist. Vorteilhaft kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung nach dieser Ausgestaltung der Erfindung insbesondere in einer Standard-Abgasbox, einer sogenannten One-Box, eines derzeitig serienmäßigen Last- oder Nutzkraftwagens untergebracht werden, indem der erste SCR-Katalysator an Stelle eines entfallenden Oxidationskatalysators in die Abgasnachbehandlungseinrichtung in Durchströmrichtung vor einem Partikelfilter und einem SCR/ASC-Katalysator eingebracht wird. Damit kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung nach dieser Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft bauraumneutral in derzeitigen Serien-Nutzfahrzeugen eingebracht werden. Vorteilhaft ist bei einer Abgasnachbehandlungseinrichtung nach dieser Ausgestaltung der Erfindung keine weitere Abgasbox notwendig, sondern vorgesehenen DOC untergebracht, so dass die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 vorteilhaft bauraumneutral in heutigen Serien-Nutzfahrzeugen darstellbar ist.
  • Die hohe Temperatur des Abgases, wie in der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung im ersten SCR-Katalysator vorhanden, begünstigt auch eine gute Harnstoffaufbereitung, sodass das Abgas mittels des Reduktionsmittels besonders gut entstickt werden kann. Dabei ist eine besonders gute Harnstoffaufbereitung stromauf oder direkt nach einem Abgasturbolader, insbesondere nach einer Turbine eines Abgasturboladers, möglich. Es ist auch eine Harnstoffdosierung in Abgasströmungsrichtung vor einem Abgasturbolader denkbar.
  • Vorzugsweise ist in der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung der Partikelfilter das nach dem Austritt des Abgases aus der Verbrennungskraftmaschine zweite, von dem Abgas durchströmbare Abgasnachbehandlungselement, sodass vorzugsweise zwischen dem Partikelfilter und dem ersten SCR-Katalysator kein von dem Abgas durchströmbares Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist.
  • Als ferner vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der zweite SCR-Katalysator das nach dem Austritt des Abgases aus der Verbrennungskraftmaschine dritte, von dem Abgas durchströmbare Abgasnachbehandlungselement ist, sodass vorzugsweise zwischen dem zweiten SCR-Katalysator und dem Partikelfilter kein Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der erste SCR-Katalysator eine kleinere Ammoniakspeicherkapazität auf als der zweite SCR-Katalysator. Dazu ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zumindest einer der SCR-Katalysatoren der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere der erste SCR-Katalysator, als ein Vanadium-SCR-Katalysator, insbesondere mit einer V2O5-Beschichtung, ausgeführt. V2O5 weist eine einem DOC vergleichbare Wirkung auf und katalysiert eine Oxidation von NO zu NO2, so dass sich eine passive Regeneration des Partikelfilters erhöht. V2O5 weist weiter vorteilhaft eine geringe Lachgas-Selektivität (N2O-Selektivität) bei höherer NO2-Anwesenheit. Darüber hinaus weist V2O5 vorteilhaft eine geringere NH3-Speicherkapazität auf, so dass eine schnellere Füllung des Vanadium-SCR-Katalysators mit NH3 nach seinem NH3-Leerfahren und damit verbunden ein schnellerer Umsatz von Stickoxiden erfolgen kann. Besonders vorteilhaft ist es, den zweiten SCR-Katalysator als Kupfer-SCR (Cu-SCR) auszuführen. Ein Cu-SCR weist vorteilhaft eine gute Tieftemperatur-Aktivität, gute Stickoxid-Reduktionsraten auch bei kleinen NO2/NOx-Verhältnissen und eine hohe NH3-Speicherkapazität, insbesondere auch eine höhere Speicherkapazität für NH3 als ein Vanadium-SCR-Katalysator, so dass für eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einem ersten als Vanadium-SCR ausgeführten SCR-Katalysator und einem zweiten als CU-SCR ausgeführten SCR-Katalysator in einem NO2-Regenerationsbetrieb des Partikelfilters besonders vorteilhaft die Stickoxidreduktion mit NH3 in dem zweiten als CU-SCR ausgeführten SCR-Katalysator mit dem im zweiten SCR-Katalysator gespeicherten NH3 erfolgen kann.
  • Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der erste SCR-Katalysator ein erstes, von dem Abgas durchströmbares Volumen und der zweite SCR-Katalysator ein zweites, von dem Abgas durchströmbares Volumen aufweist, wobei das erste Volumen kleiner als das zweite Volumen ist. Dadurch kann ein besonders emissionsgünstiger Betrieb realisiert werden. Vorteilhaft kann bei dieser Ausgestaltung der Erfindung auch eine Stickoxidreduktion mit NH3 in dem zweiten SCR-Katalysator mit dem im zweiten SCR-Katalysator auch nach einer Abschaltung einer Reduktionsmittelzugabe noch gespeicherten NH3 erfolgen.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist stromab des zweiten SCR-Katalysators ein von dem Abgas durchströmbarer Ammoniak-Schlupf-Katalysator (ASC) angeordnet. Ein solcher ASC hat die Aufgabe, eventuell überschüssiges Reduktionsmittel beziehungsweise Ammoniak in Stickstoff und Wasser umzuwandeln, sodass sich ein besonders emissionsgünstiger Betrieb realisieren lässt. Ferner können unangenehme Gerüche effektiv vermieden werden. Es wurde gefunden, dass ein besonders emissionsgünstiger Betrieb der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung realisierbar ist, wenn das Volumen des ersten SCR-Katalysators ein Verhältnis zu einem Gesamtvolumen, gebildet aus dem Volumen des zweiten SCR-Katalysators und dem Volumen des Ammoniak-Schlupf-Katalysators, von in etwa 0,3 bis zu 0,8 beträgt.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist stromauf des Partikelfilters eine Dosiereinrichtung angeordnet, mittels welcher unverbrannte Kohlenwasserstoffe in das Abgas einbringbar sind. Dies bedeutet, dass mittels der Dosiereinrichtung zum Einbringen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) in das Abgas die unverbrannten Kohlenwasserstoffe an einer Stelle in das Abgas einbringbar sind, wobei diese Stelle stromauf des Partikelfilters angeordnet ist. Durch das Einbringen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) in das Abgas kann die Temperatur des Abgases besonders bedarfsgerecht und effektiv über die exotherme Oxidation von HC am ersten SCR-Katalysator erhöht werden, sodass ein besonders emissionsgünstiger Betrieb dargestellt werden kann. Ferner ist es möglich, hierdurch die aktive Regeneration des Partikelfilters auf Basis von O2 zu unterstützen beziehungsweise zu aktivieren, wobei diese bei vergleichsweise geringen Temperaturen durchgeführt werden kann. Überraschenderweise ist es mittels der Beschichtung des Partikelfilters mit Alkali- und/oder Erdalkaliverbindungen möglich, sowohl die aktive als auch die passive Regenration bei besonders vorteilhaften Bedingungen, insbesondere bei geringen Temperaturen, durchzuführen und dabei einen effektiven Rußabbau im Partikelfilter zu bewirken.
  • Die Dosiereinrichtung zum Einbringen der unverbrannten Kohlenwasserstoffe in das Abgas ist vorzugsweise besonders nahe an der Verbrennungskraftmaschine, das heißt verbrennungsmotornah, angeordnet, um beispielsweise die unverbrannten Kohlenwasserstoffe in das Abgas einzubringen, wenn dieses noch eine besonders hohe Temperatur aufweist.
  • Zur Erfindung gehört auch eine Antriebseinrichtung für einen Kraftwagen, insbesondere einen Nutzkraftwagen, mit einer Verbrennungskraftmaschine und mit einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung anzusehen und umgekehrt.
  • Des Weiteren gehört zur Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung und der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
  • Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn eine Abgastemperaturerhöhung durch wenigstens eine bezogen auf die Verbrennungskraftmaschine verbrennungsmotorinterne Maßnahme bewirkt wird. Da die Verbrennungskraftmaschine auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird, wird die Maßnahme auch als verbrennungsmotorinterne Maßnahme oder als verbrennungsmotorinterner Eingriff bezeichnet. Durch einen solchen verbrennungsmotorinternen Eingriff kann die Temperatur des Abgases gezielt gesteigert werden, sodass beispielsweise eine besonders effektive aktive O2-basierte Regeneration des Partikelfilters durchgeführt werden kann. Bei dem verbrennungsmotorinternen Eingriff handelt es sich beispielsweise um die Verringerung eines Luftmassenstroms, der in wenigstens einem Brennraum insbesondere in Form eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt wird. Der Luftmassenstrom wird beispielsweise durch Androsseln verringert. Der verbrennungsmotorinterne Eingriff kann ferner eine Spätverstellung einer Kraftstoffhaupteinspritzung umfassen. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass der verbrennungsmotorinterne Eingriff die Durchführung von nachgelagerten Nacheinspritzungen umfasst, die nur teilweise in dem Brennraum beziehungsweise in dem Verbrennungsmotor nachverbrennen.
  • Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens das Einbringen von Reduktionsmittel in das Abgas periodisch bei vorgegebenen Betriebsbedingungen für eine definierte Zeitspanne abgeschaltet wird beziehungsweise unterbleibt. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass eine Zugabe des Reduktionsmittels periodisch bei bestimmten Betriebsbedingungen für eine definierte Zeitspanne abgeschaltet wird. Diese Abschaltung des Einbringens von Reduktionsmittel in das Abgas ist insbesondere vorteilhaft zur Durchführung der passiven NO2-basierten Regeneration, damit das für die NO2-basierte Regeneration des Partikelfilters notwendige NO2 nicht bereits schon im ersten SCR-Katalysator der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung abgebaut wird.
  • Für die NO2–basierte Regeneration des Partikelfilters ist es in der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung möglich, das Eindosieren des Reduktionsmittels, das heißt die Zugabe des Reduktionsmittels, für eine gewisse Zeitspanne zu unterbrechen, da der zweite SCR-Katalysator eine gewisse Speicherfähigkeit oder Speicherkapazität hinsichtlich NH3 aufweist. Unter dieser Speicherfähigkeit oder Speicherkapazität hinsichtlich NH3 ist zu verstehen, dass eine gewisse Menge an Ammoniak (NH3) im zweiten SCR-Katalysator gespeichert werden kann. Die absolute NH3-Speicherfähigkeit des zweiten SCR-Katalysators hinsichtlich NH3 ist in der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung größer als die des ersten SCR-Katalysators. Dies ist vorgesehen, um einen besonders vorteilhaften Betrieb der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu realisieren. Die unterschiedlichen NH3-Speicherfähigkeiten der SCR-Katalysatoren können beispielsweise derart realisiert werden, dass die die SCR-Katalysatoren – wie zuvor beschrieben – unterschiedlich dimensioniert sind, wobei der erste SCR-Katalysator beziehungsweise dessen erstes Volumen kleiner ist als der zweite SCR-Katalysator beziehungsweise dessen zweites Volumen und/oder durch ein Vorsehen von einem ersten und einem zweiten SCR mit unterschiedlichen spezifischen NH3-Speicherkapazitäten. Das beispielsweise im zweiten SCR-Katalysator gespeicherte NH3 reicht während der Zeitspanne, während welcher das Einbringen von Reduktionsmittel in das Abgas für eine NO2-basierte Regeneration des Partikelfilters abgeschaltet ist, aus, um aus dem Partikelfilter austretende Stickoxide (NOx) im zweiten SCR-Katalysator abzubauen. Dadurch kann auch dann ein besonders emissionsgünstiger Betrieb realisiert werden, wenn das Einbringen von Reduktionsmittel in das Abgas kurzfristig für eine definierte Zeitdauer unterbleibt.
  • Insgesamt ist erkennbar, dass sich die Beschichtung des Partikelfilters mit Alkali- und/oder Erdalkaliverbindungen dadurch auszeichnet, dass die Beschichtung selektiv die Rußoxidation katalysiert. Im Unterschied zu herkömmlichen, edelmetallhaltigen Beschichtungen von Partikelfiltern, insbesondere Dieselpartikelfiltern, hat die Beschichtung des Partikelfilters mit Alkali- und/oder Erdalkaliverbindungen der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung keine katalytische Aktivität bezüglich Gas-zu-Gas-Reaktionen, worunter beispielsweise die Reaktion von NO zu NO2, CO zu CO2, HC zu CO2 + H2O und die NH3-Oxidation fallen. Mittels der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung, der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrenes können auch Sekundäremissionen wie NO2 und N2O, insbesondere unter realen Fahrbedingungen, gering gehalten werden bei gleichzeitiger Realisierung einer vorteilhaften und effizienten Regeneration des Partikelfilters.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Die Zeichnung zeigt in:
  • 1 eine schematische Seitenansicht einer Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit einem von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren, ersten SCR-Katalysator, mit einem von dem Abgas durchströmbaren Partikelfilter zum Rückhalten von Rußpartikeln aus dem Abgas und mit einem stromab des Partikelfilters angeordneten, von dem Abgas durchströmbaren, zweiten SCR-Katalysator, wobei der erste SCR-Katalysator stromauf des Partikelfilters angeordnet ist und wobei der Partikelfilter mit der Beschichtung mit alkalimetallhaltigen Silikaten versehen ist;
  • 2 ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Betreiben der Abgasnachbehandlungseinrichtung; und
  • 3 ein Diagramm zum Veranschaulichen der Wirkung der Beschichtung des Partikelfilters mit alkalimetallhaltigen Silikaten im Vergleich mit einem herkömmlichen Partikelfilter.
  • 4 Eine schematische Darstellung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Veranschaulichung einer möglichen Integration in ein Nutzfahrzeug
  • 5 Eine schematische Darstellung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Veranschaulichung einer weiteren Möglichkeit der Integration in ein Nutzfahrzeug
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine Antriebseinrichtung 10 für einen Kraftwagen, insbesondere einen Nutzkraftwagen. Die Antriebseinrichtung 10 umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 12, welche vorliegend als Hubkolben-Verbrennungsmaschine ausgebildet ist. Dabei ist der Nutzkraftwagen mittels der Verbrennungskraftmaschine 12 antreibbar. Beispielsweise ist die Verbrennungskraftmaschine 12 als Dieselmotor ausgebildet. Die Verbrennungskraftmaschine 12 umfasst ein Kurbelgehäuse 14, durch welches eine Mehrzahl von Brennräumen in Form von Zylindern 16 der Verbrennungskraftmaschine 12 gebildet ist. Während eines gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 12 werden den Zylindern 16 Luft und Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, zugeführt, sodass im jeweiligen Zylinder 16 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht. Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch wird verbrannt, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine 12 resultiert. Das Abgas aus den Zylindern 16 wird im Abgaskrümmer 22 gesammelt und dann aus der Verbrennungskraftmaschine 12 ausgeleitet.
  • Die Antriebseinrichtung 10 umfasst ferner eine Abgasanlage 18, welche von dem Abgas aus den Zylindern 16 durchströmbar ist. Die Abgasanlage 18 wird auch als Abgastrakt bezeichnet und umfasst eine von dem Abgas durchströmbare Verrohrung 20, welche auch als Abgasverrohrung bezeichnet wird. Mittels der Abgasanlage 18 wird das Abgas von der Verbrennungskraftmaschine 12 abgeführt. Die Verbrennungskraftmaschine 12 weist dabei einen sogenannten Austritt 24 auf, über welchen das Abgas aus der Verbrennungskraftmaschine 12 aus- und in die Abgasanlage 18 einströmt. Der Austritt 24 wird auch als Motoraustritt oder Auslass oder Motorauslass bezeichnet und ist auf einer Auslassseite der Verbrennungskraftmaschine 12 angeordnet.
  • Die Abgasanlage 18 umfasst eine im Ganzen mit 26 bezeichnete Abgasnachbehandlungseinrichtung, mittels welcher das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 12 nachbehandelt wird. Die Abgasanlage 18 ist von dem Abgas durchströmbar, wobei das Strömen beziehungsweise die Strömung des Abgases durch die Abgasanlage 18 in 1 durch Richtungspfeile 28 veranschaulicht ist. Bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasanlage 18 ist die Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 stromab des Austritts 24 angeordnet. Da das Abgas stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 und stromab des Austritts 24 noch nicht mittels der Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 nachbehandelt ist, werden die Emissionen der Verbrennungskraftmaschine 12 in einem Bereich zwischen dem Austritt 24 und vor, das heißt stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 als Roh-Emissionen bezeichnet.
  • Die Abgasanlage 18 umfasst wenigstens ein erstes von dem Abgas durchströmbares Abgasrohr 30, sowie ein sich daran anschließendes, von dem Abgas durchströmbares zweites Abgasrohr 32, welches mit dem Abgasrohr 30 einen Winkel von in etwa 45 Grad einschließt. Dabei sind die Abgasrohre 30 und 32 stromab des Austritts 24, insbesondere stromab des Abgaskrümmers 22 angeordnet.
  • Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 umfasst einen ersten SCR-Katalysator 34, der als erstes, von dem Abgas durchströmbares Abgasnachbehandlungselement nach dem Austritt 24 und somit nach Austritt des Abgases aus der Verbrennungskraftmaschine 12 angeordnet ist. Dies bedeutet, dass der erste SCR-Katalysator 34 das stromab der Verbrennungskraftmaschine 12 erste, von dem Abgas durchströmbare Abgasnachbehandlungselement ist, sodass zwischen dem ersten SCR-Katalysator 34 und der Verbrennungskraftmaschine 12, insbesondere dem Austritt 24, kein von dem Abgas durchströmbares Abgasnachbehandlungselement, mittels welchem das Abgas nachbehandelt wird, angeordnet ist.
  • Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 umfasst ferner einen Partikelfilter 36, welcher bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasanlage 18 beziehungsweise durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 stromab des ersten SCR-Katalysators 34 angeordnet ist. Dabei ist auch der Partikelfilter 36 von dem Abgas durchströmbar, wobei der Partikelfilter 36 zum Rückhalten von Rußpartikeln aus dem Abgas ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass mittels des Partikelfilters 36 im Abgas enthaltene Rußpartikel aus dem Abgas zurückgehalten werden. Nach Austritt des Abgases aus der Verbrennungskraftmaschine 12 sind in dem Abgas Rußpartikel enthalten, die mittels des Partikelfilters 36 zumindest teilweise aus dem Abgas gefiltert werden. Die Rußpartikel bleiben am Partikelfilter 36, insbesondere in dessen Inneren, hängen beziehungsweise setzen sich am Partikelfilter 36, insbesondere an dessen Inneren, ab, sodass sich der Partikelfilter 36 mit zunehmender Betriebsdauer zunehmend mit Rußpartikeln zusetzt. Dieses Zusetzen wird auch als Beladen oder Beladung des Partikelfilters 36 bezeichnet. Ist die Verbrennungskraftmaschine 12 beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet, so wird der Partikelfilter 36 auch als Dieselpartikelfilter (DPF) bezeichnet.
  • Um nun einen besonders emissionsgünstigen Betrieb zu realisieren, umfasst die Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 einen von dem Abgas durchströmbaren, zweiten SCR-Katalysator 38, welcher stromab des ersten SCR-Katalysators 34 und stromab des Partikelfilters 36 angeordnet ist. Ferner ist der Partikelfilter 36, welcher stromab des ersten SCR-Katalysators 34 angeordnet ist, mit einer Beschichtung mit alkalimetallhaltigen Silikaten versehen, welche eine Oxidation der im Partikelfilter 36 rückgehaltenen Rußpartikel katalysiert. Die Beschichtung des Partikelfilters 36 katalysiert eine Rußoxidation, das heißt die Oxidation der Rußpartikel, die durch den Partikelfilter 36 rückgehaltenen und sich somit im Partikelfilter 36 befinden, besonders effizient und effektiv. Durch diese Oxidation der Rußpartikel werden die Rußpartikel aus dem Partikelfilter 36 entfernt, wodurch die Beladung zumindest reduziert wird. Dieses Reduzieren der Beladung des Partikelfilters 36 wird auch als Regenerieren oder Regeneration des Partikelfilters 36 bezeichnet.
  • Der jeweilige SCR-Katalysator 34 beziehungsweise 38 dient dem Entsticken des Abgases. Unter dem Entsticken des Abgases ist zu verstehen, dass im Abgas enthaltene Stickoxide (NOx) zumindest teilweise aus dem Abgas entfernt werden, sodass die Stickoxide reduziert werden. Der jeweilige SCR-Katalysator 34 beziehungsweise 38 katalysiert dabei die sogenannte selektive katalytische Reduktion (SCR), in deren Rahmen die im Abgas enthaltenen Stickoxide mit Ammoniak (NH3) zu Wasser und Stickstoff reagieren. Das für die SCR vorgesehene Ammoniak wird beispielsweise über ein Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht. Hierzu umfasst die Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 eine stromauf des ersten SCR-Katalysators 34 angeordnete Dosiereinrichtung 40, mittels welcher das Reduktionsmittel zum Entsticken des Abgases in das Abgas einbringbar, insbesondere einspritzbar, ist. Dies bedeutet, dass das Reduktionsmittel mittels der Dosiereinrichtung 40 an einer Stelle in das Abgas einbringbar ist, wobei diese Stelle bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 stromauf des ersten SCR-Katalysators 34 angeordnet ist. Die Stelle wird auch als Zuführstelle bezeichnet. Stromab der Dosiereinrichtung 40 beziehungsweise stromab der Zuführstelle und stromauf des ersten SCR-Katalysators 34 ist eine Mischeinrichtung 42 vorgesehen, welche eine Vermischung des in das Abgas eingebrachten Reduktionsmittels mit dem Abgas bewirkt beziehungsweise unterstützt.
  • Das Reduktionsmittel ist eine wässrige Harnstofflösung (HWL), sodass in dem jeweiligen SCR-Katalysator 34 beziehungsweise 38 NH3 welches aus dem Reduktionsmittel erzeugt wird, mit im Abgas enthaltenen Stickoxiden zu Wasser und Stickstoff reagieren kann.
  • Aus 1 ist ferner erkennbar, dass der Partikelfilter 36 das zweite, von dem Abgas durchströmbare Abgasnachbehandlungselement nach Austritt des Abgases aus der Verbrennungskraftmaschine 12 ist, sodass zwischen dem ersten SCR-Katalysator 34 und dem Partikelfilter 36 kein von dem Abgas durchströmbares Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases angeordnet ist.
  • Ferner ist der zweite SCR-Katalysator 38 das dritte, von dem Abgas durchströmbare Abgasnachbehandlungselement nach Austritt des Abgases aus der Verbrennungskraftmaschine 12, sodass zwischen dem zweiten SCR-Katalysator 38 und dem Partikelfilter 36 kein von Abgas durchströmbares Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases angeordnet ist.
  • Schließlich ist stromab des SCR-Katalysators 38 ein Ammoniak-Schlupf-Katalysator 44 angeordnet, welcher auch als ASC bezeichnet wird und beispielsweise auch zusätzlich die Funktion eines SCR-Katalysators aufweisen kann, sodass der Ammoniak-Schlupf-Katalysator 44 beispielsweise als SCR/ASC bezeichnet wird.
  • Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der erste SCR-Katalysator 34 kleiner als der zweite SCR-Katalysator 38 ist. Darunter ist zu verstehen, dass der erste SCR-Katalysator 34 ein erstes, von dem Abgas durchströmbares Volumen und der zweite SCR-Katalysator 38 ein zweites, von dem Abgas durchströmbares Volumen aufweist, wobei das erste Volumen kleiner als das zweite Volumen ist. Der ASC (Ammoniak-Schlupf-Katalysator 44) weist beispielsweise ein von dem Abgas durchströmbares, drittes Volumen auf, wobei das dritte Volumen vorzugsweise kleiner als das erste Volumen und kleiner als das zweite Volumen ist. Das Verhältnis des ersten Volumens zu der Summe aus dem zweiten und dritten Volumen liegt dabei in einem Bereich von einschließlich 0,32 bis einschließlich 0,77. Der Anteil des ersten Volumens an einem gesamten SCR-Volumen liegt dann in einem Bereich von einschließlich 20 Prozent bis einschließlich 50 Prozent. Unter dem gesamten SCR-Volumen ist die Summe der Volumen der Bauteile, die die SCR katalysieren, zu verstehen.
  • Durch den Einsatz der beschriebenen Beschichtung können für die Regeneration des Partikelfilters 36 insbesondere zwei Funktions- beziehungsweise Wirkprinzipien genutzt werden. Zum einen kann eine passive, NO2-basierte Regeneration durchgeführt werden, wobei diese passive Regeneration schon mit nur geringen NO2-Mengen und mit einer besonders hohen Reaktionsrate durchführbar ist, da die Reaktion von Ruß mit NO2 in dem Partikelfilter 36 eine Feststoffreaktion ist, welche von der Beschichtung katalysiert wird. Zum anderen kann eine aktive, O2-basierte Regeneration, das heißt eine O2-Regeneration, schon bei geringen Temperaturen durchgeführt werden. Die aktive Regeneration kann beispielsweise zusätzlich zur passiven Regeneration eingeleitet werden, falls notwendig. Eine erste Zeitspanne, während welcher die passive Regeneration durchgeführt wird, liegt beispielsweise in einem Bereich von einschließlich 5 Minuten bis einschließlich 30 Minuten, wobei die passive Regeneration beispielsweise zyklisch während des Betriebs, beispielsweise in Intervallen von 10 min bis 10 Stunden, durchgeführt wird. Eine zweite Zeitspanne, während welcher die aktive Regeneration durchgeführt wird, liegt beispielsweise in einem Bereich von einschließlich 15 Minuten bis einschließlich 60 Minuten und wird beispielsweise in einem Intervall von mehr als 100 Stunden durchgeführt. Die erste Zeitspanne wird auch als erste Regenerationsdauer und die zweite Zeitspanne auch als zweite Regenerationsdauer bezeichnet. Im Folgenden werden Parameter genannt, welche die passive Regeneration auslösen beziehungsweise begünstigen:
    • – Gegendruck > Faktor 1,5 gegenüber leerem Partikelfilter 36 (Gegendrucktrigger)
    • – günstige Temperaturen von mehr als 300 Grad Celsius und eine Mindestrußmenge von beispielsweise 2 Gramm pro Liter Filtervolumen (Temperaturtrigger)
    • – modellbasierte NH3-Speichermenge in dem zweiten SCR-Katalysator > 80 Prozent (NH3-Mengentrigger)
    • – Rußbeladungsgradient > x Gramm pro Liter Filtervolumen und Sekunde (g/L·s).
  • Im Folgenden werden Parameter genannt, welche die aktive Regeneration auslösen beziehungsweise unterstützen:
    • – modellbasierte Rußbeladungsmengen (Rußmengentrigger)
    • – maximale Dauer ohne Regeneration circa 100 Stunden (Zeittrigger)
    • – Gegendruck > Faktor 2 gegenüber leerem Filter (Gegendrucktrigger)
    • – günstige Temperaturen > 300 Grad Celsius und eine Mindestrußmenge von 5 Gramm pro Liter Filtervolumen (Temperaturträger)
    • – modellbasierte NH3-Speichermenge in dem zweiten SCR-Katalysator > 80 Prozent (NH3-Mengentrigger).
  • Im Folgenden werden Parameter genannt, welche eine Regeneration des Partikelfilters 36 unterbrechen beziehungsweise beenden:
    • – Ruß < 1 Gramm pro Liter Filtervolumen (w/l)
    • – Gegendruck < 1,1 gegenüber leerem Filter
    • – der Füllstand des SCR-Katalysators 38 ist kritisch, das heißt beispielsweise der Füllstand ist kleiner als 50 Prozent gegenüber dem Optimum
    • – der NOx-Umsatz erreicht einen kritischen Schwellenwert, welcher beispielsweise zur On-Bord-Diagnose (OBD) verwendet wird.
  • Durch den Einsatz des Partikelfilters 36 mit der beschriebenen Beschichtung kann eine besonders vorteilhafte Entstickung des Abgases auch bei geringen Temperaturen und insbesondere im realen Fahrbetrieb realisiert werden, sodass auch bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine 12 die Stickoxid-Emissionen gering gehalten werden können. Mittels der aktiven Regeneration kann der Partikelfilter 36 auch bei geringen Temperaturen von kleiner gleich 450 Grad Celsius effektiv durchgeführt werden. Ferner ist es möglich, als den SCR-Katalysator 34 einen Vanadium-SCR-Katalysator zu verwenden, sodass über diesen eine Exothermie zur DPF-Regeneration erzeugt werden kann. Darüber hinaus kann – wie in 1 erkennbar ist – auf einen Oxidationskatalysator, insbesondere einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), verzichtet werden, sodass die Teileanzahl und die Kosten gering gehalten werden. Ferner kann dadurch eine durch einen Oxidationskatalysator und einen Dieselpartikelfilter bewirkte, übermäßige Abkühlung des Abgases vermieden werden, sodass das Abgas bei Erreichen des ersten SCR-Katalysators 34 eine vorteilhafte, hohe Temperatur aufweist.
  • 2 zeigt ein Diagramm, anhand dessen ein Verfahren zum Betreiben der Antriebseinrichtung 10, insbesondere der Abgasnachbehandlungseinrichtung 26, veranschaulicht wird. Das Diagramm weist eine Abszisse 46 auf, auf welcher die Zeit, insbesondere die Sekunden, aufgetragen ist. Ferner weist das Diagramm eine Ordinate 48 auf, auf welche die Temperatur, insbesondere in Grad Celsius, aufgetragen ist. In das Diagramm ist ein Verlauf 50 eingetragen, welcher die Temperatur des SCR-Katalysators 34 veranschaulicht. Mit anderen Worten ist der Verlauf 50 ein zeitlicher Verlauf der Temperatur des SCR-Katalysators 34. Eine Zeile 52 veranschaulicht einen Zustand der Dosiereinrichtung 40. Bei in der Zeile 52 eingetragenen Blöcken 54 und 56 ist die Dosiereinrichtung 40 aktiviert, sodass die Blöcke 54 und 56 jeweilige Zeitspannen veranschaulichen, während welchen das Reduktionsmittel mittels der aktivierten Dosiereinrichtung 40 in das Abgas eingebracht, insbesondere eingespritzt, wird.
  • Ferner ist beispielsweise eine in 1 nicht dargestellte, weitere Dosiereinrichtung vorgesehen, welche auch als HC-Doser bezeichnet wird. Der HC-Doser ist beispielsweise stromauf des ersten SCR-Katalysators 34 und dabei in enger Nähe zu der Verbrennungskraftmaschine 12 angeordnet. Der HC-Doser ist dazu ausgebildet, unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) an einer weiteren Zuführstelle in das Abgas einzubringen, insbesondere einzuspritzen. Diese weitere Zuführstelle ist vorzugsweise stromauf des ersten SCR-Katalysators 34 angeordnet. Beispielsweise ist der HC-Doser dazu ausgebildet, Kraftstoff und somit unverbrannte Kohlenwasserstoffe in das Abgas einzubringen. Eine Zeile 58 des Diagramms veranschaulicht einen Zustand des HC-Dosers. Ein in die Zeile 58 eingetragener Block 60 veranschaulicht eine Zeitspanne, während welcher der HC-Doser aktiviert ist, sodass während der durch den Block 60 veranschaulichten Zeitspanne mittels des aktivierten HC-Dosers unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) in das Abgas eingebracht, insbesondere eingespritzt, werden. Ferner veranschaulicht eine Zeile 62 des Diagramms die Stickoxid-Rohemissionen der Verbrennungskraftmaschine 12. Dabei veranschaulichen in die Zeile 62 eingetragene Blöcke 64, 66 und 68 verbrennungskraftmaschineninterne Maßnahmen zur Stickoxid-Reduktion. Da die Verbrennungskraftmaschine 12 auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird, werden die verbrennungskraftmaschineninternen Maßnahmen auch als verbrennungsmotorinterne Maßnahmen oder VM-Maßnahmen bezeichnet. Somit veranschaulichen die Blöcke 64, 66 und 68 jeweilige Zeitspannen, während welchen VM-Maßnahmen, das heißt verbrennungsmotorinterne Maßnahmen, zur Stickoxidreduktion durchgeführt werden. Bei einer solchen VM-Maßnahme handelt es sich beispielsweise um eine Verstellung eines Einspritzzeitpunkts nach spät. Ferner kann es sich bei der VM-Maßnahme um eine besonders hohe Abgasrückführrate handeln. Eine weitere VM-Maßnahme ist beispielsweise die Reduzierung des dem jeweiligen Zylinder 16 zuzuführenden Luftmassenstroms, welcher beispielsweise durch Drosselung reduziert wird. Dies erfolgt beispielsweise mittels einer in einem von der Luft durchströmbaren Ansaugtrakt angeordneten Drosselklappe. Eine weitere VM-Maßnahme kann beispielsweise sein, dass die Verbrennungskraftmaschine 12 bei höheren Lasten gefahren beziehungsweise betrieben wird.
  • Ein in das Diagramm eingetragener Block 70 veranschaulicht einen Start, insbesondere Kaltstart, der Verbrennungskraftmaschine 12. Während dieses Kaltstarts wird wenigstens eine VM-Maßnahme durchgeführt, was durch den Block 64 veranschaulicht ist. Ein in das Diagramm eingetragener Block 72 veranschaulicht eine Heizphase, während welcher – wie am Block 54 erkennbar ist – die Dosiereinrichtung 40 aktiviert ist. Daran schließt sich eine verbrauchsoptimale Phase an, welche durch einen Block 74 veranschaulicht ist. Ein Block 76 veranschaulicht einen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 12 bei niedrigen Lasten, wobei wenigstens eine VM-Maßnahme, veranschaulicht in Block 66, durchgeführt wird. Ferner ist die Dosiereinrichtung 40 aktiviert (Block 56). Daran schließt sich eine durch einen Block 78 veranschaulichte, verbrauchsoptimale Phase an, während welcher beispielsweise der HC-Doser aktiviert ist (Block 60). Ferner wird – wie durch den Block 68 veranschaulicht ist – wenigstens eine VM-Maßnahme durchgeführt. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass – wie aus 2 erkennbar ist – der HC-Doser erst dann aktiviert wird, wenn die Dosiereinrichtung 40 deaktiviert ist, das heißt wenn das Einbringen des Reduktionsmittels in das Abgas abgeschaltet ist. Ist die Dosiereinrichtung 40 aktiviert, so wird mittels der Dosiereinrichtung 40 Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht. Ist die Dosiereinrichtung 40 deaktiviert, so unterbleibt ein durch die Dosiereinrichtung 40 bewirktes Einbringen von Reduktionsmittel in das Abgas. Ist der HC-Doser aktiviert, so werden mittels des HC-Dosers unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) in das Abgas eingebracht. Ist der HC-Doser deaktiviert, so unterbleibt ein durch den HC-Doser bewirktes Einbringen von HC in das Abgas.
  • Ferner veranschaulicht in 2 ein Doppelpfeil 80 die passive Regeneration beziehungsweise die zuvor beschriebene erste Regenerationsdauer, wobei ein Doppelpfeil 82 die aktive Regeneration beziehungsweise die zuvor beschriebene Regenerationsdauer veranschaulicht.
  • 3 zeigt ein Diagramm 83, welches die Vorteile der Beschichtung des Partikelfilters mit alkalimetallhaltigen Silikaten gegenüber einer herkömmlichen edelmetallhaltigen Beschichtung eines Partikelfilters zeigt. Das Diagramm 83 weist eine Abszisse 84 auf, auf welcher die Temperatur in Grad Celsius [°C] aufgetragen ist. Auf der Ordinate 86 des Diagramms 83 eine Regenerationsrate RRuß aufgetragen. Die Regenerationsrate RRuß ist ein Maß für eine Rußmenge, die innerhalb einer Zeitspanne aus dem Partikelfilter 36 entfernt, das heißt abgebrannt werden kann. Ein Verlauf 88 veranschaulicht die passive Regeneration des Partikelfilters 36 über der Temperatur, wobei ein Verlauf 90 eine NO2-basierte Regeneration eines herkömmlichen Partikelfilters über der Temperatur zeigt. Aus den Verläufen 88 und 90 ist erkennbar, dass durch den Einsatz der beschriebenen Beschichtung im Vergleich zu herkömmlichen Partikelfiltern bei gleichen Temperaturen eine wesentlich höhere Regenerationsrate erzielt werden kann, sodass der Partikelfilter 36 auch dann effektiv regeneriert werden kann, wenn die passive Regeneration nur bei geringeren NO2-Konzentrationen, kurzzeitig und diskontinuierlich beziehungsweise schubweise durchgeführt wird.
  • Ein Verlauf 92 veranschaulicht die aktive Regeneration des Partikelfilters 36, wobei ein Verlauf 94 eine O2-basierte Regeneration eines herkömmlichen Partikelfilters zeigt. Zu erkennen ist, dass die aktive Regeneration durch den Einsatz der beschriebenen Beschichtung schon bei wesentlich geringeren Temperaturen, insbesondere bei ca. 450 Grad Celsius effektiv durchgeführt werden kann. Eine Differenz A zwischen den Verläufen 92 und 94 beträgt ca. 150 Kelvin. Dies bedeutet, dass herkömmliche Partikelfilter erst bei ca. 600 Grad Celsius aktiv regeneriert werden können. Da der Partikelfilter 36 bereits bei 450 Grad Celsius aktiv regeneriert werden kann, können thermische Schäden der Abgasnachbehandlungseinrichtung 24 vermieden werden.
  • Obwohl die passive Regeneration nur zeitweise, also schubweise oder diskontinuierlich durchgeführt wird, kann der Partikelfilter 36 mittels der passiven Regeneration effektiv regeneriert werden, da der Partikelfilter 36 die beschriebene Beschichtung aufweist. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes der Beschichtung ist, dass eine Oxidierung von NH3 vermieden werden kann, da die Beschichtung keine Gas-Gas-Reaktionen katalysiert. Da das Abgas keinen DOC durchströmt in dem NH3 oxidieren könnte, kann die Dosiereinrichtung 40 besonders nahe am Austritt 40 der Verbrennungskraftmaschine angeordnet werden. Vorteile sind die erhöhte Temperatur bei Eindosierung des Reduktionsmittels sowie eine lange Aufbereitungsstrecke des Reduktionsmittels. Zudem kühlt das Abgas durch die motornahe Anordnung des ersten SCR nicht übermäßig ab bevor der erste SCR erreicht wird, so dass hohe NOx-Umsätze erreicht werden können und ferner ein Auskristallisieren des Reduktionsmittels vermieden werden kann.
  • 4 zeigt eine bevorzugte Möglichkeit der Integration der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 in einer Abgasbox 96, einer sogenannten One-Box, wie diese in heutigen Serien-Nutzkraftwagen oder Serien-Lastkraftwagen bereits vorgesehen ist, mit dem ersten SCR-Katalysator 34, dem Partikelfilter 36, dem zweiten SCR-Katalysator 38 und dem ASC 44. Der erste SCR-Katalysator 34 wird dabei in einem Bauraum eines entfallenden, in derzeitigen Serienfahrzeugen vorgesehenen DOC in der Abtgasbox 96 untergebracht, so dass die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 vorteilhaft bauraumneutral in heutigen Serien-Nutzkraftwagen oder Serien-Lastkraftwagen darstellbar ist. Nicht in der 4 dargestellt ist eine gegebenenfalls vorgesehene Kohlenwasserstoff-Dosierung, ein sogenannter HC-Doser zum Einbringen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, und ein Abgasturbolader. Der Abgasturbolader ist vorteilhaft verbrennungsmotornah und in Abgasströmungsrichtung nach dem Abgaskrümmer vorzusehen, der HC-Doser vorteilhaft nahe der Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung 40.
  • 5 zeigt eine weitere Möglichkeit der Integration der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 in der Abgasbox 96 und einer zusätzlichen verbrennungsmotornahen Abgasbox 98. In der zusätzlichen verbrennungsmotornahen Abgasbox 98 ist der erste SCR-Katalysator untergebracht. In Abgasströmungsrichtung nach dem ersten SCR-Katalysator 34 in der Abgasbox 98 ist in der Abgasbox 96 der Partikelfilter 36, der zweite SCR-Katalysator 38 und der ASC 44 untergebracht. Die Abgasbox 96 in 5 ist eine sogenannte One-Box, wie diese in heutigen Serien-Nutzkraftwagen oder Serien-Lastkraftwagen bereits vorgesehen ist. Bei der in 5 gezeigten Integration der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 entfällt der DOC in der Abgasbox 96. Mit der in 5 dargestellten Integration der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung 26 können vorteilhaft durch den dichter am Verbrennungsmotor 12 angeordneten ersten SCR-Katalysator 34 vorteilhaft höhere Temperaturen im ersten SCR-Katalysator 34 erzielt werden, wodurch höhere NOx-Reduktionsraten, insbesondere nach einem Kaltstart oder nach einem Niedriglastbetrieb des Verbrennungsmotors 12, erzielbar sind. Nicht in der 5 dargestellt ist eine gegebenenfalls vorgesehene Kohlenwasserstoff-Dosierung, ein sogenannter HC-Doser zum Einbringen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, und ein Abgasturbolader. Der Abgasturbolader ist vorteilhaft verbrennungsmotornah und in Abgasströmungsrichtung nach dem Abgaskrümmer vorzusehen, der HC-Doser vorteilhaft nahe der Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung 40.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Antriebseinrichtung
    12
    Verbrennungskraftmaschine
    14
    Zylindergehäuse
    16
    Zylinder
    18
    Abgasanlage
    20
    Verrohrung
    22
    Abgaskrümmer
    24
    Austritt
    26
    Abgasnachbehandlungseinrichtung
    28
    Richtungspfeil
    30
    Abgasrohr
    32
    Abgasrohr
    34
    erster SCR-Katalysator
    36
    Partikelfilter
    38
    zweiter SCR-Katalysator
    40
    Dosiereinrichtung
    42
    Mischeinrichtung
    44
    Ammoniak-Schlupf-Katalysator
    46
    Abszisse
    48
    Ordinate
    50
    Verlauf
    52
    Zeile
    54
    Block
    56
    Block
    58
    Zeile
    60
    Block
    62
    Zeile
    64
    Block
    66
    Block
    68
    Block
    70
    Block
    72
    Block
    74
    Block
    76
    Block
    78
    Block
    80
    Doppelpfeil
    82
    Doppelpfeil
    83
    Diagramm
    84
    Abszisse
    86
    Ordinate
    88
    Verlauf
    90
    Verlauf
    92
    Verlauf
    94
    Verlauf
    96
    Abgasbox
    98
    Zusätzliche verbrennungsmotornahe Abgasbox
    RRuß
    Regenrationsrate
    α
    Winkel

Claims (12)

  1. Abgasnachbehandlungseinrichtung (26) für eine Verbrennungskraftmaschine (12), insbesondere eines Kraftwagens, mit wenigstens einem von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (12) durchströmbaren ersten SCR-Katalysator (34), und mit wenigstens einem von dem Abgas durchströmbaren Partikelfilter (36) zum Rückhalten von Rußpartikeln aus dem Abgas, dadurch gekennzeichnet, dass der stromab des ersten SCR-Katalysators (34) angeordnete Partikelfilter (36) mit einer schwermetall- und edelmetallfreien und eine Oxidation der im Partikelfilter (36) rückgehaltenen Rußpartikel katalysierenden Beschichtung versehen ist, wobei stromab des Partikelfilters (36) ein von dem Abgas durchströmbarer, zweiter SCR-Katalysator (38) angeordnet ist.
  2. Abgasnachbehandlungseinrichtung (26) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schwermetall- und edelmetallfreie Beschichtung des Partikelfilters (36) Allkali- und/oder Erdalkalimetallverbindungen aufweist.
  3. Abgasnachbehandlungseinrichtung (26) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf des ersten SCR-Katalysators (34) eine Dosiereinrichtung (40) angeordnet ist, mittels welcher ein Reduktionsmittel zum Entsticken des Abgases in dieses einbringbar ist.
  4. Abgasnachbehandlungseinrichtung (26) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung vorgesehen ist, welche periodisch und/oder bei vorgegebenen Betriebsbedingungen für eine definierte Zeitspanne eine Einbringung oder Abschaltung von Reduktionsmitteln bewirkt.
  5. Abgasnachbehandlungseinrichtung (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste SCR-Katalysator (34) das stromab der Verbrennungskraftmaschine (12) erste, von dem Abgas durchströmbare Abgasnachbehandlungselement ist.
  6. Abgasnachbehandlungseinrichtung (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste SCR-Katalysator (34) eine kleinere Ammoniakspeicherkapazität aufweist als der zweite SCR-Katalysator (38).
  7. Abgasnachbehandlungseinrichtung (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste SCR-Katalysator (34) ein erstes, von dem Abgas durchströmbares Volumen und der zweite SCR-Katalysator (38) ein zweites, von dem Abgas durchströmbares Volumen aufweist, wobei das erste Volumen kleiner als das zweite Volumen ist.
  8. Abgasnachbehandlungseinrichtung (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf des Partikelfilters (36), insbesondere stromauf des ersten SCR-Katalysators (34), eine Dosiereinrichtung angeordnet ist, mittels welcher unverbrannte Kohlenwasserstoffe in das Abgas einbringbar sind.
  9. Abgasnachbehandlungseinrichtung (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromab des zweiten SCR-Katalysators (38) ein von dem Abgas durchströmbarer Ammoniak-Schlupf-Katalysator (44) angeordnet ist.
  10. Abgasnachbehandlungseinrichtung (26) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des ersten SCR-Katalysators (34) ein Verhältnis zu dem Gesamtvolumen, gebildet aus dem Volumen des zweiten SCR-Katalysators (38) und dem Volumen des Ammoniak-Schlupf-Katalysators (44), von in etwa 0,3 bis zu 0,8 beträgt.
  11. Antriebseinrichtung (10) für einen Kraftwagen, mit einer Verbrennungskraftmaschine (12) und mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  12. Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgastemperaturerhöhung durch wenigstens eine bezogen auf die Verbrennungskraftmaschine (12) interne Maßnahme bewirkt wird.
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