DE102016003058A1 - Dieselverbrennungskraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung für einen Kraftwagen, sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Dieselverbrennungskraftmaschine - Google Patents

Dieselverbrennungskraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung für einen Kraftwagen, sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Dieselverbrennungskraftmaschine Download PDF

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Abstract

Dieselverbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen, mit einer von Abgas der Dieselverbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung (10), wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung wenigstens einen ein Katalysatorvolumen aufweisenden Stickoxid-Speicherkatalysator (14) zum Speichern von Stickoxiden aus dem Abgas, ein bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators (14) angeordneten Partikelfilter (16) und ein stromab des Partikelfilters (16) angeordneten SCR-Katalysator (18) aufweist, wobei das Speichermaterial des Stickoxid-Speicherkatalysators (14) aus seltenen Erden-Verbindungen unter Verzicht auf Barium- und/oder Kalium-ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Dieselverbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Dieselverbrennungskraftmaschine.
  • Eine solche Dieselverbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen ist beispielsweise bereits der US 9 057 307 B2 als bekannt zu entnehmen. Die Verbrennungskraftmaschine weist dabei eine von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbare Abgasnachbehandlungseinrichtung auf. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst dabei wenigstens einen ein Katalysatorvolumen aufweisenden Stickoxid-Speicherkatalysator zum Speichern von Stickoxiden (NOx) aus dem Abgas. Da die im Abgas enthaltenen Stickoxide auch mit NOx bezeichnet werden, wird der Stickoxid-Speicherkatalysator auch als NOx-Speicherkatalysator oder aber als NSK bezeichnet.
  • Ferner offenbart die DE 103 08 287 A1 eine Abgasreinigungsanlage für die selektive katalytische Reduktion (SCR) von Stickoxiden (NOx), die mindestens einen Katalysator mit katalytisch aktiven Komponenten für die selektive katalytische Reduktion (SCR-Komponenten) enthält und von magerem Abgas eines Verbrennungsmotors durchströmt wird. Dabei ist es vorgesehen, dass vor dem SCR-Katalysator ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet ist. Zwischen den NOx-Speicherkatalysator und dem SCR-Katalysator ist eine Dosiereinrichtung für die Zuführung einer Vorläuferverbindung von Ammoniak zum Abgas angeordnet.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dieselverbrennungskraftmaschine sowie ein Verfahren zu schaffen, mittels welchen ein besonders vorteilhaftes Schadstoffemissionsverhalten realisiert werden kann, wobei gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch der Dieselverbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Dieselverbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch die Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
  • Um eine Dieselverbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhaftes Schadstoffemissionsverhalten realisiert werden kann, wobei gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch der Dieselverbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Speichermaterial des Stickoxid-Speicherkatalysators aus seltenen Erden-Verbindungen, insbesondere Oxiden von seltenen Erden, besonders bevorzugt aus Oxiden von Cerium ausgebildet ist. Cerium wird auch als Cer oder Zer bezeichnet und wird bei der erfindungsgemäßen Dieselverbrennungskraftmaschine besonders bevorzugt als Tieftemperaturspeichermaterial genutzt, um Stockoxide (NOx) aus dem Abgas bei besonders tiefen Temperaturen zu speichern. Alternativ oder zusätzlich werden in dem Stickoxid-Speicherkatalysator der erfindungsgemäßen Dieselverbrennungskraftmaschine Tieftemperaturspeichermaterialen wie Aluminium (Al), Zirconium (Zr) und/oder andere seltenen Erden genutzt, um Stickoxide aus dem Abgas bei besonders geringen Temperaturen zu speichern.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Speichermaterial des erfindungsgemäßen Stickoxid-Speicherkatalysators im Vergleich zu herkömmlichen Stickoxid-Speicherkatalysatoren nur einen geringen Anteil von Hochtemperaturspeichermaterialien auf, besonders vorteilhaft wird ganz auf Hochtemperaturspeichermaterialien verzichtet. Bei solchem Hochtemperaturspeichermaterialen handelt es sich insbesondere um Barium (Ba) sowie Kalium (K).
  • Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass es bei der Entwicklung von modernen Dieselverbrennungskraftmaschinen mit Abgasnachbehandlungseinrichtungen Ziel ist, die Emissionen, insbesondere die Emissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxiden (NOx) besonders gering zu halten. Gleichzeitig jedoch fallen aufgrund von Maßnahmen zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs die Abgastemperaturen für die katalytische Abgasnachbehandlung stets weiter ab. Um den gestiegenen Anforderungen begegnen zu können, sind daher neuartige Abgasnachbehandlungskonzepte erforderlich, die bei tiefen Abgastemperaturen eine hinreichende Konversion von CO, HC und NOx liefern, vor allem im Hinblick auf zukünftige Überprüfungen von Realemissionen mittels PEMS-Messtechnik (PEMS – Portable Emission Measurement System). Unter der zuvor genannten Konversion von CO und HC ist die Oxidation von CO und HC zu verstehen, so dass beispielsweise Kohlenmonoxide zu Kohlenstoffdioxid (CO2) und die unverbrannten Kohlenwasserstoffe zu Kohlenstoffdioxid und Wasser oxidiert werden. Ferner ist unter der Konversion von Stickoxiden (NOx) die Umwandlung beziehungsweise Reduzierung der Stickoxide zu Stickstoff und Kohlenstoffdioxid zu verstehen.
  • Herkömmliche Stickoxid-Speicherkatalysatoren (NSK) liefern zwar eine gute Stickoxid-Speicherperformance bei tiefen Temperaturen, sind aber bei gleichzeitigem Einsatz eines motornahen SCR-Systems (SCR – selektive katalytische Reduktion) aufgrund ihres großen Temperaturfensters, in welchem ein Speichervorgang von Stickoxiden stattfindet, nachteilig, da bei einem Temperaturanstieg bei gleichzeitig mit Stickoxiden voll beladenem NSK das SCR-System die thermisch desorbierende Stickoxid-Speichermenge nicht mehr auffangen beziehungsweise umsetzen kann. Unter der Stickoxid-Speicherperformance ist die Fähigkeit, insbesondere Leistungsfähigkeit, hinsichtlich der Speicherung von Stickoxiden zu verstehen, wobei unter einem Stickoxid-Speichervorgang ein Vorgang zu verstehen ist, bei welchem Stickoxide in den Stickoxid-Speicherkatalysator eingespeichert beziehungsweise in diesem gespeichert werden. Ein zuvor genanntes SCR-System umfasst üblicherweise, und so auch die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung einen SCR-Katalysator. Darüber hinaus kann insbesondere eine motornahe Dosiereinrichtung vorgesehen sein, welche üblicherweise stromauf des SCR-Katalysators angeordnet ist. Mittels der Dosiereinrichtung wird ein Reduktionsmittel, insbesondere in Form einer wässrigen Harnstofflösung (HWL), in das Abgas eindosiert, so dass mittels des Reduktionsmittels und mittels des SCR-Katalysators im Abgas enthaltene Stickoxide reduziert werden können. Diese Reduktion von im Abgas enthaltenen Stickoxiden wird auch als Entsticken bezeichnet.
  • Stickoxid-Speicherkatalysatoren sind üblicherweise, und so auch der erfindungsgemäße Stickoxid-Speicherkatalysator, auch dazu ausgebildet, im Abgas enthaltenes Kohlenstoffmonoxid (CO) und im Abgas enthaltene unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) zu oxidieren, so dass die Stickoxid-Speicherkatalysatoren auch als Oxidationskatalysator, insbesondere Diesel-Oxidationskatalysator, verwendet werden können. Die hohe Menge an eingespeicherten NOx in Stickoxid-Speicherkatalysatoren hat üblicherweise zusätzlich einen negativen Einfluss auf das CO- und HC-Umsatzverhalten, d. h. die Konversion von CO und HC, bei tiefen Temperaturen. Herkömmliche Abgasnachbehandlungseinrichtungen mit einem NSK erfordern daher eine periodisch stattfindende Fett-Regeneration, welche auch als Fettaktivierung oder Fettsprung bezeichnet wird, welche jedoch zu einer deutlichen Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs führt. Diese Fett-Regeneration führt zudem zu einer zeitlich begrenzten Verbesserung der CO- und HC-Aktivität des Stickoxid-Speicherkatalysators, wobei unter der CO- und HC-Aktivität die Aktivität des Stickoxid-Speicherkatalysators hinsichtlich der Konversion, das heißt Oxidation von CO und HC, zu verstehen ist. Der Effekt der Fettaktivierung ist bei üblichen Stickoxid-Speicherkatalysatoren nicht sehr stark ausgeprägt und nur mit sehr langen und sehr tiefen Fettsprüngen erreichbar, welche beispielsweise 10 Sekunden oder mehr dauern und bei einem Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnis λ von kleiner oder gleich 0,95 durchgeführt werden. Zudem sind die herkömmlichen Systeme sehr anfällig gegenüber der Einlagerung von Schwefel, der bei der Verbrennung aus dem Kraftstoff freigesetzt wird, welche sich vor allem negativ auf den NO und HC Umsatz und die einspeicherbare Stickoxid-Menge des NSK auswirkt. Von dieser Schwefelvergiftung lassen diese üblichen Stickoxid-Speicherkatalysatoren nur durch unterstöchiometrische („fette”) Verbrennungsbedingungen bei sehr hohen Temperaturen regenerieren, wobei diese Regeneration auch als Entschwefelung beziehungsweise DeSOx bezeichnet wird.
  • Herkömmliche Stickoxid-Speicherkatalysatoren weisen somit Nachteile in Form einer sehr hohen Stickoxid-Speicherkapazität im Bereich hoher Temperaturen sowie in Form von hohen Entschwefelungstemperaturen auf, wobei diese Nachteile mittels des Stickoxid-Speicherkatalysators der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung umgangen werden können.
  • Vorteilhaft kann durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Stickoxid-Speicherkatalysators mit Verbindungen aus seltenen Erden ein Temperaturfenster, bei welchen Stickoxide (NOx) aus dem Abgas gespeichert werden, zu tiefen Temperaturen verschoben werden, so dass bei einer thermischen Desorption der Stickoxide ab 250 Grad Celsius ein Überfahren, das heißt ein nicht verarbeitbares Überangebot an Stickoxiden, für den darauffolgenden Partikelfilter und SCR-Katalysator verhindert werden kann, so dass eine emissionstechnisch gute thermische Desorption der gespeicherten Stickoxid-Menge darstellbar ist mit geringen NOx-Emissionen am Austritt aus der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung.
  • Durch den Einsatz der Verbindungen aus seltenen Erden als Speichermaterial ist zudem auch eine gute Fettaktivierbarkeit realisierbar, die sich positiv auf den CO- und HC-Umsatz des Stickoxid-Speicherkatalysators auswirkt. Insbesondere kann eine vorteilhafte Fettaktivierbarkeit durch Ce-, Al-(Aluminium-) oder andere Seltene Erden-Speichermaterialien realisiert werden. Darüber hinaus kann eine sehr gute Entschwefelbarkeit des Stickoxid-Speicherkatalysators erreicht werden, insbesondere durch den Verzicht auf Barium und/oder Kalium.
  • Vorzugsweise weist der Stickoxid-Speicherkatalysator seine höchste Stickoxid-Speicherkapazität in einem Temperaturbereich von einschließlich 60 Grad Celsius bis einschließlich 250 Grad Celsius auf. Besonders vorteilhaft weist der Stickoxid-Speicherkatalysator seine höchste Stickoxid-Speicherkapazität in einem Temperaturbereich von einschließlich 60 Grad Celsius bis einschließlich 220 Grad Celsius auf. Dadurch können die Emissionen sowie der Kraftstoffverbrauch besonders gering gehalten werden. Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Stickoxid-Speicherkatalysator seine höchste Stickoxid-Speicherkapazität in einem Temperaturbereich von einschließlich 80 Grad Celsius bis einschließlich 220 Grad Celsius liegt. Überraschenderweise wurde gefunden, dass es hierdurch möglich ist, die Emissionen besonders gering zu halten, wobei gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden kann. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator seine höchste Stickoxid-Speicherkapazität in einem Temperaturbereich von einschließlich 80 Grad Celsius bis einschließlich 250 Grad Celsius aufweist. Es hat sich gezeigt, dass dadurch sowohl der Kraftstoffverbrauch als auch die Emissionen besonders gering gehalten werden können.
  • Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator seine höchste Stickoxid-Speicherkapazität in einem Temperaturbereich aufweist, dessen Minimalwert in einem Bereich von einschließlich 60 Grad Celsius bis einschließlich 80 Grad Celsius und dessen Maximalwert in einem Bereich von einschließlich 220 Grad Celsius bis einschließlich 250 Grad Celsius liegt, so dass der Temperaturbereich einerseits von dem Minimalwert und andererseits von dem Maximalwert begrenzt wird.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass in einem gegenüber dem Temperaturbereich höheren, weiteren Temperaturbereich eine Einspeicherung von Stickoxid in den Stickoxid-Speicherkatalysator unterbleibt. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass in einem gegenüber dem Temperaturbereich höheren, weiteren Temperaturbereich der Stickoxid-Speicherkatalysator eine gegenüber dem ersten Temperaturbereich geringere, von diesem unterschiedliche Stickoxid-Speicherkapazität aufweist. Mit anderen Worten, oberhalb des erfindungsgemäßen, ersten Temperaturbereichs, das heißt oberhalb des Maximalwerts erfolgt idealerweise keine Speicherung von Stickoxid in dem Stickoxid-Speicherkatalysator. Bevorzugt erfolgt eine Einspeicherung von nur geringen Mengen an Stickoxid in den Stickoxid-Speicherkatalysator. Dadurch können der Kraftstoffverbrauch und die Emissionen besonders gering gehalten werden.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung beträgt die maximale Stickoxid-Speicherkapazität des Stickoxid-Speicherkatalysators in seinem Neuzustand 2000 Milligramm pro Liter Hubvolumen der Dieselverbrennungskraftmaschine. Das Katalysatorvolumen des Stickoxid-Speicherkatalysators ist dabei das von dem Abgas durchströmbare Volumen des Stickoxid-Speicherkatalysators. Die Stickoxid-Speicherkapazität des Stickoxid-Speicherkatalysators wird auch als Speicherkapazität bezeichnet, wobei unter dieser Speicherkapazität des Stickoxid-Speicherkatalysators (NOx-Speicherkatalysator beziehungsweise NSK) die Fähigkeit des Stickoxid-Speicherkatalysators zu verstehen ist, im Abgas enthaltene beziehungsweise vorhandene Stickoxide (NOx) zu speichern. Im Rahmen der Erfindung soll unter der maximalen Stickoxid- Speicherkapazität des Stickoxid-Speicherkatalysators in seinem Neuzustand die maximal einspeicherbare Masse an Stickoxiden verstanden werden, welche der noch im Wesentlichen ungebrauchte, neue Stickoxid-Speicherkatalysator aufweist. Das Hubvolumen der vorzugsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildeten Dieselverbrennungskraftmaschine wird auch als Hubraum bezeichnet und ist das von den Brennräumen, insbesondere Zylindern, umschlossene Volumen, in welchem während eines gefeuerten Betriebs der Dieselverbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen. Besonders vorteilhaft beträgt die maximale Stickoxid- Speicherkapazität des Stickoxid-Speicherkatalysators in seinem Neuzustand höchstens in etwa 1250 Milligramm pro Liter Hubvolumen der Dieselverbrennungskraftmaschine.
  • Durch die im Vergleich zu herkömmlichen Stickoxid-Speicherkatalysatoren geringe Speicherkapazität gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung fällt auch die thermische Desorption des erfindungsgemäßen Stickoxid-Speicherkatalysators vergleichsweise gering aus. Somit trägt auch die geringe Speicherkapazität des erfindungsgemäßen Stickoxid-Speicherkatalysators gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung dazu bei, dass der Partikelfilter und der SCR-Katalysators bei der thermischen Desorption der Stickoxide nicht überfahren werden. Bei der thermischen Desorption des erfindungsgemäßen Stickoxid-Speicherkatalysators gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung werden die desorbierenden Stickoxide im direkt nachgeschalteten SCR-System aufgrund des günstigen Temperaturbereichs des Stickoxid-Speicherfensters und der geringen desorbierten Stickoxidmenge vollständig umgesetzt. In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das SCR-System einen Partikelfilter, insbesondere einen Dieselpartikelfilter, welcher mit einer SCR-katalytischen Beschichtung versehen ist. Ist der Partikelfilter dabei als Dieselpartikelfilter (DPF) ausgebildet, so wird der die SCR-katalytische Beschichtung aufweisende Dieselpartikelfilter auch als SDPF bezeichnet. Die SCR-katalytische Beschichtung wird üblicherweise auch als SCR-Beschichtung bezeichnet und wird zur Unterstützung der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) von Stickoxiden genutzt. Vorteilhaft können mit dieser Ausgestaltung der Erfindung die Stickoxid-Emissionen des Kraftwagens noch weiter gesenkt werden.
  • Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Dieselverbrennungskraftmaschine mit der von Abgas durchströmbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine mit der von Abgas durchströmbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt. Erfindungsgemäß wird das in der Dieselverbrennungskraftmaschine eingestellte Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnis sowie die Zeitspanne für welche eine Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnis-Absenkung vorgenommen wird, in Abhängigkeit von einer Alterung des Stickoxid-Speicherkatalysators eingestellt. Im Rahmen der Erfindung wird dabei angenommen, dass eine Alterung des Stickoxid-Speicherkatalysators maßgeblich von den Betriebskilometern des Stickoxid-Speicherkatalysators in einem Kraftwagen und von den Abgastemperaturen der Dieselverbrennungskraftmaschine des Stickoxid-Speicherkatalysators abhängt. Dabei nimmt eine Alterung des Stickoxid-Speicherkatalysators mit steigender Betriebskilometerzahl und steigenden Abgastemperaturen zu. Der gealterte Zustand des Stickoxid-Speicherkatalysators entspricht im Rahmen der Erfindung bei normaler Betriebsweise der Abgasnachbehandlungseinrichtung insbesondere einer Betriebskilometerzahl von über in etwa 200.000 Betriebskilometern des Kraftwagens. Unter den Betriebskilometern des Stickoxid-Speicherkatalysators in einem Kraftwagen soll dabei eine Kilometerzahl oder Kilometerlaufleistung verstanden werden, für welche ein Kraftwagen, in welchen der Stickoxid-Speicherkatalysator eingebaut ist, mit dem in die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung eingebauten Stickoxid-Speicherkatalysator betrieben wurde. Vorteilhaft kann durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Fettaktivierung für Stickoxid-Katalysatoren mit geringerer Alterung für kürzere Zeitspannen und/oder bei weniger fetten Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnissen erfolgen als in einem stärker gealterten Stickoxid-Speicherkatalysator, dadurch sinkt der Kraftstoffverbrauch des Kraftwagens.
  • In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das eingestellte Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnis für die ersten in etwa 10000 Betriebskilometer des Stickoxid-Speicherkatalysators in einem Kraftwagen höchstens für Zeitspannen von weniger als 2 Sekunden unter einen Wert von 0,98 abgesenkt. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit anderen Worten für frische Stickoxid-Speicherkatalysatoren und Stickoxid-Speicherkatalysatoren mit geringen Betriebskilometern im Kraftwagen von bis zu in etwa 10000 Betriebskilometern auf eine Durchführung von Fettaktivierungen verzichtet. Für eine wirksame Fettaktivierung von Stickoxid-Speicherkatalysatoren sind Fettaktivierungszeitspannen von mehr als 2 Sekunden bei Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnissen von weniger als 0,98 notwendig. Durch das erfindungsgemäße Verfahren dieser Ausgestaltung kann der Kraftstoffverbrauch eines Kraftwagens mit der erfindungsgemäßen Dieselverbrennungskraftmaschine und mit der erfindungsgemäßen von Abgas durchströmbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung vorteilhaft nochmals gesenkt werden.
  • In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das eingestellte Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnis für mittlere Betriebskilometer des Stickoxid-Speicherkatalysators im Kraftwagen von bis zu in etwa 50000 höchstens für Zeitspannen von 3 bis 5 Sekunden auf einen Wert zwischen in etwa 0,95 bis 0,98 eingestellt.
  • In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnis auf einen Wert zwischen 0,95 bis 0,98 eingestellt, wenn der Stickoxid-Speicherkatalysator eine Temperatur aufweist, die in einem Temperaturbereich von einschließlich 260 Grad Celsius bis einschließlich 340 Grad Celsius liegt.
  • 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 Darstellung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Dieselverbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit einem Stickoxid-Speicherkatalysator, welcher zumindest Cerium als Speichermaterial zum Speichern von Stickoxiden aufweist;
  • 2 ein Diagramm zum Veranschaulichen der Abhängigkeit einer Fettaktivierung von der Temperatur des Stickoxid-Speicherkatalysators;
  • 3 Diagramme zur Veranschaulichung der Abhängigkeit einer CO-Aktivität des Stickoxid-Speicherkatalysators von Fettsprungwerten beziehungsweise Fettsprungdauern;
  • 4 eine schematische Darstellung von Modellen zum Durchführen eines Verfahrens zum Betreiben der Abgasnachbehandlungseinrichtung;
  • 5 ein Diagramm zum Veranschaulichen der Abhängigkeit einer Fettaktivierung von der Temperatur des Stickoxid-Speicherkatalysators in neuem und gealtertem Zustand; und in
  • 6 Diagramme zur Veranschaulichung von Werten und Dauern von Fettsprüngen über den Alterungszustand des Stickoxid-Speicherkatalysators.
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine von Abgas durchströmbare Abgasanlage einer Dieselverbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens. Der Kraftwagen ist mittels der Dieselverbrennungskraftmaschine antreibbar, wobei die Dieselverbrennungskraftmaschine beispielsweise als Hubkolben-Dieselverbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Dieselverbrennungskraftmaschine als Dieselmotor ausgebildet und umfasst wenigstens einen Brennraum insbesondere in Form eines Zylinders. Ferner weist die Dieselverbrennungskraftmaschine einen Hubraum beziehungsweise ein Hubvolumen auf, welcher beziehungsweise welches durch den Zylinder, insbesondere alle Zylinder, der Dieselverbrennungskraftmaschine gebildet ist. Dem Brennraum werden Luft und Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff wie beispielsweise Dieselkraftstoff, zugeführt, so dass im Brennraum ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird. Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch wird verbrannt, woraus Abgas der Dieselverbrennungskraftmaschine resultiert. Mittels der Abgasanlage, welche auch als Abgastrakt bezeichnet wird, wird das Abgas aus dem Brennraum abgeführt, so dass die Abgasanlage und somit die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 von dem Abgas durchströmt werden. Die Strömung des Abgases durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 ist in 1 durch einen Richtungspfeil 12 veranschaulicht, wobei der Richtungspfeil 12 auch die Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 veranschaulicht.
  • Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 umfasst einen Stickoxid-Speicherkatalysator 14, welcher ein beispielsweise von dem Abgas durchströmbares Katalysatorvolumen, welches auch als Volumen bezeichnet wird, aufweist und auch als NOx-Speicherkatalysator oder NSK bezeichnet wird. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 umfasst ferner einen Partikelfilter 16, welcher – da die Dieselverbrennungskraftmaschine beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet ist – beispielsweise als Dieselpartikelfilter DPF ausgebildet ist. Der Partikelfilter 16 weist dabei eine SCR-katalytische Beschichtung auf, so dass mittels des Partikelfilters 16 die selektive katalytische Reduktion (SCR) zum Entsticken des Abgases unterstützt wird. Da der Partikelfilter 16 die SCR-Beschichtung aufweist, wird der als Dieselpartikelfilter ausgebildete Partikelfilter 16 auch mit SDPF bezeichnet. Darüber hinaus umfasst die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 einen SCR-Katalysator 18. Aus 1 ist erkennbar, dass der Partikelfilter 16 bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 angeordnet ist, wobei der SCR-Katalysator 18 stromab des Partikelfilters 16 angeordnet ist. Der SCR-Katalysator 18 wird auch als SCR bezeichnet.
  • In Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 ist zwischen dem Stickoxid-Speicherkatalysator 14 und dem Partikelfilter 16 eine Dosiereinrichtung 20 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 angeordnet. Mittels der Dosiereinrichtung 20 wird ein Reduktionsmittel insbesondere in Form einer wässrigen Harnstofflösung (HWL) in das Abgas eindosiert. Das in das Abgas eindosierte Reduktionsmittel wird im Rahmen der SCR genutzt, um das Abgas zu entsticken. Unter dem Entsticken ist zu verstehen, dass im Abgas enthaltene Stickoxide (NOx) zumindest verringert werden, indem die Stickoxide im chemischen Sinne reduziert werden. Im fertig hergestellten Zustand des Kraftwagens ist die Dosiereinrichtung 20 beispielsweise mit einem Tank fluidisch verbunden, wobei in dem Tank das Reduktionsmittel aufgenommen ist. Das Reduktionsmittel kann somit von dem Tank zur Dosiereinrichtung 20 geführt und schließlich mittels der Dosiereinrichtung 20 in das Abgas eindosiert werden.
  • Aus 1 ist ferner erkennbar, dass das Abgas stromauf des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 eine Temperatur T4 aufweist, wobei das Abgas stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 und stromauf des Partikelfilters 16, insbesondere stromauf der Dosiereinrichtung 20, eine Temperatur T5 aufweist.
  • Herkömmliche Stickoxid-Speicherkatalysatoren weisen zum einen den Nachteil auf, dass sie eine große Stickoxid-Speichermenge beziehungsweise eine große Stickoxid-Speicherkapazität im Bereich hoher Temperaturen aufweisen. Unter der Stickoxid-Speicherkapazität ist die Menge an Stickoxiden zu verstehen, die in den Stickoxid-Speicherkatalysatoren gespeichert werden kann. Herkömmliche Stickoxid-Speicherkatalysatoren weisen ihre maximale Stickoxid-Speicherkapazität bei sehr hohen Temperaturen auf. Ein weiterer Nachteil von herkömmlichen Stickoxid-Speicherkatalysatoren ist, dass sie hohe Entschwefelungstemperaturen aufweisen. Mit anderen Worten sind sehr hohe Temperaturen des Abgases erforderlich, um Schwefel, welcher unerwünschterweise in den Stickoxid-Speicherkatalysator eingespeichert ist, aus dem Stickoxid-Speicherkatalysator zu entfernen. Dieses Entfernen von Schwefel wird auch als Entschwefeln, Regenerieren oder DeSOx bezeichnet.
  • Vor diesem Hintergrund weisen neuartige NSK-Systeme mit Tieftemperaturspeicherkomponenten die Vorteile auf, dass sie durch Fettsprünge, welche auch als Fettaktivierungen bezeichnet werden, aktivierbar sind sowie gegebenenfalls bei gegenüber herkömmlichen Stickoxid-Speicherkatalysatoren tiefen Temperaturen Stickoxide speichern können. Die Aktivierung durch Fettsprünge wird auch als Fettaktivierung oder Fettaktivierbarkeit bezeichnet. Durch einen solchen Fettsprung wird das Abgas mit reduzierenden beziehungsweise reduzierend wirkenden Bestandteilen, insbesondere CO (Kohlenmonoxid) und HC (unverbrannte Kohlenwasserstoffe), angereichert. Ein solcher Fettsprung wird beispielsweise durch wenigstens eine motorische Kraftstoffnacheinspritzung und/oder durch eine Sekundär-Einspritzung von Kraftstoff in das Abgas erreicht. Unter der motorischen Kraftstoffnacheinspritzung ist eine späte Einspritzung von Kraftstoff, insbesondere direkt, in den Brennraum zu verstehen. Unter der Sekundär-Einspritzung ist zu verstehen, dass Kraftstoff, insbesondere an einer stromab des Brennraums angeordneten und/oder insbesondere stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 angeordneten Stelle, direkt in das Abgas eingespritzt wird. Unter der durch einen Fettsprung bewirkbaren Aktivierung ist beispielsweise zu verstehen, dass durch diese Aktivierung die Aktivität hinsichtlich der Oxidation beziehungsweise Konversion von CO und HC erhöht werden kann.
  • Um die Nachteile von herkömmlichen Stickoxid-Speicherkatalysatoren zu überwinden und die Vorteile eines Dieseloxidationskatalysators beziehungsweise Oxidationskatalysators zu erhalten, ist der Stickoxid-Speicherkatalysator 14 als NOx-Speicher-/Oxidations-Katalysator und somit zum Oxidieren von im Abgas enthaltenem CO und HC ausgebildet. Im Folgenden werden Eigenschaften, Merkmale und Beschaffenheit des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 näher beschrieben. Ferner wird im Folgenden eine Betriebsstrategie beschrieben, um den Kraftstoffverbrauch der Dieselverbrennungskraftmaschine sowie die Emissionen besonders gering zu halten.
  • Um dabei die Schadstoffemissionen und den Kraftstoffverbrauch der Dieselverbrennungskraftmaschine besonders gering halten zu können, weist der Stickoxid-Speicherkatalysator Oxide aus seltenen Erden als Speichermaterial zum Speichern von Stickoxiden auf, wobei das Verhältnis des Katalysatorvolumens des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 zum Hubvolumen der Dieselverbrennungskraftmaschine in einem Bereich von einschließlich 0,3 bis 2, insbesondere in einem Bereich zwischen 0,5 und 1,25 liegt.
  • In den Stickoxid-Speicherkatalysator 14 können Stickoxide beziehungsweise hohe Mengen an Stickoxiden in einem bestimmten Temperaturfenster beziehungsweise Temperaturbereich eingespeichert werden. Mit anderen Worten weist der Stickoxid-Speicherkatalysator 14 seine höchste Stickoxid-Speicherkapazität in einem Temperaturbereich auf, dessen Minimalwert in einem Bereich von einschließlich 60 Grad Celsius bis einschließlich 80 Grad Celsius und dessen Maximalwert in einem Bereich von einschließlich 220 Grad Celsius bis einschließlich 250 Grad Celsius liegt. Oberhalb dieses Maximalwerts soll idealerweise keine Stickoxid-Speicherung in dem Stickoxid-Speicherkatalysator erfolgen. Bevorzugt erfolgt oberhalb des Maximalwerts eine nur sehr geringe Stickoxid-Speicherung in dem Stickoxid-Speicherkatalysator 14, insbesondere bezogen auf den ersten beziehungsweise erstgenannten Temperaturbereich.
  • Erreicht werden kann dies durch den Einsatz von typischen NOx-Tieftemperaturspeichermaterialien, wie zum Beispiel Ce sowie die Reduzierung oder den Verzicht auf typische NOx-Hochtemperaturspeichermaterialien wie zum Beispiel Ba oder K. Mit anderen Worten ist der Stickoxid-Speicherkatalysator 14 vorzugsweise zumindest weitgehend frei von Alkali- und Erdalkaliverbindungen.
  • Durch den Einsatz und gleichzeitigen Verzicht dieser bestimmten Speichermaterialien können vor allem eine gute Fettaktivierbarkeit (vor allem durch Ce-, Al- oder andere Seltene Erden-Verbindungen), die sich positiv auf den CO- und HC-Umsatz des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 auswirkt, und eine sehr gute Entschwefelbarkeit (vor allem durch Verzicht auf Ba oder K) erreicht werden. Die maximale, temperaturabhängige Stickoxid-Speichermenge des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 liegt im thermisch gealterten Zustand, welcher bei normaler Betriebsweise der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 in etwa einer Betriebskilometerzahl von circa 200.000 Kilometern des Kraftwagens entspricht, typischerweise zwischen 300 und 1000 mg/l Katalysatorvolumen, idealerweise zwischen 400 und 600 mg/l Katalysatorvolumen. Diese maximale Stickoxid-Speichermenge, das heißt die höchste Stickoxid-Speicherkapazität, welche deutlich unter dem Wert eines herkömmlichen Stickoxid-Speicherkatalysators liegt, ist zusammen mit der Wahl der Speichermaterialien und dem definierten Temperaturfenster zur Stickoxid-Speicherung wichtig für die Funktion des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 (NOx-Speicher-/Oxidations-Katalysator). Zum einen wird durch die Begrenzung der eingespeicherten Stickoxid-Menge deren negativer Einfluss auf das CO- und HC-Umsatzverhalten bei tiefen Temperaturen begrenzt sowie die für das nachfolgende SCR-System sehr wichtige NO2-Bildung erhöht, da nur eine geringe Menge des gebildeten NO2 auf dem Katalysator (Stickoxid-Speicherkatalysator 14) eingespeichert wird (bis der Stickoxid-Speicherkatalysator 14 voll ist) und der Stickoxid-Speicherkatalysator 14 somit früher einen NO2-Durchbruch zeigt (im Vergleich zu einem herkömmlichen Stickoxid-Speicherkatalysator).
  • Zum anderen wird durch die Lage des Temperaturfensters beziehungsweise des genannten Temperaturbereichs und der gleichzeitig niedrigen, einspeicherbaren Stickoxid-Maximalmenge bei der thermischen Desorption der Stickoxide ab 250 Grad Celsius ein Überfahren, das heißt ein nicht verarbeitbares Überangebot an Stickoxiden, für den darauffolgenden SDPF oder SCR-Katalysator 18 verhindert, so dass sich bei thermischer Desorption der gesamten gespeicherten Stickoxid-Menge die sogenannte NOx-End-Of-Pipe-Emission (EoP) der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 nicht erhöht. Das zuvor genannte SCR-System umfasst sowohl den Partikelfilter 16 als auch den SCR-Katalysator 18, da beide die selektive katalytische Reduktion katalytisch unterstützen.
  • Durch den Einsatz des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 (NOx-Speicher-/Oxidations-Katalysator) ist daher eine periodisch stattfindende Fett-Regeneration zum Stickoxidumsatz nicht erforderlich, wodurch kein zusätzlicher Kraftstoffverbrauch entsteht. Unter einer solchen Fett-Regeneration kann der zuvor beschriebene Fettsprung verstanden werden. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10, insbesondere der Stickoxid-Speicherkatalysator 14, kann somit im gesamten Temperaturbereich passiv, das heißt ohne aktive Fett-Regeneration betrieben werden. Diese wird somit ausschließlich zur Fettaktivierung des Systems und somit zur Verbesserung der CO- und HC-Performance bei tiefen Temperaturen eingesetzt und stellt keine Maßnahme zum Stickoxidumsatz dar. Unter der CO- und HC-Performance ist die zuvor beschriebene CO- und HC-Aktivität zu verstehen.
  • Die Entleerung des Stickoxid-Speicherkatalysators 14, insbesondere dessen Stickoxid-Speichers, erfolgt rein thermisch, wobei dieses Entleeren auch als Desorption der in dem Stickoxid-Speicherkatalysator 14 gespeicherten Stickoxide bezeichnet wird. Dabei werden die desorbierenden Stickoxide im direkt nachgeschalteten SCR-System aufgrund des günstigen Temperaturbereichs des Stickoxid-Speicherfensters (Maximalwert in einem Bereich von einschließlich 220 Grad Celsius bis einschließlich 250 Grad Celsius) und der niedrigen maximalen Speichermenge (maximal 1000 mg/l Katalysatorvolumen) vollständig umgesetzt. Der zuvor genannte Maximalwert des Temperaturbereichs wird auch als Tmax bezeichnet, wobei der zuvor genannte Minimalwert des Temperaturbereichs auch als Tmin bezeichnet wird.
  • Im Folgenden werden Auslegungskriterien des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 beschrieben: Ein Auslegungskriterium ist der Minimalwert Tmin, welcher in einem Bereich von einschließlich 60 Grad Celsius bis einschließlich 80 Grad Celsius liegt. Ein weiteres Auslegungskriterium ist der Maximalwert Tmax, welcher in einem Bereich von einschließlich 220 Grad Celsius bis einschließlich 250 Grad Celsius liegt. Ein weiteres Auslegungskriterium ist das Tieftemperaturspeichermaterial, wobei es sich um Ce-, Al-, Zr- und andere Seltene Erden-Verbindungen handeln kann. Ein weiteres Auslegungskriterium ist das Hochtemperaturspeichermaterial, auf das verzichtet wird oder von welchem nur geringe Mengen eingesetzt werden. Bei solchen Hochtemperaturspeichermaterial handelt es sich beispielsweise um Ba, K oder andere typische Hochtemperaturspeichermaterialien. Die maximale Stickoxid-Speichermenge, insbesondere bei einer Betriebskilometerzahl von 200.000 Kilometern, liegt vorzugsweise in einem Bereich von einschließlich 300 bis einschließlich 1000 mg/l Katalysatorvolumen, vorzugsweise in einem Bereich von einschließlich 400 bis einschließlich 600 mg/l Katalysatorvolumen.
  • Im Folgenden wird die zuvor genannte Betriebsstrategie beschrieben, welche eine alterungsabhängige Betriebsstrategie ist und im Rahmen eines Verfahrens zum Betreiben der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 zum Einsatz kommt. Mittels der Betriebsstrategie wird die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 betrieben. Dabei kann eine Abgasrückführung (AGR), insbesondere eine Mehrwege-AGR, vorgesehen sein, wobei eine solche Mehrwege-AGR eine Hochdruck- und eine Niederdruckabgasrückführung umfassen kann.
  • Wie vor dem Hintergrund der vorigen Ausführungen deutlich wird, kommt zum Betrieb der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 die im folgenden beschriebene Betriebsstrategie zum Einsatz, da ein Fettsprung bei der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 nicht zur Stickoxid-Regeneration, sondern zur Fettaktivierung der CO- und HC-Aktivität, insbesondere des Stickoxid-Speicherkatalysators 14, durchgeführt wird. Für diese Betriebsstrategie spielt die Temperatur, bei welcher der Fettsprung durchgeführt wird, eine wichtige Rolle, wie aus 2 erkennbar ist. 2 zeigt ein Diagramm, auf dessen Abszisse 22 die Temperatur des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 aufgetragen ist, bei welcher der Stickoxid-Speicherkatalysator aktiviert wird, wobei diese Temperatur des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 auch als Katalysatortemperatur bezeichnet wird. Die Katalysatortemperatur ist in der Einheit Grad Celsius [°C] aufgetragen. Diese Temperatur wird auch als Aktivierungstemperatur bezeichnet.
  • Diese Katalysatortemperatur oder Aktivierungstemperatur ist die Temperatur, bei welcher der Stickoxid-Speicherkatalysator 14 aktiviert wird. Auf der Ordinate 24 ist stellvertretend für die CO- und HC-Aktivität die CO-Aktivität aufgetragen. An einer Stelle 26 des Diagramms ist der Stickoxid-Speicherkatalysator 14 maximal deaktiviert. Dies bedeutet, dass dort die CO- und HC-Aktivität am niedrigsten ist. Mit anderen Worten erfolgt dann bei einem gewissen Temperaturniveau nur noch eine geringe, durch den Stickoxid-Speicherkatalysator 14 bewirkte Oxidation von CO und HC. An einer Stelle 28 ist der Stickoxid-Speicherkatalysator 14 maximal aktiviert. An der Stelle 28 weist der Stickoxid-Speicherkatalysator 14 seine maximale Fähigkeit bei einem gewissen Temperaturniveau auf, CO und HC zu oxidieren. In das in 2 gezeigte Diagramm ist ein Verlauf 29 eingetragen, welcher die HC-Aktivität des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 in Abhängigkeit von der Aktivierungstemperatur veranschaulicht. Aus 2 ist erkennbar, dass sich nur in einem bestimmten Temperaturbereich sich eine sehr gute CO-Aktivität durch den Fettsprung ergibt, bei zu niedriger oder zu hoher Katalysatortemperatur beim Fettsprung fällt die Aktivierung schlechter aus, das heißt die CO- und HC-Aktivität wird nicht in ausreichendem Maße gesteigert, insbesondere im Vergleich zum deaktivierten Zustand.
  • Neben der Katalysatortemperatur haben das beim Fettsprung eingestellte Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnis λ sowie die Dauer des durchgeführten Fettsprungs einen großen Einfluss auf die resultierende CO- und HC-Aktivität, was aus 3 erkannt werden kann. 3 zeigt ein Diagramm 30, auf dessen Abszisse 32 das Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnis λ bei dem Fettsprung, das heißt das sogenannte Fettsprung-Lambda aufgetragen ist. Auf der Ordinate 34 ist die CO-Aktivität stellvertretend für die CO- und HC-Aktivität aufgetragen. In das Diagramm 30 ist ein Verlauf 35 eingetragen, welcher die CO-Aktivität in Abhängigkeit von dem Fettsprung-Lambda veranschaulicht. Ferner zeigt 3 ein Diagramm 36, auf dessen Abszisse 38 die Dauer des Fettsprungs, das heißt die sogenannte Fettsprungdauer aufgetragen ist, während auf der Ordinate 40 die CO-Aktivität aufgetragen ist. In das Diagramm 37 ist ein Verlauf 41 eingetragen, welcher die CO-Aktivität in Abhängigkeit von der Fettsprungdauer veranschaulicht.
  • Der Aktivitätszustand, der sich aus der Fettaktivierung ergibt, hält dabei nur eine gewisse Zeit an. Mit zunehmender Betriebsdauer bei hohen Temperaturen findet solange eine Deaktivierung des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 statt, bis der Stickoxid-Speicherkatalysator 14 seinen vollständig deaktivierten Ausgangszustand (Stelle 26) wieder erreicht hat. Um stets eine ausreichend hohe CO- und HC-Aktivität zu gewährleisten, wird daher in gewissen zeitlichen Abständen eine Fettaktivierung durchgeführt.
  • Hierzu wird ein aus 4 erkennbares Modell in einer Recheneinrichtung, insbesondere einem Steuergerät, zum Betreiben der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 und der Dieselverbrennungskraftmaschine hinterlegt, wobei dieses Modell anhand eines CO-/HC-Aktivitätsfaktors, der sich zwischen einschließlich 0 und einschließlich 1 bewegt, eine Fettaktivierung auslöst, sobald diese benötigt wird. Der CO-/HC-Aktivitätsfaktor wird der Einfachheit wegen auch als Aktivitätsfaktor bezeichnet und kann Werte in einem Bereich von einschließlich 0 bis einschließlich 1 annehmen. Der Wert 0 charakterisiert dabei den vollständig deaktivierten Zustand des Stickoxid-Speicherkatalysators 14, welcher in dem Diagramm gemäß 2 an der Stelle 26 vorliegt. Der Wert 1 des Aktivitätsfaktors charakterisiert den maximal aktivierten Zustand, welcher in dem Diagramm gemäß 2 an der Stelle 28 vorliegt.
  • In 4 veranschaulicht ein Block 56 die Berechnung der mittleren Katalysatortemperatur des Stickoxid-Speicherkatalysators 14. Dieser Berechnung werden folgende Eingangsgrößen 58 zugeführt: Die Temperatur T4 des Abgases stromauf des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 in der Einheit Grad Celsius, die Temperatur T5 stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 in der Einheit Grad Celsius und der Abgasmassenstrom in der Einheit Kilogramm pro Stunde.
  • Um die Fettaktivierung auszulösen, sobald diese benötigt wird, wird ein erster Schwellenwert in dem Steuergerät hinterlegt. Der erste Schwellenwert liegt typischerweise in einem Bereich von 0,2 bis einschließlich 0,3. Die thermische Deaktivierung und somit die Erniedrigung des aktuellen Aktivitätsfaktors des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 wird über ein Deaktivierungsmodell 60 bestimmt. Die wichtigste Eingangsgröße hierfür ist eine mittlere Katalysatortemperatur (TKat), welche über die Temperaturen T4 und T5 sowie über den Abgasmassenstrom im Stickoxid-Speicherkatalysator 14 berechnet wird. In 4 ist erkennbar, dass die mittlere Katalysatortemperatur eine Ausgangsgröße des Blocks 56 ist, wobei die mittlere Katalysatortemperatur als Eingangsgröße dem Deaktivierungsmodell 60 zugeführt wird.
  • Ebenfalls werden im Deaktivierungsmodell 60 Vergiftungseinflüsse durch die Stickoxid-, Schwefel-, und HC-Beladung des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 berücksichtigt, welche im Steuergerät an anderer Stelle berechnet werden. Anhand der Verschlechterung der aktuellen CO- und HC-Aktivität durch diese Vergiftungseinflüsse kann unabhängig von der thermischen Deaktivierung des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 eine Entschwefelung (DeSOx) oder eine thermische Entgiftungsmaßnahme angefordert werden. Im Rahmen der thermischen Entgiftungsmaßnahme erfolgt eine Temperaturanhebung über ein Sonderbrennverfahren. Das Sonderbrennverfahren wird beispielsweise durch wenigstens eine späte, nicht im Brennraum umgesetzte, Kraftstoffnacheinspritzung durchgeführt. Eine Freigabetemperatur für diese späte Kraftstoffnacheinspritzung des Sonderbrennverfahrens, welche direkt auf dem Stickoxid-Speicherkatalysator 14 zu einer Erhöhung der Abgastemperatur führt, wird ebenfalls in Abhängigkeit von dem Aktivitätsfaktor angepasst, da bei geringer HC-Aktivität die Kohlenwasserstoffe nicht auf dem Stickoxid-Speicherkatalysator 14 umgesetzt werden können. Diese Freigabetemperatur liegt in Abhängigkeit von dem Aktivitätsfaktor typischerweise zwischen TKat = 150 Grad Celsius und 250 Grad Celsius.
  • Ferner werden dem Deaktivierungsmodell 60 folgende Eingangsgrößen 62 zugeführt: Alterungsfaktor, NOx-Beladung des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 in der Einheit Gramm pro Liter Volumen des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 [g/l], Schwefel-Beladung des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 in der Einheit Gramm pro Liter Volumen des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 und HC-Beladung des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 in der Einheit Gramm pro Liter Volumen des Stickoxid-Speicherkatalysators 14.
  • Neben dem Deaktivierungsmodell 60, welches die Verringerung des Aktivitätsfaktors durch die thermische Deaktivierung abbildet, wird der Aktivitätsrückgewinn (Wert zwischen 0 und 1) durch einen Fettsprung in einem Aktivierungsmodell 64 berechnet. Typische Eingangsgrößen 66 für dieses Aktivierungsmodell 64 sind: die mittlere Katalysatortemperatur, die Tiefe des Fettsprungs, das heißt das Fettsprung-Lambda, die Fettsprungdauer in der Einheit Sekunden [s], der Abgasmassenstrom im Stickoxid-Speicherkatalysator 14 in der Einheit Kilogramm pro Stunde [kg/h] sowie das Verhältnis zwischen CO, H2 und Kohlenwasserstoff in dem Abgas während des Fettsprungs, welches im Steuergerät in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebspunkt (Drehzahl, Last) als Kennfeld hinterlegt wird. Unter der Tiefe des Fettsprungs ist der Wert des Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnisses λ im Fettbetrieb zu verstehen.
  • 4 stellt somit eine Übersicht der Ein- und Ausgangsgrößen und die logische Verknüpfung des im Steuergerät hinterlegten Aktivitätsmodells dar. Da die Aktivierung, wie in 2 gezeigt ist, sehr stark von der Katalysatortemperatur abhängt, wird der zur Aktivierung erforderliche Fettsprung nur in einem bestimmten Temperaturfenster ausgelöst, um eine hohe Aktivierung zu erreichen. Bevorzugt ist das Temperaturfenster ein Temperaturbereich, dessen Minimalwert in einem Bereich von einschließlich 240 Grad Celsius bis einschließlich 280 Grad Celsius und dessen Maximalwert in einem Bereich von einschließlich 320 Grad Celsius bis einschließlich 340 Grad Celsius liegt.
  • Idealerweise wird die Fettaktivierung bereits beim Unterschreiten eines zweiten, höheren Schwellenwerts, der typischerweise zwischen 0,3 und 0,4 liegt, vorzeitig ausgelöst, wenn sich die Katalysatortemperatur innerhalb eines idealen Temperaturfensters befindet.
  • Bevorzugt ist dies ein Temperaturbereich, dessen Minimalwert in einem Bereich von einschließlich 280 Grad Celsius bis einschließlich 300 Grad Celsius und dessen Maximalwert in einem Bereich von einschließlich 310 Grad Celsius bis einschließlich 330 Grad Celsius liegt. Somit kann ein Maximalaktivitätsrückgewinn mit Hilfe eines Fettsprungs erreicht werden und damit ein zu häufiges Auslösen der Fettaktivierung vermieden werden. Im Folgenden wird ein Überblick über die unterschiedlichen Schwellenwerte, welche auch als Aktivitätsschwellenwerte bezeichnet werden, sowie die zugehörigen Temperaturfenster, in denen die Fettaktivierung ausgelöst wird, bereitgestellt:
    Schwellenwert Aktivitätsfaktor [-] TKat, min [°C] TKat, max [°C]
    Erster Schwellwert (Fettaktivierung dringend erforderlich) 0,2–0,3 240–280 320–340
    Zweiter Schwellwert (vorzeitige Fettaktivierung aufgrund idealer Aktivierungsbedingungen) 0,3–0,4 280–300 310–330
  • In der Steuergerätemodellierung wird zusätzlich die Alterung des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 über einen Alterungsfaktor mitberücksichtigt. Dieser Alterungsfaktor ist in 4 durch einen Block 68 veranschaulicht, wird auch als CO-/HC-Aktivitätsfaktor bezeichnet, liegt beispielsweise in einem Bereich von einschließlich 0 bis einschließlich 1 und wird maßgeblich über die Abgastemperaturen und die Laufzeit der Dieselverbrennungskraftmaschine an einer anderen Stelle im Steuergerät berechnet. In Abhängigkeit von dem Alterungsfaktor ändern sich sowohl die Berechnung der durch den Fettsprung zurückgewonnenen Aktivität als auch die Berechnung der Aktivitätsverschlechterung durch thermische Aktivierung (Deaktivierungsmodell). Die in der obigen Tabelle dargestellten Schwellenwerte und Temperaturfenster für die Auslösung der Fettaktivierung, sowie die gesamte oben beschriebene Betriebsstrategie hängen ebenfalls vom Alterungsfaktor des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 ab. In 4 sind Ausgangsgrößen 70 des Blocks 68 und somit des Modells insgesamt veranschaulicht. Diese Ausgangsgrößen 70 sind: die Auslösung der Fettaktivierung, die Auslösung der Entschwefelung (DeSOx) und die Auslösung der Entgiftung.
  • 5 zeigt die Abhängigkeit der Fettaktivierung von der Katalysatortemperatur im neuen beziehungsweise frischen und gealterten Zustand (200.000 Kilometer Laufleistung oder Betriebskilometer des Kraftwagens) des Stickoxid-Speicherkatalysators 14. Dies bedeutet, dass 5 ein Diagramm zeigt, auf dessen Abszisse 42 die Aktivierungstemperatur in der Einheit Grad Celsius aufgetragen ist, wobei auf der Ordinate 44 die CO-Aktivität aufgetragen ist. Ein Verlauf 46 charakterisiert den gealterten Stickoxid-Speicherkatalysator beispielsweise bei einer Laufleistung von 200.000 Kilometern, wobei ein Verlauf 48 den neuen beziehungsweise frischen Stickoxid-Speicherkatalysator charakterisiert. Während der Stickoxid-Speicherkatalysator im gealterten Zustand in einem gewissen Temperaturfenster eine hohe Aktivierbarkeit bezüglich der CO- und HC-Umsetzung aufweist, ist im Neu-beziehungsweise Frischzustand nur ein sehr geringer Aktivierungseffekt erkennbar. Die in 3 dargestellte Abhängigkeit der CO-Aktivität von der Dauer und der Tiefe des Fettsprungs lässt sich ebenfalls nicht auf den Frischzustand des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 übertragen, denn auch hier ist durch einen tieferen beziehungsweise längeren Fettsprung keine merkliche Zunahme der CO- und HC-Aktivität zu verzeichnen.
  • Da die Edelmetallsinterung, welche den hauptsächlichen Alterungsmechanismus bei der katalytischen Abgasnachbehandlung darstellt, im Frischzustand noch nicht eingesetzt hat, liegt die Aktivität des frischen Stickoxid-Speicherkatalysators 14 trotz niedrigerer Aktivierbarkeit auf ähnlichem Niveau wie der gealterte Katalysator mit optimaler Aktivierung (Fettaktivierung bei optimaler Temperatur). Daher wird die oben beschriebene Betriebsstrategie des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 dahingehend angepasst, dass das CO- und HC-Aktivitätsniveau des Frischzustandes über die Gesamtlaufzeit des Katalysators erhalten wird.
  • Im Frischzustand des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 wird somit komplett auf die Fettaktivierung des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 verzichtet, da diese im Frischzustand nicht notwendig ist und zu keiner weiteren Verbesserung der Katalysator-Performance führt. Erst ab einem bestimmten, im Steuergerät hinterlegten Alterungsfaktor wird eine regelmäßige Fettaktivierung des Stickoxid-Speicherkatalysators mit einem Fettsprung-Lambda, welcher typischerweise zwischen λ = 0,98 und λ = 0,95 liegt und einer Fettsprungdauer, welche typischerweise zwischen 3 Sekunden und 5 Sekunden liegt, durchgeführt. Mit zunehmender Alterung des Katalysators (Stickoxid-Speicherkatalysator 14) erhöht sich sowohl die Tiefe des Fettsprungs (λ) als auch die Dauer des Fettsprungs bis zu einem gewissen Endniveau, welches typischerweise zwischen λ = 0,88 und λ = 0,92 und bei 10 Sekunden bis 15 Sekunden Fettsprungdauer liegt, was besonders gut aus 6 erkennbar ist. 6 zeigt Diagramme, auf deren jeweiliger Abszisse 50 der Alterungszustand des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 aufgetragen ist.
  • Eine Stelle 51 charakterisiert den frischen beziehungsweise neuen Stickoxid-Katalysator 14, wobei eine Stelle 53 eine Laufleistung von 200.000 Kilometern des Stickoxid-Katalysators 14 angibt. Auf der Ordinate 52 ist der Lambda-Fettsprung, das heißt das λ aufgetragen, während auf der Ordinate 54 die Dauer des Fettsprungs, das heißt die Fettsprungdauer in der Einheit Sekunde [s] aufgetragen ist. Ein Verlauf 55 veranschaulicht somit den Lambda-Fettsprung in Abhängigkeit von dem Alterungszustand. Ferner veranschaulicht ein Verlauf 59 die Fettsprungdauer in Abhängigkeit von dem Alterungszustand, wobei in einem jeweiligen Bereich 57 keine Fettaktivierung erfolgt.
  • Zusätzlich kann der Stickoxid-Speicherkatalysator auch über ein alternatives Betriebskonzept zur Verbesserung der Stickoxid-Konversion bei tiefen Temperaturen eingesetzt werden. Im Falle, dass der Tank zum Speichern des Reduktionsmittels leer ist, wird der Fahrer des Kraftwagens aufgefordert, Reduktionsmittel nachzutanken oder der Kraftwagen wird nach einer definierten Anzahl nach möglichen Wiederstartvorgängen stillgelegt. Durch die Möglichkeit, die Stickoxid-Emissionsergebnisse auch durch eine aktive Betriebsweise des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 zu verbessern, kann auf die Stilllegung des Kraftwagens verzichtet werden. Für diesen Betriebsmodus muss neben der auf eine hohe Stickoxid-Konversion ausgelegten Fettstrategie auch eine deutliche Reduzierung der Stickoxid-Rohemissionen vorgesehen werden. Die Fettsprünge können dabei auch dahingehend angepasst werden, um eine maximale NH3-Ausbeute (Ammoniak-Ausbeute) bei einem Fettsprung zu erzielen. Dennoch kann eine deutliche Leistungsbeschränkung notwendig sein, um das Stickoxid-Rohemssionsniveau weiter abzusenken und das Stickoxid-Speicherfenster des Stickoxid-Speicherkatalysators (TKat < 250 Grad Celsius) nicht zu verlassen.
  • Insgesamt ist aus den vorigen Ausführungen sowie aus den Figuren erkennbar, dass der NOx-Speicher-/Oxidations-Katalysator nur in einem bestimmten Temperaturbereich von kleiner als 250 Grad Celsius Stickoxide einspeichert, was vorteilhaft für die Betriebsstrategie des Gesamtsystems umfassend den Stickoxid-Speicherkatalysator 14 und das SCR-System ist, da der Stickoxid-Speicherkatalysator 14 in diesem System rein passiv betrieben werden soll. Unter dem passiven Betreiben ist zu verstehen, dass keine Fettsprünge zum Stickoxid-Umsatz erforderlich sind beziehungsweise durchgeführt werden. Die maximale Stickoxid-Speichermenge, die höchste Stickoxid-Speicherkapazität wird daher auch auf 300 bis 1000 mg/l Katalysatorvolumen begrenzt, insbesondere bezogen auf den gealterten Zustand. Ebenso werden bestimmte Stickoxid-Speichermaterialien wie zum Beispiel Ce-, Al-, oder andere Seltene Erden-Verbindungen eingesetzt, was eine gute Fettaktivierbarkeit zur Folge hat. Auf Hochtemperaturspeichermaterialien wie zum Bespiel Ba oder K wird weitestgehend verzichtet, um sehr niedrige DeSOx-Temperaturen des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 zu ermöglichen.
  • Die Betriebsstrategie für den Stickoxid-Speicherkatalysator 14 unterscheidet sich dabei grundlegend von der eines herkömmlichen Stickoxid-Speicherkatalysators beziehungsweise eines Dieseloxidationskatalysators. Im Steuergerät wird hierzu die CO- und die HC-Aktivität des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 über einen Aktivitätsfaktor, welcher Werte zwischen einschließlich 0 und einschließlich 1 annehmen kann, abgebildet. Die thermische Deaktivierung, welche zur Aktivitätsverschlechterung führt und hauptsächlich von der Katalysatortemperatur (TKat) abhängt, sowie die Fettaktivierung, die zur Verbesserung der Aktivität beiträgt und hauptsächlich von der Temperatur, der Tiefe und Dauer des Fettsprungs abhängt, sind über ein entsprechendes Modell im Steuergerät integriert und beeinflussen so den CO-/HC-Aktivitätsfaktor.
  • Je nach Wert dieses Aktivitätsfaktors wird bei gleichzeitiger Einhaltung eines gewissen Temperaturfensters regelmäßig eine Fettaktivierung ausgelöst. Hierbei sind mehrere Schwellenwerte beziehungsweise Temperaturbereiche möglich (vorzeitige Fettaktivierung bei idealen Bedingungen). Ebenso kann über den Aktivitätsfaktor eine Entschwefelung (DeSOx) oder thermische Entgiftung (Verringerung der HC-/NOx-Beladung des Stickoxid-Speicherkatalysators 14) angefordert werden, wobei die Freigabe bestimmter Heizmaßnahmen (späte Kraftstoffnacheinspritzung) ebenfalls über den Aktivitätsfaktor gesteuert werden kann.
  • Da sich die Aktivität und Aktivierbarkeit des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 sehr stark über den Alterungszustand ändern, wird die Betriebsstrategie über der Alterung entsprechend angepasst. Die Berechnung der Deaktivierung, der Aktivierung und sämtliche Schwellenwerte und Temperaturbereiche werden an den Alterungszustand des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 über einen Alterungsfaktor angeglichen. Da im Frischzustand keine Fettaktivierung benötigt wird, werden bis zu einer bestimmten Alterungsschwelle keine Fettsprünge durchgeführt, mit zunehmender Alterung aber die Dauer und Tiefe des Fettsprungs angepasst, um eine gleichbleibende CO- und HC-Aktivität über der Alterung des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 zu gewährleisten und gleichzeitig einen unnötigen Kraftstoffmehrverbrauch zu vermeiden.
  • Zusätzlich kann der Stickoxid-Speicherkatalysator 14 auch über ein alternatives Betriebskonzept zur Verbesserung der Stickoxid-Konversion bei tiefen Temperaturen eingesetzt werden, welches im Falle eines leeren Tanks nicht zwangsweise zur Stilllegung des Kraftwagens nach einer definierten Anzahl möglicher Wiederstarts führt. Dies kann durch eine auf hohe Stickoxid-Konversion ausgelegte Fettstrategie bei gleichzeitiger Reduzierung der Stickoxid-Rohemissionen und eventueller Leistungsbeschränkung erreicht werden.
  • Generell kann zusätzlich ein aktiver Betrieb des Stickoxidspeicherkatalysators eingesetzt werden, um Stickoxide umzusetzen wenn die Temperatur des SCR-Systems hierfür noch nicht ausreichend ist beziehungsweise unter diese Temperatur abfällt (TSCR < 200°C).
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Abgasnachbehandlungseinrichtung
    12
    Richtungspfeil
    14
    Stickoxid-Speicherkatalysator
    16
    Partikelfilter
    18
    SCR-Katalysator
    20
    Dosiereinrichtung
    22
    Abszisse
    24
    Ordinate
    26
    Stelle
    28
    Stelle
    29
    Verlauf
    30
    Diagramm
    32
    Abszisse
    34
    Ordinate
    35
    Verlauf
    36
    Diagramm
    38
    Abszisse
    40
    Ordinate
    41
    Verlauf
    42
    Abszisse
    44
    Ordinate
    46
    Verlauf
    48
    Verlauf
    50
    Abszisse
    51
    Stelle
    52
    Ordinate
    53
    Stelle
    54
    Ordinate
    55
    Verlauf
    56
    Block
    57
    Verlauf
    58
    Eingangsgrößen
    59
    Verlauf
    60
    Deaktivierungsmodell
    62
    Eingangsgrößen
    64
    Aktivierungsmodell
    66
    Eingangsgrößen
    68
    Block
    70
    Ausgangsgrößen
    T4
    Temperatur
    T5
    Temperatur
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 9057307 B2 [0002]
    • DE 10308287 A1 [0003]

Claims (9)

  1. Dieselverbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen, mit einer von Abgas der Dieselverbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung (10), wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung wenigstens einen ein Katalysatorvolumen aufweisenden Stickoxid-Speicherkatalysator (14) zum Speichern von Stickoxiden aus dem Abgas, ein bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators (14) angeordneten Partikelfilter (16) und ein stromab des Partikelfilters (16) angeordneten SCR-Katalysator (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermaterial des Stickoxid-Speicherkatalysators (14) aus seltenen Erden-Verbindungen ausgebildet ist.
  2. Dieselverbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen, mit einer von Abgas der Dieselverbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens das Speichermaterial des Stickoxid-Speicherkatalysators (14) höchstens einen geringen Anteil an Hochtemperaturspeichermaterialien wie Barium und Kalium aufweist.
  3. Dieselverbrennungskraftmaschine, mit einer von Abgas der Dieselverbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator seine höchste Stickoxid-Speicherkapazität in einem Temperaturbereich von einschließlich 60 Grad Celsius bis einschließlich 250 Grad Celsius aufweist.
  4. Dieselverbrennungskraftmaschine, mit einer von Abgas der Dieselverbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Stickoxid-Speicherkatalysator eine maximale Stickoxid-Speicherkapazität in einem Neuzustand des Stickoxid-Speicherkatalysators 2000 Milligramm pro Liter Hubvolumen der Dieselverbrennungskraftmaschine beträgt.
  5. Dieselverbrennungskraftmaschine mit einer von Abgas der Dieselverbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (16) eine SCR-katalytische Beschichtung aufweist.
  6. Verfahren für eine Dieselverbrennungskraftmaschine mit einer von Abgas durchströmbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem das in der Dieselverbrennungskraftmaschine eingestellte Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnis sowie die Zeitspanne, für welche eine Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnis-Absenkung vorgenommen wird, in Abhängigkeit von einer Alterung des Stickoxid-Speicherkatalysators eingestellt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das eingestellte Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnis für die ersten in etwa 10000 Betriebskilometer des Stickoxid-Speicherkatalysators in einem Kraftwagen höchstens für Zeitspannen von weniger als 2 Sekunden unter einen Wert von 0,98 abgesenkt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6; Dadurch gekennzeichnet, dass das eingestellte Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnis für mittlere Betriebskilometer des Stickoxid-Speicherkatalysators in einem Kraftwagen von bis zu in etwa 50000 höchstens für Zeitspannen von 3 bis 5 Sekunden auf einen Wert zwischen in etwa 0,95 bis 0,98 eingestellt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnis auf einen Wert zwischen 0,95 bis 0,98 eingestellt wird, wenn der Stickoxid-Speicherkatalysator eine Temperatur aufweist, die in einem Temperaturbereich von einschließlich 260 Grad Celsius bis einschließlich 340 Grad Celsius liegt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018004892A1 (de) 2018-06-20 2019-12-24 Daimler Ag Verfahren zum Entschwefeln eines Stickoxid-Speicherkatalysators

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6604323B2 (ja) * 2016-12-28 2019-11-13 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排ガス浄化システム及び排ガス浄化用触媒の使用方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10040554A1 (de) * 2000-08-15 2002-02-28 Daimler Chrysler Ag Abgasreinigungsanlage mit Partikelfilter und Stickoxidspeicher sowie Betriebsverfahren hierfür
DE10308287A1 (de) 2003-02-26 2004-09-16 Umicore Ag & Co.Kg Abgasreinigungsanlage für die selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden im mageren Abgas von Verbrennungsmotoren und Verfahren zur Abgasreinigung
DE102007035937A1 (de) * 2007-07-31 2009-02-05 Daimler Ag Abgasnachbehandlungsanlage und Verfahren zum Behandeln von Abgas
DE102007060623A1 (de) * 2007-12-15 2009-06-18 Umicore Ag & Co. Kg Entstickung von Dieselmotorenabgasen unter Verwendung eines temperierten Vorkatalysators zur bedarfsgerechten NO2-Bereitstellung
DE102009056698A1 (de) * 2008-12-02 2010-06-24 Ford Global Technologies, LLC, Dearborn SCR-Schadstoffbegrenzungssystem
US20110173950A1 (en) * 2009-04-03 2011-07-21 Basf Catalysts Llc Emissions Treatment System with Ammonia-Generating and SCR Catalysts
DE102014202491A1 (de) * 2013-04-11 2014-10-16 Ford Global Technologies, Llc Diagnose eines Lean-NOx-Trap-Katalysators durch Messung einer Wasserstoffkonzentration
US9057307B2 (en) 2003-01-02 2015-06-16 Daimler Ag Exhaust gas aftertreatment installation and method

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19855090A1 (de) * 1998-11-28 2000-05-31 Volkswagen Ag Verfahren und Vorrichtung zum Verringern schädlicher Abgasbestandteile in einem Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine
DE10130053B4 (de) * 2001-06-21 2013-02-07 Volkswagen Ag Verfahren und Vorrichtung zur Entschwefelung eines NOX-Speicherkatalysators
JP3972864B2 (ja) * 2003-06-04 2007-09-05 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化システム
US7251929B2 (en) * 2005-07-07 2007-08-07 Eaton Corporation Thermal management of hybrid LNT/SCR aftertreatment during desulfation

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10040554A1 (de) * 2000-08-15 2002-02-28 Daimler Chrysler Ag Abgasreinigungsanlage mit Partikelfilter und Stickoxidspeicher sowie Betriebsverfahren hierfür
US9057307B2 (en) 2003-01-02 2015-06-16 Daimler Ag Exhaust gas aftertreatment installation and method
DE10308287A1 (de) 2003-02-26 2004-09-16 Umicore Ag & Co.Kg Abgasreinigungsanlage für die selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden im mageren Abgas von Verbrennungsmotoren und Verfahren zur Abgasreinigung
DE102007035937A1 (de) * 2007-07-31 2009-02-05 Daimler Ag Abgasnachbehandlungsanlage und Verfahren zum Behandeln von Abgas
DE102007060623A1 (de) * 2007-12-15 2009-06-18 Umicore Ag & Co. Kg Entstickung von Dieselmotorenabgasen unter Verwendung eines temperierten Vorkatalysators zur bedarfsgerechten NO2-Bereitstellung
DE102009056698A1 (de) * 2008-12-02 2010-06-24 Ford Global Technologies, LLC, Dearborn SCR-Schadstoffbegrenzungssystem
US20110173950A1 (en) * 2009-04-03 2011-07-21 Basf Catalysts Llc Emissions Treatment System with Ammonia-Generating and SCR Catalysts
DE102014202491A1 (de) * 2013-04-11 2014-10-16 Ford Global Technologies, Llc Diagnose eines Lean-NOx-Trap-Katalysators durch Messung einer Wasserstoffkonzentration

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018004892A1 (de) 2018-06-20 2019-12-24 Daimler Ag Verfahren zum Entschwefeln eines Stickoxid-Speicherkatalysators
WO2019243065A2 (de) 2018-06-20 2019-12-26 Daimler Ag Verfahren zum entschwefeln eines stickoxid-speicherkatalysators
WO2019243065A3 (de) * 2018-06-20 2020-02-20 Daimler Ag Verfahren zum entschwefeln eines stickoxid-speicherkatalysators
CN112368466A (zh) * 2018-06-20 2021-02-12 戴姆勒股份公司 氮氧化物储存催化转化器的脱硫方法
US11286824B2 (en) 2018-06-20 2022-03-29 Daimler Ag Method for desulphurising a nitrogen oxide accumulator catalytic converter
CN112368466B (zh) * 2018-06-20 2022-08-16 戴姆勒股份公司 氮氧化物储存催化转化器的脱硫方法

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