DE102015108896B4 - Abgasnachbehandlungssystem und zugehöriges Betriebsverfahren - Google Patents

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Abstract

Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (12) mit einer Abgas-Passage (21) zum Abführen von Abgas des Verbrennungsmotors (12) zu einem Abgasauslass (30), wobei in der Abgas-Passage (21) eine Hochdruck-Turbine (19) und ein NOx-Speicherkatalysator (26) angeordnet sind, wobei das Abgasnachbehandlungssystem (10) einen Bypass (28), der die Hochdruck-Turbine (19) und den NOx-Speicherkatalysator (26) übergreift, und ein dem Bypass (28) zugeordnetes Bypass-Ventil (29) aufweist, um Abgas zeitweise an der Hochdruck-Turbine (19) und dem NOx-Speicherkatalysator (26) vorbeizuführen, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Speicherkatalysator (26) in Strömungsrichtung nach der Hochdruck-Turbine (19) angeordnet ist, und dass das Abgasnachbehandlungssystem (10) stromaufwärts zu dem Eingang des Bypass (28) einen Dosierer (27) aufweist, mit dem ein Reduktionsmittel stromaufwärts zu dem NOx-Speicherkatalysator (26) dem Abgas beigegeben wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, bei dem Abgas durch eine Abgas-Passage abgeführt wird, wobei in der Abgaspassage zumindest eine Hochdruck-Turbine und ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet sind. Die Erfindung betrifft ferner ein zugehöriges Betriebsverfahren.
  • Aus DE 10 2009 028 998 A1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem der vorgenannten Art bekannt, bei dem ein Bypass vorgesehen sein kann, um den NOx-Speicherkatalysator zeitweise zu umgehen. Ferner ist in diesem System ein dem NOx-Speicherkatalysator vorgelagerter Kohlenwasserstoff-Absorber vorgesehen. Durch die Kombination des Kohlenwasserstoffs-Absorbers mit dem NOx-Speicherkatalysator sollen in einem Mager-Betriebszustand eines Verbrennungsmotors verbesserte Umsetzungsraten zur Reduktion von Stickoxiden (NOx) erreicht werden, damit auf ein zusätzliches Kohlenwasserstoff- bzw. Kraftstoff-Einspritzsystem in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung verzichtet werden kann.
  • DE 102 40 987 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beeinflussen der Arbeitstemperatur von NOx Speicherkatalysatoren für Benzin-Direkteinspritzungsmotoren ohne Beigabe von Abgas-Additiven.
  • Aus DE 10 2004 018 393 A1 ist eine Abgasnachbehandlungseinrichtung bekannt, bei der in einem Bereich stromabwärts zu einem Oxidationskatalysator und stromabwärts zu einem Partikelfilter ein Reduktionsmittel beigegeben wird, um die Abgastemperatur zu erhöhen.
  • DE 10 2010 005 814 A1 offenbart eine Abgasanlage für Diesel-Motoren mit einer Reduktionsmitteleinbringstelle, die im Abgasstrang stromabwärts zu einem Partikelfilter angeordnet ist.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgasnachbehandlungssystem aufzuzeigen, das eine hohe Konversionsrate für die Reduzierung von Stickoxid-Emissionen in einem Mager-Betriebsmodus eines Verbrennungsmotors ermöglicht, ohne die Abgasnachbehandlung in anderen Betriebsmodi zu stören bzw. diese zu unterstützen.
  • Das Abgasnachbehandlungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung weist einen Bypass auf, der die Hochdruck-Turbine und den NOx-Speicherkatalysator übergreift sowie ein Bypass-Ventil, das diesem Bypass zugeordnet ist, um zumindest einen wesentlichen Teil des Abgasstroms von dem Verbrennungsmotor zeitweise an der Hochdruck-Turbine und dem NOx-Speicherkatalysator vorbeizuführen. Das Abgasnachbehandlungssystem weist zusätzlich einen Dosierer auf, mit dem ein Reduktionsmittel stromaufwärts zu dem NOx-Speicherkatalysator dem Abgasstrom beigeben werden kann. Der Dosierer kann insbesondere in der Strömungsrichtung des Abgases direkt vor oder an dem Eingang des Bypass angeordnet sein.
  • Durch die vorgenannte Ausbildung des Abgasnachbehandlungssystems wird ein Betriebsverfahren ermöglicht, bei dem in einem Mager-Betriebszustand des Verbrennungsmotors das Bypass-Ventil geschlossen wird. Hierdurch wird im Wesentlichen der gesamte Abgasstrom über den NOx-Speicherkatalysator geführt, um darin Stickoxide (NOx) einzulagern. Während des Mager-Betriebszustands kann ferner für die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators das Bypass-Ventil zwischenzeitlich zumindest teilweise geöffnet werden, um den über den NOx-Speicherkatalysator geführten Abgasstrom zu vermindern insbesondere auf einen Soll-Gasstrom zu steuern oder zu regeln. Während der Regenerations-Phase wird dem Abgas ein Reduktionsmittel beigegeben, um die Umwandlung der gespeicherten Stickoxide (NOx) in Stickstoff (N2) zu beschleunigen bzw. zu ermöglichen.
  • Die Beigabe des Reduktionsmittels erfolgt während der Regenerations-Phase bevorzugt in den verminderten Abgasstrom, der durch den NOx-Speicherkatalysator fließt. Der Massenstrom, der während der Regenerations-Phase durch den NOx-Speicherkatalysator fließt, ist gegenüber dem Gesamt-Abgasstrom deutlich vermindert. Ferner kann die Strömungsgeschwindigkeit durch den NOx-Speicherkatalysator verringert sein. Hierdurch wird die Effizienz der Regeneration verbessert. Ferner wird infolge des geringeren Massenstroms eine geringere Menge an Reduktionsmittel benötigt. Der Dosierer zur Einspritzung des Reduktionsmittels kann daher kleiner ausgeführt sein und der Verbrauch an Reduktionsmittel wird verringert. Somit ist eine effizientere Abgasnachbehandlung bei geringeren System- und Verbrauchskosten möglich.
  • Während eines stöchiometrischen oder fetten Betriebs des Verbrennungsmotors, insbesondere bei hoher Last oder Volllast, liegen in der Regel so hohe Abgastemperaturen vor, dass der NOx-Speicherkatalysator für sich allein nicht effizient arbeitet. Das Abgasnachbehandlungssystem kann bevorzugt einen stromabwärts zu dem vorgenannten Bypass angeordneten weiteren Katalysator zur Durchführung einer selektiven katalytischen Reduktion aufweisen. Während eines stöchiometrischen oder fetten Betriebszustands kann das Bypass-Ventil zumindest teilweise geöffnet werden, sodass ein wesentlicher Teil des Abgasstroms unter Meidung des Gegendrucks der Hochdruck-Turbine und des NOx-Speicherkatalysator durch den Bypass fließt. Dieser wesentliche Teil des Abgasstroms wird unter Umgehung des NOx-Speicherkatalysators und der Hochdruck-Turbine dem weiteren Katalysator zur Durchführung der selektiven katalytischen Reduktion zugeführt, wo eine für den genannten Betriebszustand effiziente Reduzierung der Stickstoffemissionen durchgeführt werden kann. Durch die Minderung des Gegendrucks auf den Abgasstrom wird eine Erzeugung anderer unerwünschter Emissionen im stöchiometrischen oder fetten Betriebszustand vermindert, sodass insgesamt verbesserte Emissions-Kennwerte erreichbar sind.
  • Der Dosierer kann ein beliebiges Reduktionsmittel einspritzen. Für die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators kann bevorzugt die Einspritzung von Kohlenwasserstoffen (HC) erfolgen, insbesondere durch Einspritzung des Treibstoffs des Verbrennungsmotors.
  • Besonders bevorzugt erfolgt eine Einspritzung von Kohlenwasserstoffen (HC) bei einer Frequenz von mindestens 1,5 Hz und ferner bevorzugt in den verminderten Abgasstrom, der durch den NOx-Speicherkatalysator geführt wird. Mit anderen Worten wird zur Regeneration während eines mageren Betriebs eine dosierende Einspritzung vorgenommen, um das durch den NOx-Speicherkatalysator geführte Abgas wechselweise und bei einer Mindestfrequenz von 1,5 Hz in einen mageren Zustand und in einen fetten Zustand zu versetzen. Es hat sich gezeigt, dass durch eine solche Form der Einspritzung die NOx-Reduktion deutlich beschleunigt und die Umsetzungsrate erhöht werden kann.
  • Alternativ oder zusätzlich kann der Dosierer dazu ausgebildet sein, dem Abgas Ozon beizugeben. Die Ozon-Beigabe kann in verschiedenen Betriebsmodi verwendet werden, um unterschiedliche chemische Vorgänge zu beeinflussen.
  • In einem Mager-Betriebszustand des Verbrennungsmotors kann dem Abgasstrom zumindest bei niedrigen Temperaturen Ozon beigeben werden. Die Ozon-Beigabe kann insbesondere während der Einspeicher-Phase vorgenommen werden, in der Stickoxide im NOx-Speicherkatalysator aufgenommen werden, d.h. in einer Phase während der das Bypass-Ventil geschlossen ist. Es hat sich gezeigt, dass die Ozonbeigabe die Umwandlung von Stickstoffmonoxid in Stickstoffdioxid (NO zu NO2) fördert, sodass die Adsorptionsleistung im niedrigen Temperaturbereich verbessert wird. Der Temperaturbereich kann dabei einerseits die Temperatur des Abgases und andererseits die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators betreffen. Die Ozonbeigabe kann insbesondere in einem Temperaturbereich von weniger als 200°C erfolgen, also beispielsweise nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors.
  • Der Dosierer und ggf. der NOx-Speicherkatalysator können bevorzugt während weiteren Betriebsmodi mitverwendet werden, um auch eine selektive katalytische Reduktion in dem weiter stromabwärts angeordneten Katalysator zu unterstützen. Dazu kann ein Teil des Abgasstroms durch den NOx-Speicherkatalysator geführt werden, um dort eine teilweise Oxidation von Kohlenwasserstoffen herbeizuführen, welche zu Reaktionsprodukten führt, die die selektive katalytische Reaktion in dem weiteren Katalysator unterstützen.
  • Der Dosierer kann entsprechend der unterschiedlichen Verwendbarkeit von diversen Reduktionsmitteln oder FolgeProdukten von eingespritzten Reduktionsmitteln dazu ausgebildet sein, mehrere unterschiedliche Reduktionsmittel beizugeben. Er kann alternativ oder zusätzlich dazu ausgebildet sein, wahlweise eine Beigabe in den gesamten Abgasstrom oder in den verminderten Abgasstrom durch den NOx-Speicherkatalysator vorzunehmen.
  • In den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen sind weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung angegeben.
  • Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Es zeigen:
    • 1: eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einem Abgasnachbehandlungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung;
    • 2: eine Schemadarstellung eines Dosierers.
  • Ein Abgasnachbehandlungssystem (10) gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante ist in 1 gezeigt. Das Abgasnachbehandlungssystem (10) ist in der Strömungsrichtung des Abgases einer Brennkammer (22) eines Verbrennungsmotors (12) nachgelagert angeordnet. Es weist eine Abgas-Passage (21) auf, durch die das Abgas des Verbrennungsmotors (12) bis zu einem Abgasauslass (30) geführt wird. Innerhalb der Abgas-Passage (21) können verschiedene Komponenten vorgesehen sein, die mit einer Ansaug-Passage (20) des Verbrennungsmotors (12) verbunden sind oder mit dort angeordneten Komponenten funktional korrespondieren.
  • Während eines Betriebs des Verbrennungsmotors (12) wird Frischluft über einen Lufteinlass (14) in die Ansaug-Passage (20) aufgenommen. Die Luft kann ggf. durch einen Luftfilter (15) gereinigt werden. Ein erster Kompressor (16) in der Ansaug-Passage (20) dient dazu, die zugeführte Luft zu verdichten. Der erste Kompressor (16) ist bevorzugt mit einer Niederdruck-Turbine (17) gekoppelt, die in der Abgas-Passage (21) angeordnet ist. Der erste Kompressor (16) kann alternativ oder zusätzlich auf andere Weise angetrieben werden, bspw. über einen elektrischen Antrieb.
  • Die durch den ersten Kompressor (16) vorverdichtete Luft wird in der Ansaug-Passage (20) zu einem zweiten Kompressor (18) geführt, welcher eine zusätzliche Aufladung bewirkt. Der zweite Kompressor (18) wird bevorzugt von der Hochdruck-Turbine (19) betrieben. Während manchen Betriebszuständen kann die Ansaugluft unter Umgehung des zweiten Kompressors (18) direkt durch eine Entlastungs-Passage (31) zur Brennkammer (22) geführt sein, insbesondere in solchen Betriebszuständen, in denen der Bypass (28) zur Umgehung der Hochdruck-Turbine (19) genutzt ist.
  • Die Ansaugluft wird durch ein Einlassventil in die Brennkammer (22) des Verbrennungsmotors (12) eingeführt. Ein Kraftstoffinjektor (23) spritzt zusätzlich Kraftstoff in die Brennkammer (22) ein, der dort zusammen mit der Ansaugluft unter Bildung des Abgases verbrannt wird. Das Abgas wird durch ein Auslassventil und einen Krümmer in die Abgas-Passage (21) geführt, wo es der Abgasnachbehandlung unterzogen wird.
  • Der Verbrennungsmotor (12) bzw. das Abgasnachbehandlungssystem (10) können bevorzugt eine oder mehrere Abgasrückführungen (AGR) aufweisen, insbesondere eine Hochdruck-AGR (24), die Abgas in einem inneren Kreislauf von der Abgas-Passage (21) zur Ansaugpassage (20) zurück führt, sowie eine Niederdruck-AGR (25), die Abgas in einem äußeren Kreislauf zurückführt. Derartige Abgasrückführungen (AGR) sind in der Praxis in verschiedenen Ausführungen bekannt und können hier in beliebiger Form vorgesehen sein. In dem Beispiel von 1 ist eine Niederdruck-AGR (35) vorgesehen, die hinter einem Partikelfilter (33) vorliegendes gefiltertes Abgas zu einem Bereich der Ansaug-Passage (20) vor dem ersten Kompressor (16) zurückführt.
  • Innerhalb des Abgasnachbehandlungssystems (10) werden der Druck und die Temperatur des Abgases im Verlauf der Strömungsrichtung abnehmen. 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsvariante für die Anordnung des NOX-Speicherkatalysators (26) und der Hochdruck-Turbine (19). In dieser Variante ist der Speicherkatalysator (26) in der Strömungsrichtung des Abgases hinter der Hochdruck-Turbine (19) angeordnet. Der Bypass (28) weist einen Eingang auf, der in Strömungsrichtung des Abgases direkt vor der Hochdruck-Turbine (19) in die Abgas-Passage (21) mündet, und einen Ausgang, der direkt hinter dem NOx-Speicherkatalysator (26) in die Abgas-Passage (21) mündet.
  • Stromaufwärts zu dem Speicherkatalysator (26) und der Hochdruck-Turbine (19) ist ein Dosierer (27) angeordnet, durch welchen ein oder mehrere Reduktionsmittel in das Abgas beigegeben werden können. Das von dem Dosierer (27) beigegebene Reduktionsmittel wird sich bei der gezeigten Anordnung innerhalb der Hochdruck-Turbine (19) gut mit dem Abgas durchmischen, sodass ein im Wesentlichen homogenes Gemisch aus Abgas und Reduktionsmittel dem NOx-Speicherkatalysator (26) zugeführt wird. Infolge der guten Durchmischung bedarf es also nur der Beigabe der minimalen Menge an Reduktionsmittel, die erforderlich ist, um die beabsichtigten Reaktionen in dem NOx-Speicherkatalysator (26) herbeizuführen.
  • Eine alternative Ausführungsvariante sieht vor, dass die Anordnung des NOx-Speicherkatalysators (26) und der Hochdruck-Turbine (19) vertauscht sind. Die Anordnung des Bypass (28) bleibt in diesem Fall gleich. In dieser Variante wird dem NOx-Speicherkatalysator (26) das Abgas aus der Brennkammer (22) im Wesentlichen direkt zugeführt, ohne dass durch die Hochdruck-Turbine (19) ein Druck- oder Temperaturabfall erzeugt wird. Eine solche Anordnung ist besonders für Verbrennungsmotoren (12) geeignet, die ein besonders kaltes Abgas absondern. Die Anordnung des NOx-Speicherkatalysators (26) vor der Hochdruck-Turbine (19) führt dazu, dass gerade in einem Mager-Betriebsmodus verhältnismäßig wärmeres und unter einem höheren Druck stehendes Abgas dem Katalysator zugeführt wird, sodass die Einspeicherung von Stickoxiden (NOx) begünstigt wird. Um auch bei dieser Anordnung eine effiziente Unterstützung durch die Reduktionsmittel-Beigabe zu fördern, ist der Dosierer (27) bevorzugt dazu ausgebildet, das Reduktionsmittel unter feiner Zerstäubung beizugeben. Dies kann insbesondere beispielsweise durch eine Erhöhung des Drucks erreicht werden, mit dem das Reduktionsmittel eingespritzt wird.
  • Der Bypass (28) übergreift in jedem Fall die Gruppe aus NOx-Speicherkatalysator (26) und Hochdruck-Turbine (19). Der Eingang des Bypass (28) ist bevorzugt in einem Bereich stromabwärts zu dem Abgaskrümmer und dem Anschluss der Hochdruck-AGR in der Abgas-Passage (21) vorgesehen. Der Dosierer (27) ist bevorzugt nahe des Eingangs zu dem Bypass (28) angeordnet oder in einem Bereich zwischen dem Eingang des Bypass (28) und der Hochdruck-Turbine (19) bzw. dem NOx-Speicherkatalysator (26) .
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante ist der Dosierer (27) derart angeordnet und dazu ausgebildet, dass er wahlweise eine Beigabe in den gesamten Abgasstrom oder in den reduzierten Abgasstrom vornehmen kann, welcher bei (teilweise) geöffnetem Bypass-Ventil (29) durch den NOx-Speicherkatalysator (26) geleitet ist. Der Dosierer (27) kann insbesondere dazu ausgebildet sein, entweder eine Einspritzung in den gesamten Abgasstrom durch die Abgas-Passage (21) vorzunehmen oder nur in den etwaig reduzierten Abgasstrom durch den NOx-Speicherkatalysator (26), d.h. den Teil der Abgas-Passage (21), der durch den Bypass (28) umgangen wird.
  • 2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsvariante des Dosierers (27). Dieser weist ein Gehäuse auf, in dem mindestens ein Reduktionsmittel-Injektor (36) angeordnet ist. Der Injektor (36) kann ein Reduktionsmittel bevorzugt in einen Gasstrom einspritzen, der über ein Heizelement (37) geführt ist. Der Gasstrom kann der Abgasstrom sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Gasstrom ein Luftstrom sein, der dem Abgasstrom in oder nach dem Dosierer zugeführt wird.
  • In dem Beispiel von 2 weist der Dosierer (27) einen Lufteinlass (38) auf, an dem Frischluft zuführbar ist. Der Lufteinlass (38) kann gegebenenfalls über ein Ventil verschließbar sein. Die über den Lufteinlass zugeführte Luft und/oder das zugeführte Abgas werden an dem Heizelement (37) vorbeigeführt, während das Reduktionsmittel in den aufgeheizten Gasstrom eingespritzt wird. Das Heizmittel (37) kann beliebig ausgebildet sein. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um eine Heizplatte, die sowohl das eingespritzte Reduktionsmittel, als auch das vorbeiströmende Gas aufheizen kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante weist der Dosierer (27) einen Ozongenerator (39) auf oder ist mit einem Ozongenerator verbunden. Die Beigabe von Ozon kann an dem Dosierer (27) für sich allein oder in Kombination mit der Beigabe eines Reduktionsmittels durchgeführt werden.
  • Der Dosierer (27) kann ferner zwei oder mehr Reduktionsmittel-Injektoren (36) aufweisen, über die unterschiedliche Reduktionsmittel einspritzbar sind. Alternativ können in dem Abgasnachbehandlungssystem (10) mehrere Dosierer (27) nebeneinander oder nacheinander vorgesehen sein, die jeweils zur Einspritzung eines einzelnen Reduktionsmittels dienen.
  • Oben wurde bereits erläutert, dass in einem Mager-Betriebsmodus des Verbrennungsmotors (22) und bei niedrigen Temperaturverhältnissen während einer Einspeicherungsphase des NOx-Speicherkatalysators (26) dem Abgas Ozon beigegeben werden kann, um die Effizienz der Einspeicherung zu erhöhen. Daneben gibt es weitere Betriebszustände, in denen eine Ozon-Beigabe nutzbar ist.
  • Während eines fetten Betriebszustands des Verbrennungsmotors (12), insbesondere bei hoher Last oder Volllast, wird in der Regel ein Abgas mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck bei einem erhöhten Massenstrom aus der Brennkammer (22) austreten. In einem solchen Betriebszustand ist eine NOx Reduktion durch den NOx-Speicherkatalysator (26) allein nicht oder nur bei einer geringen Effizienz möglich. Ferner wirkt sich in einem solchen Betriebszustand ein hoher Gegendruck hinter dem Abgaskrümmer negativ aus, da die Erzeugung anderer Emissionen erhöht wird.
  • Demzufolge wird während eines stöchiometrischen oder fetten Betriebszustands und insbesondere bei hoher Last oder Volllast des Verbrennungsmotors (12) bevorzugt das Bypass-Ventil (29) geöffnet, damit ein wesentlicher Anteil des Abgasstroms durch den Bypass (28) strömen kann. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Verteilung des Abgasstromes auf den Bypass (28) und den NOx-Speicherkatalysator durch eine Stellung des Bypass-Ventils (29) geregelt wird. Die Regelung kann beispielsweise derart erfolgen, dass der verminderte Abgasstrom durch den NOx-Speicherkatalysator auf einen für die chemischen Umsetzungsvorgänge im NOx-Speicherkatalysator (26) optimierten Wert geregelt wird. In dem von dem Bypass (28) umgangenen Bereich der Abgas-Passage kann ein Luftmassen-Sensor oder ein anderes geeignetes Messmittel angeordnet sein, um den Ist-Wert des Massenstroms durch den NOx-Speicherkatalysator zu erfassen.
  • Es kann also auch bei einer Öffnung des Bypass-Ventils (29) noch ein (steuerbarer) Anteil des Abgases über den NOx-Speicherkatalysator (26) strömen. Die beiden Teilströme durch den Bypass und den NOx-Speicherkatalysator werden hinter dem Bypass (28) wieder zusammengeführt und gemeinsam dem stromabwärts angeordneten weiteren Katalysator (32) zur Durchführung der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) zugeführt.
  • Die selektive katalytische Reduktion kann bei verschiedenen Temperaturbereichen durch verschiedene chemische Stoffe begünstigt werden. Einerseits ist es bekannt, dem Abgasstrom Ammoniak oder eine Ammoniak-bildende Substanz beizugeben, beispielsweise Harnstoff oder eine Harnstoff-haltige Lösung. Der Dosierer (27) kann demzufolge dazu ausgebildet sein, insbesondere während eines stöchiometrischen oder fetten Betriebsmodus Ammoniak oder eine Ammoniak-bildende Substanz einzuspritzen. Die Einspritzung kann in den gesamten Abgasstrom erfolgen, welcher bei einem vollständig geöffneten Bypass im Wesentlichen unter Umgehung des NOx-Speicherkatalysators zu dem weiteren Katalysator (32) geführt wird. Bevorzugt kann die Niederdruck-Turbine (17), welche den ersten Kompressor (16) treibt, in einem Bereich zwischen dem Ausgang des Bypass (28) und dem weiteren Katalysator (32) angeordnet sein. In einem solchen Fall unterstützt die Niederdruck-Turbine (17) eine homogene Durchmischung der beigegebenen Stoffe mit dem Abgas und/oder eine Durchmischung der Teilströme des Abgases durch den Bypass (28) und den NOx-Speicherkatalysator, bevor das Abgas dem weiteren Katalysator (32) zugeführt wird.
  • Es wurde ferner herausgefunden, dass Aldehyde (bspw. Ethanal und Methanal) die selektive katalytische Reduktion unterstützen. Dementsprechend ist gemäß der vorliegenden Offenbarung vorgesehen, dass der Dosierer (27) (auch) zur Einspritzung eines Aldehyds oder einer Aldehyd-bildenden Substanz ausgebildet ist.
  • Die selektive katalytische Reduktion unterstützende Substanzen können allerdings auch durch eine teilweise Oxidation von Kohlenwasserstoffen im NOx-Speicherkatalysator (26) erzeugt werden. Es wurde insbesondere herausgefunden, dass bei einem schnellen Wechsel zwischen einem mageren Zustand und einem fetten Zustand, insbesondere einem Wechsel bei einer Frequenz von über 1,5 Hz, eine teilweise Oxidation von eingespritzten Kohlenwasserstoffen in dem NOx-Speicherkatalysator (26) begünstigt wird. Dabei werden unter anderem Aldehyde erzeugt, welche die nachgelagerte selektive katalytische Reduktion im weiteren Katalysator (32) begünstigen.
  • Gemäß einem eigenständigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es daher vorgesehen, auch bei einem stöchiometrischen oder fetten Betriebsmodus und/oder bei einem mageren Betriebsmdous mit erhöhten AbgasTemperaturen Kohlenwasserstoffe einzuspritzen, und zwar insbesondere in den verminderten Abgasstrom, der durch den NOx-Speicherkatalysator geführt ist.
  • Durch den Dosierer (27) können die Kohlenwasserstoffe insbesondere bei einer Frequenz von mindestens 1,5 Hz beigegeben werden. Dies kann bei teilweiser oder vollständiger Öffnung des Bypass-Ventils (29) geschehen. Zusätzlich kann durch den Dosierer (27) Ozon beigegeben werden, und zwar ebenfalls in den durch den NOx-Speicherkatalysator geführten Abgasstrom, wodurch ebenfalls die nur teilweise Oxidation der Kohlenwasserstoffe und damit die Bildung der Substanzen unterstützt wird, die die selektive katalytische Reduktion begünstigen. Durch eine solche gepulste Beigabe von Kohlenwasserstoffen, welche in dem NOx-Speicherkatalysator (26) nur teilweise oxidiert werden, können somit Reduktionsmittel erzeugt werden, die den Bedarf für die Einspritzung von anderen Reduktionsmitteln verringern oder sogar als Substitut decken können. Hierdurch wird der Verbrauch an anderen Reduktionsmitteln wie Ammoniak oder Ammoniak-bildenden Substanzen oder für die Direkteinspritzung von Aldehyden oder Aldehyd-bildenden Substanzen vermindert.
  • Abwandlungen der Erfindung sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die beschriebenen, gezeigten oder beanspruchten Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele in beliebiger Weise miteinander kombiniert, gegeneinander ersetzt, ergänzt oder weggelassen werden.
  • Der Verbrennungsmotor (12) kann ein Dieselmotor oder ein Ottomotor mit Mager-Betriebsmodus sein. Der einzuspritzende Kraftstoff kann demgemäß ein DieselKraftstoff oder Benzin sein. An dem Dosierer kann anstelle des Motor-Kraftstoffs eine andere Substanz eingespritzt werden, die Kohlen-Wasserstoffe enthält, insbesondere langkettige Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Pentane.
  • In der Abgas-Passage (21) können weitere Komponenten zur Abgasnachbehandlung vorgesehen sein, darunter insbesondere ein Diesel-Oxidationskatalysator (34, DOC) oder ein anderer Oxidationskatalysator, mit dem etwaig überschüssige Kohlenwasserstoffe (HC) aus dem Abgas entfernbar sind. Die Anordnung des DOC kann gemäß der 1 sein, d.h. stromabwärts zu einer Mündungsöffnung der Niederdruck-AGR. In einem solchen Fall können etwaig noch überschüssige Kohlen-Wasserstoffe im Abgas bei Öffnung der AGR in die Einlass-Passage (20) überführt werden, um zu einer Drehmomentgewinnung beizutragen. Hierdurch wird die Effizienz der Kohlenwasserstoff-Beigabe zusätzlich erhöht Es ist allerdings sinnvoll, die Menge an noch nicht oxidierten Kohlenwasserstoffen (HC), die in die Ansaug-Lust zurück geführt werden, zu erfassen, um entsprechend weniger Kraftstoff durch den Injektor (23) in die Brennkammer (22) beizugeben. Alternativ kann der ein Oxidationskatalysator (34) vor der Niederdruck-AGR angeordnet sein.
  • Bezugszeichenliste
  • 10 Abgasnachbehandlungssys tem Exhaust gas after treatment system
    12 Verbrennungsmotor Internal combustion engine
    14 Lufteinlass Air inlet
    15 Luftfilter Air filter
    16 Erster Kompressor First Compressor
    17 LPT / Niederdruck-Turbine LPT / Low-Pressure Turbine
    18 Zweiter Kompressor Second Compressor
    19 HPT / Hochdruck-Turbine HPT / High-Pressure Turbine
    20 Ansaug-Passage Intake passage
    21 Abgas-Passage Exhaust passage
    22 Brennkammer Combustion chamber
    23 Injektor Injector
    24 Hochdruck-AGR High-Pressure EGR
    25 Niederdruck-AGR Low-Pressure EGR
    26 NSC / NOx-Speicherkatalysator NSC / NOx storage catalyst
    27 Dosierer / Aldehyd-Injektor Dozer / Aldehyde injector
    28 Bypass Bypass
    29 Bypass-Ventil Bypass-valve
    30 Abgasauslass Exhaust outlet
    31 Entlastungs-Passage Relief passage
    32 SCR / Katalysator für selektive katalytische Reduktion SCR / Catalyst for selektive catalytic reduction
    33 DPF / Rußfilter DPF / Diesel Particulate Filter
    34 DOC / Diesel-Oxidations-Katalysator DOC / diesel oxidization catalyst
    35 Niederdruck-AGR Low-Pressure AGR
    36 Reduktionsmittel-Injektor Reductant injector
    37 Heizelement / Heizplatte Heating element / Heated plate
    38 Lufteinlass Air inlet
    39 Ozongenerator Ozone generator

Claims (15)

  1. Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (12) mit einer Abgas-Passage (21) zum Abführen von Abgas des Verbrennungsmotors (12) zu einem Abgasauslass (30), wobei in der Abgas-Passage (21) eine Hochdruck-Turbine (19) und ein NOx-Speicherkatalysator (26) angeordnet sind, wobei das Abgasnachbehandlungssystem (10) einen Bypass (28), der die Hochdruck-Turbine (19) und den NOx-Speicherkatalysator (26) übergreift, und ein dem Bypass (28) zugeordnetes Bypass-Ventil (29) aufweist, um Abgas zeitweise an der Hochdruck-Turbine (19) und dem NOx-Speicherkatalysator (26) vorbeizuführen, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Speicherkatalysator (26) in Strömungsrichtung nach der Hochdruck-Turbine (19) angeordnet ist, und dass das Abgasnachbehandlungssystem (10) stromaufwärts zu dem Eingang des Bypass (28) einen Dosierer (27) aufweist, mit dem ein Reduktionsmittel stromaufwärts zu dem NOx-Speicherkatalysator (26) dem Abgas beigegeben wird.
  2. Abgasnachbehandlungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Dosierer (27) dazu ausgebildet ist, dem Abgas Kohlenwasserstoffe beizugeben, insbesondere in Form des Treibstoffs des Verbrennungsmotors (12).
  3. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dosierer (27) dazu ausgebildet ist, dem Abgas Ozon beizugeben.
  4. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dosierer (27) dazu ausgebildet, wahlweise eine Beigabe in den gesamten Abgasstrom oder in den verminderten Abgasstrom durch den NOx-Speicherkatalysator (26) vorzunehmen.
  5. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dosierer (27) dazu ausgebildet ist, Kohlenwasserstoffe bei einer Beigabe-Frequenz von mindestens 1,5 Herz beizugeben.
  6. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei stromabwärts zu dem NOx-Speicherkatalysator (26) ein weiterer Katalysator (32) zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) angeordnet ist.
  7. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dosierer (27) dazu ausgebildet ist, dem Abgas Ammoniak oder eine Ammoniak-bildende Substanz beizugeben, insbesondere Harnstoff oder eine Harnstoff-haltige Lösung.
  8. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dosierer (27) mehrere Reduktionsmittel-Injektoren (36) aufweist.
  9. Verfahren zum Betrieb eines Abgasnachbehandlungssystems (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - in einem Mager-Betriebszustand des Verbrennungsmotors (12) - das Bypass-Ventil (29) geschlossen wird, sodass das Abgas im Wesentlichen vollständig über den NOx-Speicherkatalysator (26) geführt wird, um Stickoxide (NOx) einzulagern, und - wobei zur Regeneration des NOx-Speicherkatalysators (26) das Bypass-Ventil (29) zwischenzeitlich zumindest teilweise geöffnet wird, um den über den NOx-Speicherkatalysator geführten Abgasstrom zu vermindern, - und dass während der Regenerations-Phase in den verminderten Abgasstrom durch den NOx-Speicherkatalysator (26) ein Reduktionsmittel beigegeben wird.
  10. Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 9 oder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass - bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors (12) mit Teil-Last, - das Bypass-Ventil (29) geschlossen wird, sodass das Abgas im Wesentlichen vollständig über den NOx-Speicherkatalysator (26) geführt wird, um Stickoxide (NOx) einzulagern
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei dem Abgasstrom zumindest bei niedrigen Abgastemperaturen bzw. niedrigen Temperaturen des NOx-Speicherkatalysators (26) Ozon beigegeben wird, insbesondere in einem Temperaturbereich von weniger als 200°C.
  12. Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 9 oder nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass - in einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors (12) mit hoher Last oder Voll-Last, - das Bypass-Ventil (29) zumindest teilweise geöffnet wird, sodass ein wesentlicher Teil des Abgasstroms oder der gesamte Abgasstrom unter Meidung des Gegendrucks der Hochdruck-Turbine (19) und des NOx-Speicherkatalysators (26) durch den Bypass (28) zu einem stromabwärts angeordneten Katalysator (32) zur Durchführung einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR) geführt wird.
  13. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei während des Betriebszustands des Verbrennungsmotors (12) mit hoher Last oder Voll-Last zusätzlich ein Aldehyd oder eine Aldehydbildende Substanz in das Abgas beigegeben wird, insbesondere dass Kohlenwasserstoffe mit einer Frequenz von mindestens 1,5 Hz in den verminderten Abgasstrom durch den NOx-Speicherkatalysator (26) beigegeben werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei während eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors (12) mit hoher Last oder Voll-Last dem Abgas zusätzlich Ozon beigegeben wird, insbesondere in den verminderten Abgasstrom durch den NOx-Speicherkatalysator (26).
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei während eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors (12) mit hoher Last oder Voll-Last dem Abgasstrom Ammoniak oder eine Ammoniak-bildende Substanz beigegeben wird, insbesondere Harnstoff oder eine HarnstoffLösung.
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