DE102016213322B4 - Duales Katalysator-Heizsystem - Google Patents

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Abstract

System (1) zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, aufweisend einen Abgastrakt (2), in dem mindestens eine erste Katalysatoreinrichtung (3) und eine stromabwärts von der ersten (3) angeordnete zweite Katalysatoreinrichtung (4) sowie eine zwischen den beiden Katalysatoreinrichtungen (3, 4) angeordnete Zuführungseinrichtung (9) für ein Reduktionsmittel angeordnet sind, sowie eine Steuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Heizeinrichtung (7) am stromaufwärtigen Ende (3a) der ersten Katalysatoreinrichtung (3) und eine zweite Heizeinrichtung (8) am stromabwärtigen Ende (3b) der ersten Katalysatoreinrichtung (3) angeordnet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit mindestens zwei im Abgastrakt angeordneten Katalysatoreinrichtungen und mindestens zwei Heizvorrichtungen, insbesondere zur Reduktion von Stickoxiden mittels eines in den Abgasstrom eingebrachten Reduktionsmittels.
  • Niedrige Abgastemperaturen sind eines der Hauptprobleme bei der Nachbehandlung von Dieselabgasen. Die Nachbehandlung dient unter anderem der Reduktion des Gehalts von Abgas an Stickoxiden.
  • In der Druckschrift DE 10 2006 041 135 A1 wird ein Diagnosesystem für eine Brennkraftmaschine beschrieben, wobei stromabwärts der Brennkraftmaschine ein Katalysator vorhanden ist. Der Katalysator weist einen ersten Katalysator-Brick auf, wobei der Brick einen aufgeheizten Teil und einen in großer Nähe zu dem aufgeheizten Teil angeschlossenen Sensor aufweist. Weiterhin passt ein Steuergerät eine Temperatur des aufgeheizten Teils an, um an dem aufgeheizten Teil gespeichertes Reduktionsmittel zu desorbieren, wobei das Steuergerät eine Reduktionsmittelmenge in einem in den Katalysator eindringenden Abgasgemisch anhand einer Reaktion des Sensors auf das desorbierte Reaktionsmittel anpasst. Weiteren Stand der Technik zum Hintergrund der vorliegenden Erfindung bildet die Druckschrift DE 698 30 222 T2 .
  • Stickoxide im Abgas können beispielsweise mittels sogenannter Stickoxidspeicherkatalysatoren (Stickoxid-Magerfalle, lean NOx trap, LNT) während eines Betriebs einer Brennkraftmaschine mit einer mageren Brennstoffmischung temporär gespeichert werden. Daneben erfüllen sie ihre Aufgaben der oxidativen Nachbehandlung von Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC). Zum Speichern der Stickoxide oxidiert der LNT das im mageren Abgas enthaltene Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO2) und speichert es anschließend in Form von Nitraten. Als Adsorptionsmittel, die in die Beschichtung des LNT eingebaut sind, dienen z. B. Barium- und/oder andere Oxide. Moderne LNTs können Stickoxide in einem Temperaturbereich ab etwa 100°C speichern, wobei das Speichern ab einer Temperatur von 200°C, in Abhängigkeit vom Katalysator z. B. im Bereich von 250 - 450°C, am effizientesten ist. Es ist damit eine Mindesttemperatur für die Funktion eines LNT notwendig.
  • Ist die Speicherkapazität des LNT erschöpft, muss der LNT regeneriert werden. Bei einem Regenerationsereignis (Purge) werden für einige Sekunden fette Abgasbedingungen bereitgestellt, z. B. durch ein Betreiben der Brennkraftmaschine mit einem fetten, d. h. unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisch; dabei werden die gespeicherten Stickoxide wieder desorbiert und an katalytisch aktiven Komponenten des LNT mit Hilfe der fetten Abgasbestandteile (CO, HC) zu Stickstoff reduziert. Neben einem nur zur Regeneration bewirkten Purge wird der LNT natürlich auch regeneriert, wenn das Abgas z. B. auf Grund einer Leistungsanforderung der Brennkraftmaschine fetter wird. Aus dem LNT werden Stickoxide in den Abgasstrom freigesetzt, die ebenfalls regeneriert werden müssen.
  • Ein hierfür bekanntes Verfahren ist die sogenannte selektive katalytische Reduktion (selective catalytic reduction, SCR). Bei einer SCR werden Stickoxide an einem Katalysator durch Reaktion mit einem Reduktionsmittel, in der Regel Ammoniak, zu Wasser und Stickstoff reduziert. Der Ammoniak wird herkömmlicherweise in Form einer Harnstofflösung (z. B. AdBlue) in den Abgastrakt vor dem SCR-Katalysator eingeleitet.
  • Wird Harnstofflösung in den Abgastrakt eingeleitet, entsteht durch Thermolyse aus Harnstoff Ammoniak und Isocyansäure und dann durch Hydrolyse aus der Isocyansäure Ammoniak und Kohlendioxid. Für einen optimalen Ablauf einer solchen Reaktionskette sind hinreichend hohe Temperaturen notwendig. Für die Hydrolyse wird idealerweise ein Katalysator bereitgestellt.
  • Auch die SCR ist temperaturabhängig. Unter 150°C findet kaum eine Reaktion statt, während über 220°C eine fast 100%ige Reaktion stattfindet.
  • Weiterhin hängt die Reaktionseffizienz vom Verhältnis der verschiedenen Stickoxide ab. Unter Bedingungen mit niedrigen Abgastemperaturen, z. B. im Stadtverkehr, ist die Umwandlungseffizienz im SCR-Katalysator relativ niedrig. Zum Erhöhen der Temperatur für die SCR kann der SCR-Katalysator weiter stromaufwärts im Abgastrakt angeordnet werden. Auch kann eine SCR-Beschichtung auf einem Dieselpartikelfilter die Temperatur für die SCR hinreichend erhöhen und die Umwandlungseffizienz erhöhen. Herkömmlicherweise sind SCR-Katalysatoren jedoch das zweite oder dritte Element im Abgastrakt, wobei das Abgas zwischen der Brennkraftmaschine und dem SCR-Katalysators Wärmeenergie abgibt.
  • Es besteht die Aufgabe, die Temperaturen im Abgastrakt für eine effiziente Funktion der Katalysatoren zu steuern.
  • Diese Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen gemäß dem Hauptanspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Neben- und Unteransprüchen, der Beschreibung, den Figuren und den Ausführungsbeispielen.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, aufweisend einen Abgastrakt, in dem mindestens eine erste Katalysatoreinrichtung und eine stromabwärts von der ersten angeordnete zweite Katalysatoreinrichtung sowie eine zwischen den beiden Katalysatoreinrichtungen angeordnete Zuführungseinrichtung für ein Reduktionsmittel angeordnet sind, sowie eine Steuereinrichtung, bei dem eine erste Heizeinrichtung am stromaufwärtigen Ende der ersten Katalysatoreinrichtung und eine zweite Heizeinrichtung am stromabwärtigen Ende der ersten Katalysatoreinrichtung davon angeordnet sind.
  • Das System ist vorteilhaft, weil die Temperatur des Abgases in Abhängigkeit von der Betriebssituation erhöht werden kann. Dadurch kann die Funktion der Katalysatoren sofort nach dem Start der Brennkraftmaschine beginnen. Die erste Heizeinrichtung am stromaufwärtigen Ende der ersten Katalysatoreinrichtung dient z. B. vorteilhaft zum Erwärmen eines dort angeordneten Oxidationskatalysators und/oder eines LNT, um diese auf ihre Betriebstemperatur zu bringen. Die zweite Heizeinrichtung am stromabwärtigen Ende der ersten Katalysatoreinrichtung dient vorteilhaft zur Erwärmung des Abgases, um die Betriebstemperatur eines stromabwärts angeordneten SCR-Katalysators bereitzustellen, oder direkt zum Erwärmen eines SCR-Katalysators auf seine Betriebstemperatur, wenn dieser in der ersten Katalysatoreinrichtung angeordnet ist. Weiterhin können beide Heizeinrichtungen vorteilhaft unabhängig voneinander gesteuert werden, wodurch eine Reaktion auf unterschiedliche Temperaturverhältnisse möglich ist und/oder Betriebserfordernisse verschiedener Katalysatoren innerhalb der ersten Katalysatoreinrichtung berücksichtigt werden können.
  • Der Begriff Reduktionsmittel wird in der vorliegenden Anmeldung auch für einen Vorläufer des Reduktionsmittels verwendet, z. B. für Harnstoff bzw. eine wässrige Harnstofflösung, auch wenn das eigentliche Reduktionsmittel Ammoniak ist, das in einer Umwandlungsreaktion aus Harnstoff entsteht. Mit anderen Worten wird das Reduktionsmittel indirekt bereitgestellt.
  • Als Katalysatoreinrichtungen werden technische Einheiten bezeichnet, die mindestens einen Katalysator umfassen. In einer Katalysatoreinrichtung können mehrere Katalysatoren angeordnet sein. Beispielsweise sind Teile der Matrix der Katalysatoreinrichtung mit einer katalytisch aktiven Schicht beschichtet, weshalb in dieser Anmeldung auch der Begriff einer Beschichtung mit einem Katalysator verwendet wird.
  • Stromaufwärtig bedeutet in der zur Strömungsrichtung des Abgases entgegengesetzten Richtung. In Bezug auf einen Katalysator ist das stromaufwärtige Ende der Einlass, in den das Abgas einströmt. Stromabwärtig bedeutet in der Strömungsrichtung des Abgases. In Bezug auf einen Katalysator ist das stromabwärtige Ende der Auslass, aus dem das Abgas ausströmt.
  • Bevorzugt weist die erste Katalysatoreinrichtung einen Stickoxidspeicherkatalysator (LNT) auf. Die LNT dient zur Speicherung von Stickoxiden im Betrieb der Brennkraftmaschine mit einer mageren Brennstoffmischung. Bei einer Freisetzung der gespeicherten Stickoxide im Fettbetrieb werden die Stickoxide freigesetzt und sowohl im LNT als auch im SCR-Katalysator reduziert.
  • Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die erste Heizeinrichtung mit einem Oxidationskatalysator beschichtet ist. An dem Oxidationskatalysator können durch die mittels der ersten Heizeinrichtung erreichten notwendigen Temperaturen Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid in kurzer Zeit nach dem Starten der Brennkraftmaschine oxidiert werden.
  • Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die erste Heizeinrichtung mit dem Stickoxidspeicherkatalysator beschichtet ist. Mit anderen Worten kann die erste Heizeinrichtung nur mit dem LNT beschichtet sein, oder sie kann sowohl mit dem Oxidationskatalysator als auch mit dem LNT beschichtet sein.
  • Vorzugsweise ist in der ersten Katalysatoreinrichtung, vorteilhafterweise am stromabwärts gelegenen Ende, ein SCR-Katalysator angeordnet. Ist die zweite Heizeinrichtung ebenfalls dort angeordnet, ist sie mit dem SCR-Katalysator beschichtet. Diese Anordnung ermöglicht vorteilhaft die Reduktion von aus dem LNT freigesetzten Stickoxiden, da mittels der zweiten Heizeinrichtung die notwendige Temperatur für die Thermolyse von Harnstoff also auch für die Funktion des SCR-Katalysators erzeugt werden kann. Der SCR-Katalysator hat neben der Funktion zur Reduktion von Stickoxiden auch eine Hydrolysefunktion, so dass z. B. Harnstoff in Ammoniak umgewandelt und zur Reduktion von Stickoxiden verwendet werden kann. Es kann auch ein separater Hydrolysekatalysator neben der SCR-Beschichtung angeordnet sein. Es ist in diesem Sinne bevorzugt, wenn die zweite Heizeinrichtung mit einem SCR-Katalysator und / oder einem Hydrolysekatalysator beschichtet ist.
  • Der Hydrolysekatalysator in der ersten Katalysatoreinrichtung ist optional, da der in der ersten Katalysatoreinrichtung angeordnete SCR-Katalysator als passiver SCR-Katalysator funktionieren kann. Im LNT kann unter bestimmten Betriebsbedingungen, z. B. während eines Fettbetriebs unter einer hohen Last der Brennkraftmaschine und daraus resultierenden hohen Abgastemperaturen, Ammoniak entstehen. Dieses Ammoniak kann vorteilhaft in dem SCR-Katalysator zwischengespeichert und zur Reduktion von Stickoxiden verwendet werden.
  • Es ist weiterhin bevorzugt, wenn in dem erfindungsgemäßen System die zweite Katalysatoreinrichtung einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion umfasst. Dieser ist vorzugsweise als aktiver SCR-Katalysator ausgebildet, in dem eingeleitetes Ammoniak zum Reduzieren von Stickoxiden gespeichert wird.
  • Es ist weiterhin bevorzugt, wenn in dem erfindungsgemäßen System mindestens ein Mischer zwischen der ersten und zweiten Katalysatoreinrichtung angeordnet ist. Der Mischer dient vorteilhaft zur gleichmäßigen Verteilung von in den Abgastrakt eingeleitetem Reduktionsmittel, so dass Ablagerungen im Abgastrakt, besonders im Falle von Harnstoff, vermieden werden. Weiterhin ermöglicht der Mischer eine Zuführung des Reduktionsmittels zum Ausgang der ersten Katalysatoreinheit, so dass es dort zur Reduktion von Stickoxiden am SCR-Katalysator zur Verfügung steht.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen System. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist damit ein System mit einem Abgastrakt, in dem mindestens eine erste Katalysatoreinrichtung und eine stromabwärts von der ersten angeordnete zweite Katalysatoreinrichtung sowie eine zwischen den beiden Katalysatoreinrichtungen angeordnete Zuführungseinrichtung für ein Reduktionsmittel angeordnet sind, sowie einer Steuereinrichtung auf, bei dem eine erste Heizeinrichtung am stromaufwärtigen Ende des ersten Katalysators und eine zweite Heizeinrichtung am stromabwärtigen Ende des ersten Katalysators angeordnet sind.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung zur Reduktion von Stickoxiden mittels eines erfindungsgemäßen Systems mit den Schritten
    • - S1) Ermitteln der Temperatur in der ersten Katalysatoreinrichtung,
    • - S2) Anschalten der ersten Heizeinrichtung, wenn ein erster Schwellenwert der Temperatur erreicht wird,
    • - S3) Anschalten der zweiten Heizeinrichtung, wenn ein zweiter Schwellenwert der Temperatur erreicht wird,
    • - S4) Einleiten des Reduktionsmittels bei Erreichen des zweiten Schwellenwertes der Temperatur,
    • - S5) Abschalten der ersten Heizeinrichtung, wenn ein dritter Schwellenwert der Temperatur durch die Abgastemperaturen erreicht wird,
    • - S6) Abschalten der zweiten Heizeinrichtung, wenn ein vierter Schwellenwert der Temperatur durch die Abgastemperaturen erreicht wird, und Rückkehr des Verfahrens zu Schritt S1.
  • Die Vorteile des Verfahrens entsprechen denen des erfindungsgemäßen Systems.
  • Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
    • 2 ein Flußdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 1 gemäß der Darstellung von 1 wird Abgas aus einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) durch einen Abgastrakt 2 geleitet. Die Brennkraftmaschine ist idealerweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine. In dem Abgastrakt 2 sind in Strömungsrichtung des Abgases eine erste Katalysatoreinrichtung 3 und eine zweite Katalysatoreinrichtung 4 angeordnet.
  • Die erste Katalysatoreinrichtung 3 weist einen Stickoxidspeicherkatalysator (LNT) 5 und einen SCR-Katalysator 6 auf. Die zweite Katalysatoreinrichtung 4 weist vor allem einen SCR-Katalysator 6a auf. Die SCR-Katalysatoren bestehen beispielsweise aus Kupfer- oder Eisen-Zeolithen oder Vanadiumpentoxid. Zusätzlich kann die zweite Katalysatoreinrichtung 4 im Ausgangsbereich einen Ammoniak-Sperrkatalysator aufweisen, der zur Oxidation von nicht als Reduktionsmittel von Stickoxiden verbrauchtem Ammoniak dient, damit dieser nicht in die Umwelt freigesetzt wird.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann zur schnellen Hydrolyse des Harnstoffs zusätzlich auch ein Hydrolysekatalysator in der ersten Katalysatoreinrichtung 3 angeordnet sein (nicht gezeigt), der zusammen mit dem SCR-Katalysator 6 oder auch ausschließlich dort angeordnet sein kann. Alternativ kann der Hydrolysekatalysator jedoch auch im Abgastrakt zwischen der ersten 3 und zweiten Katalysatoreinrichtung 4 angeordnet sein. Daneben kann auch ein Partikelfilter (nicht gezeigt) angeordnet sein. Am Eingang 3a der ersten Katalysatoreinrichtung 3 ist eine erste Heizeinrichtung 7 angeordnet. Die erste Heizeinrichtung 7 ist von einem Oxidationskatalysator und/oder dem LNT 5, d. h. in beiden Fällen von einer entsprechenden katalytisch aktiven Beschichtung, bedeckt. Der Oxidationskatalysator ist idealerweise ein Dieseloxidationskatalysator. Am Ausgang 3b der ersten Katalysatoreinrichtung 3 ist eine zweite Heizeinrichtung 8 angeordnet. Die zweite Heizeinrichtung 8 ist von dem SCR-Katalysator 6, d. h. von einer entsprechenden Beschichtung, bedeckt. Die Heizeinrichtungen werden vorzugsweise elektrisch betrieben, können alternativ aber auch andere Energiequellen nutzen.
  • Die zweite Heizeinrichtung 8 kann alternativ auch im Abgastrakt 2 zwischen der ersten 3 und zweiten Katalysatoreinrichtung 4 angeordnet sein, z. B. direkt vor dem Eingang der zweiten Katalysatoreinrichtung 4. Dabei können der Hydrolysekatalysator und die zweite Heizeinrichtung 8 miteinander kombiniert angeordnet sein. In diesem Fall muss keine SCR Beschichtung am Ausgang 3b der ersten Katalysatoreinrichtung 3 vorhanden sein, ist aber vor-teilhaft, wenn ein LNT in der ersten Katalysatoreinrichtung 3 vorhanden ist.
  • Das System 1 weist gemäß 1 eine Zuführungseinrichtung 9 für ein Reduktionsmittel auf. Durch die Zuführungseinrichtung 9 wird ein Reduktionsmittel bzw. eine Lösung eines Stoffes, der katalytisch in ein Reduktionsmittel umgewandelt wird, aus einem entsprechenden Reservoir (nicht gezeigt) in den Abgastrakt 2 eingeleitet. Die Zuführungseinrichtung 9 ist in räumlicher Nähe des Ausgangs 3b der ersten Katalysatoreinrichtung 3 angeordnet, so dass die Lösung direkt auf den Ausgang 3b gegeben werden kann, wo sie in Kontakt mit dem dort angeordneten SCR-Katalysator 6 und / oder ggf. Hydrolysekatalysator treten kann. Alternativ wird das Reduktionsmittel zwischen der ersten und der zweiten Katalysatoreinrichtung in den Abgastrakt eingeleitet. Die Zuführungseinrichtung 9 ist bevorzugt als Einspritzvorrichtung ausgebildet, kann aber auch andere vorteilhafte Ausbildungen zum Einleiten eines Stoffes, idealerweise einer Flüssigkeit bzw. einer wässrigen Lösung, aufweisen. Vorzugsweise wird eine wässrige Harnstofflösung über die Zuführungseinrichtung 9 eingeleitet, deren Harnstoff thermolytisch und hydrolytisch in Ammoniak umgewandelt wird. Besonders bevorzugt wird das Mittel AdBlue verwendet. Alternativ kann auch Ammoniak im gasförmigen Zustand direkt eingeleitet werden, wenn er so bereitgestellt wird; dies ist herkömmlicherweise jedoch nicht üblich.
  • Weiterhin weist das System 1 gemäß 1 einen Mischer 10a auf. Der Mischer 10a ist im Abgastrakt 2 zwischen der ersten 3 und zweiten Katalysatoreinrichtung 4 in unmittelbarer räumlicher Nähe zum Ausgang 3b der ersten Katalysatoreinrichtung 3 angeordnet. Weiterhin ist ein Mischer 10b im Abgastrakt 2 stromabwärts in Richtung der zweiten Katalysatoreinrichtung 4 angeordnet. Es kann auch nur ein Mischer 10a in dem System vorhanden sein. Es kann auch kein Mischer in dem System vorhanden sein. Die Art und Anzahl der Mischer ist vom System und von den Anforderungen der Ammoniakverteilung abhängig.
  • Es können weitere Katalysatoreinrichtungen in dem System 1 vorhanden sein, die stromaufwärts von der ersten 3 und stromabwärts von der zweiten Katalysatoreinrichtung 4 angeordnet sein können. Die erste Heizeinrichtung 7 ist dann idealerweise am Eingang der ersten in der entsprechenden Anordnung befindlichen Katalysatoreinrichtung angeordnet. Die zweite Heizeinrichtung 8 ist dann idealerweise in räumlicher Nähe zur Zuführungseinrichtung 9 angeordnet. Weiterhin sind diverse nicht gezeigte Sensoren im System 1 angeordnet, z. B. Temperatursensoren besonders im Bereich der ersten Katalysatoreinrichtung 3.
  • Das System 1 ist gemäß der Darstellung von 1 ein geradliniges System. Andere mögliche Konfigurationen von System 1 sind eine L-Form, T-Form oder U-Form. Die Katalysatoren können auf Keramik oder Metall basieren.
  • In einem Verfahren zur Abgasnachbehandlung zur Reduktion von Stickoxiden mit einem System gemäß 1 wird gemäß der im Flußdiagramm von 2 dargestellten Ausführungsform während eines laufenden Betriebs der Brennkraftmaschine in einem ersten Schritt S1 die Temperatur in der ersten Katalysatoreinrichtung ermittelt. In einem zweiten Schritt S2 wird dann die erste Heizeinrichtung 7 angeschaltet, wenn ein erster Schwellenwert der Temperatur, oder auch Temperatur-Schwellenwert, erreicht wird. Die Temperatur des ersten Schwellenwertes kann z. B. 70°C betragen. Dadurch wird besonders in der Startphase der Brennkraftmaschine, bei unzureichend warmem Abgas, die Funktion besonders des LNT 5 gewährleistet, für dessen Betriebsstart eine bestimmte Temperatur (etwa 250°C) erreicht werden muss. Weiterhin wird neben dem LNT 5 auch das Abgas durch die erste Heizeinrichtung 7 erwärmt. In einem dritten Schritt S3 wird die zweite Heizeinrichtung eingeschaltet, wenn ein zweiter Schwellenwert der Temperatur erreicht wird. Der zweite Schwellenwert der Temperatur kann dabei denselben Wert betragen wie der erste Schwellenwert, oder von ihm verschieden sein, z. B. 80°C betragen. Die Schritte S2 und S3 werden unabhängig voneinander ausgeführt, können aber zeitgleich stattfinden. In einem vierten Schritt S4 wird wässrige Harnstofflösung über die Zuführungseinrichtung 9 eingeleitet. Durch die Heizwirkung wird sowohl die Thermolyse als auch die Hydrolyse des Harnstoffs beschleunigt, so dass Ammoniak zur Reduktion der Stickoxide im Abgas bereitsteht. Dabei hat neben einem ggf. vorhandenen Hydrolysekatalysator auch der SCR-Katalysator eine hydrolytische Funktion, so dass er die Umwandlung von Harnstoff in Ammoniak unterstützt. Eine gewisse Menge an Ammoniak kann in einem SCR-Katalysator gespeichert werden, so dass Ammoniak zur Reduktion von im Abgas enthaltenen Stickoxiden bereits in der ersten Katalysatoreinrichtung 3 zur Verfügung steht. Durch die Erwärmung der ersten Katalysatoreinrichtung 3 und des Abgases wird Harnstoff insgesamt schneller in Ammoniak umgewandelt. Weiterhin wird der Ammoniak mit dem Abgasstrom zur zweiten Katalysatoreinrichtung 4 geleitet, um dort als Reduktionsmittel am SCR-Katalysator 6a zur Verfügung zur stehen. Auch in der zweiten Katalysatoreinrichtung 4 kann Ammoniak im SCR-Katalysator 6a gespeichert werden. Im Überschuss vorhandener Ammoniak kann in dem in der zweiten Katalysatoreinrichtung 4 angeordneten Ammoniak-Sperrkatalysator oxidiert werden.
  • Ist die Temperatur des Abgases dauerhaft hoch genug, um Thermolyse und Hydrolyse von Harnstoff zu gewährleisten, wobei die erforderliche Temperatur auch als dritter Temperatur-Schwellenwert bezeichnet wird, kann die erste Heizeinrichtung 7 in einem fünften Schritt S5 abgeschaltet werden. Der dritte Temperatur-Schwellenwert kann z. B. 250°C betragen. Weiterhin wird bei Erreichen eines vierten Schwellenwertes der Temperatur des Abgases in einem sechsten Schritt S6 auch die zweite Heizeinrichtung 8 abgeschaltet. Der dritte und der vierte Temperatur-Schwellenwert können denselben Wert betragen. Der vierte Temperatur-Schwellenwert kann aber auch vom dritten Temperatur-Schwellenwert verschieden sein, z. B. 300° betragen. Weiterhin können die Schritte S5 und S6 auch zeitgleich durchgeführt werden. Zur Steuerung von Ein- und Abschalten der Heizeinrichtungen 7 und 8 in Abhängigkeit von der erforderlichen bzw. vorliegenden Temperatur ist eine Steuereinrichtung (nicht gezeigt) in dem System angeordnet. Dabei kann das Ein- und Abschalten der Heizeinrichtungen 7 und 8 auch auf der Basis eines Modells erfolgen. Das Steuern ist weiterhin von Parametern der Brennkraftmaschine abhängig, wie z. B. Drehzahl, Brennstoff und Abgasmassenstrom.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    System
    2
    Abgastrakt
    3
    erste Katalysatoreinrichtung
    3a
    Eingang der ersten Katalysatoreinrichtung
    3b
    Ausgang der ersten Katalysatoreinrichtung
    4
    zweite Katalysatoreinrichtung
    5
    Stickoxidspeicherkatalysator
    6
    SCR-Katalysator in der ersten Katalysatoreinrichtung
    6a
    SCR-Katalysator in der zweiten Katalysatoreinrichtung
    7
    erste Heizeinrichtung
    8
    zweite Heizeinrichtung
    9
    Zuführungseinrichtung
    10a
    erster Mischer
    10b
    zweiter Mischer

Claims (9)

  1. System (1) zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, aufweisend einen Abgastrakt (2), in dem mindestens eine erste Katalysatoreinrichtung (3) und eine stromabwärts von der ersten (3) angeordnete zweite Katalysatoreinrichtung (4) sowie eine zwischen den beiden Katalysatoreinrichtungen (3, 4) angeordnete Zuführungseinrichtung (9) für ein Reduktionsmittel angeordnet sind, sowie eine Steuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Heizeinrichtung (7) am stromaufwärtigen Ende (3a) der ersten Katalysatoreinrichtung (3) und eine zweite Heizeinrichtung (8) am stromabwärtigen Ende (3b) der ersten Katalysatoreinrichtung (3) angeordnet sind.
  2. System (1) nach Anspruch 1, bei dem die erste Katalysatoreinrichtung (3) einen Stickoxidspeicherkatalysator (5) aufweist.
  3. System (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste Heizeinrichtung (7) mit einem Oxidationskatalysator beschichtet ist.
  4. System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die erste Heizeinrichtung (7) mit dem Stickoxidspeicherkatalysator (5) beschichtet ist.
  5. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Heizeinrichtung (8) mit einem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (6) und / oder einem Hydrolysekatalysator beschichtet ist.
  6. System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die zweite Katalysatoreinrichtung (4) einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (6a) umfasst.
  7. System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem mindestens ein Mischer (10a) zwischen der ersten (3) und zweiten Katalysatoreinrichtung (4) angeordnet ist.
  8. Kraftfahrzeug mit einem System gemäß einem der Ansprüche 1-7.
  9. Verfahren zur Abgasnachbehandlung zur Reduktion von Stickoxiden mit einem System (1) gemäß einem der Ansprüche 1-7, mit den Schritten - S1) Ermitteln der Temperatur in der ersten Katalysatoreinrichtung (3), - S2) Anschalten der ersten Heizeinrichtung (7), wenn ein erster Schwellenwert der Temperatur erreicht wird, - S3) Anschalten der zweiten Heizeinrichtung (8), wenn ein zweiter Schwellenwert der Temperatur erreicht wird, - S4) Einleiten des Reduktionsmittels bei Erreichen des zweiten Schwellenwertes der Temperatur, - S5) Abschalten der ersten Heizeinrichtung (7), wenn ein dritter Schwellenwert der Temperatur durch die Abgastemperaturen erreicht wird, - S6) Abschalten der ersten Heizeinrichtung (7), wenn vierter Schwellenwert der Temperatur durch die Abgastemperaturen erreicht wird, und Rückkehr des Verfahrens zu Schritt S1.
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