DE102016223558B4 - Abgasreinigung mit zweifacher Reduktionsmitteleinleitung - Google Patents

Abgasreinigung mit zweifacher Reduktionsmitteleinleitung Download PDF

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Abstract

Anordnung (1) einer Brennkraftmaschine (2) in einem Kraftfahrzeug mit einem Abgastrakt (5), von dem eine Abgasrückführungsleitung eines Niederdruck-Abgasrückführungs-System (10) abzweigt, und in dem eine Abgasnachbehandlungsanlage angeordnet ist, wobei die Abgasnachbehandlungsanlage umfasst:- mindestens eine erste Katalysatoreinrichtung (7), die mindestens einen ersten Stickoxidspeicherkatalysator (7a) und/oder einen Oxidationskatalysator (7b) aufweist,- mindestens eine stromabwärts der ersten angeordnete zweite Katalysatoreinrichtung (8), die mindestens einen ersten Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (8a) aufweist, wobei die erste und zweite Katalysatoreinrichtung stromaufwärts der Abgasrückführungsleitung (10) angeordnet sind,- mindestens eine stromabwärts der Abgasrückführungsleitung (10) angeordnete dritte Katalysatoreinrichtung (11), die mindestens einen zweiten Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (11a) aufweist,- mindestens eine zum genauen Dosieren eines Reduktionsmittels ausgebildete erste Reduktionsmittelzuführeinrichtung (9), die stromaufwärts der zweiten Katalysatoreinrichtung (8) angeordnet ist,- mindestens eine zum genauen Dosieren eines Reduktionsmittels ausgebildete zweite Reduktionsmittelzuführeinrichtung (12), die stromabwärts des Abzweigs der Abgasrückführungsleitung (10) und stromaufwärts der dritten Katalysatoreinrichtung (11) angeordnet istdadurch gekennzeichnet, dassdie zweite Reduktionsmittelzuführeinrichtung (12) eine vierte Katalysatoreinrichtung (12a) ist, die mindestens einen zweiten Stickoxidspeicherkatalysator (12b) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführungs-System und mit einer ersten und einer zweiten Reduktionsmittelzuführeinrichtung.
  • Bei Brennkraftmaschinen hat sich zur Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Emissionswerte eine katalytische Nachbehandlung der Abgase durchgesetzt. Moderne Brennkraftmaschinen arbeiten zur Erhöhung des Wirkungsgrades häufig mit mageren Brennstoff-Luft-Gemischen mit einem Sauerstoffüberschuss. Anfallende Stickoxide können im mageren Betrieb nicht reduziert werden, da ihre katalytische Reduktion nur in einem fetten Betrieb möglich ist. Die Stickoxide im Abgas werden daher im mageren Betrieb in einem NOx-Speicherkatalysator, auch als lean NOx trap (LNT) bezeichnet, zwischengespeichert. Ist die Aufnahmekapazität des LNT erschöpft, wird zur Regeneration des LNT ein Zyklus mit einem fetten Abgasgemisch bzw. in einem unterstöchiometrischen Betrieb (λ < 1) durchgeführt. Eine solche Regeneration wird auch als Rich Purge bezeichnet. Das Ziel dieses Zyklus ist es, die zwischengespeicherten Stickoxide zu reduzieren.
  • Zur Reduktion der Stickoxide kann auch ein Stickoxidreduktionskatalysator (im Weiteren auch als Katalysator zur selektiven katalytischen Reaktion oder als SCR-Katalysator bezeichnet) verwendet werden. Dem Abgas wird ein Reduktionsmittel zugesetzt. In der Regel wird als Reduktionsmittel eine wässrige Harnstofflösung oberhalb des Stickoxidreduktionskatalysators in den Abgastrakt eingeleitet. Ein Stickoxidreduktionskatalysator kann Ammoniak in einer gewissen Menge speichern. Ist die Speicherfunktion erschöpft, kann Ammoniak im Falle einer Überdosierung aus dem Katalysator entweichen. Dieses Phänomen wird auch als Ammoniak-Schlupf bezeichnet. Häufig werden auch zwei Stickoxidreduktionskatalysatoren verwendet, von denen der erste ein aktiver Stickoxidreduktionskatalysator ist, für den direkt stromaufwärts ein Reduktionsmittel in den Abgastrakt eingeleitet wird, und der zweite ein passiver Stickoxidreduktionskatalysator, für den direkt stromaufwärts kein Reduktionsmittel in den Abgastrakt eingeleitet wird.
  • Die Verwendung von zwei SCR-Katalysatoren hat mehrere Vorteile. Erstens funktionieren die beiden SCR-Katalysatoren häufig bei verschiedenen Temperaturen, so dass ein größeres Temperaturfenster genutzt werden kann. Dabei arbeitet der erste SCR-Katalysator bei einer höheren Temperatur als der zweite, womit sich insgesamt ein größeres Temperaturfenster zur Reduktion von Stickoxiden ergibt. Weiterhin ist die Speicherkapazität des ersten SCR-Katalysators limitiert, z.B. weil häufig ein Partikelfilter mit dem SCR-Katalysator kombiniert ist; somit ermöglicht ein zweiter SCR-Katalysator eine effektivere Reinigung des Abgases von Stickoxiden. Drittens minimiert eine niedrigere Temperatur die Alterung des zweiten SCR-Katalysators, wobei die Alterung sich in einem höheren Ammoniak-Schlupf äußern würde. Ein gewisser Schlupf des ersten SCR-Katalysators ist allerdings erwünscht, wenn der zweite SCR-Katalysator ein passiver SCR-Katalysator ist, damit dieser auch den Ammoniak erhält, den er benötigt, um Stickoxide zu reduzieren.
  • Beispielhaft werden Abgasnachbehandlungseinrichtungen mit einem SCR in den Druckschriften DE 10 2006 043 101 A1 und DE 10 2004 048 141 A1 offenbart. Abgasnachbehandlungseinrichtungen mit zwei SCR werden in den Druckschriften DE 10 2015 000 955 A1 und US 2009/0031702 A1 offenbart.
  • Zweigt eine Abgasrückführungsleitung eines Niederdruck-Abgasrückführungs-System (ND-AGR) zwischen dem ersten und zweiten SCR-Katalysator vom Abgastrakt ab, besteht jedoch das Problem, dass durch Schlupf entwichener Ammoniak zur Brennkraftmaschine gelangt und dort zu Stickoxiden oxidiert wird. Dadurch kann sich der Stickoxidgehalt im Abgas auf kontraproduktive Weise wieder erhöhen. Es besteht daher die Aufgabe, einen Verlust von Ammoniak über die AGR möglichst zu vermeiden und dabei den zweiten SCR-Katalysator mit ausreichendem Reduktionsmittel zu versorgen. Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß dem Hauptanspruch gelöst. Weitere vorteilhaft Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Neben- und Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Anordnung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit einem Abgastrakt, von dem eine Abgasrückführungsleitung eines Niederdruck-Abgasrückführungs-System (ND-AGR) abzweigt, und in dem eine Abgasnachbehandlungsanlage angeordnet ist, wobei die Abgasnachbehandlungsanlage umfasst:
    • - mindestens eine erste Katalysatoreinrichtung, die mindestens einen Stickoxidspeicherkatalysator und/oder einen Oxidationskatalysator aufweist,
    • - mindestens eine stromabwärts der ersten angeordnete zweite Katalysatoreinrichtung, die mindestens einen ersten Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion aufweist, wobei die erste und zweite Katalysatoreinrichtung stromaufwärts des Abzweigs der Abgasrückführungsleitung angeordnet sind,
    • - mindestens eine stromabwärts des Abzweigs der Abgasrückführungsleitung angeordnete dritte Katalysatoreinrichtung, die mindestens einen zweiten Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion aufweist,
    • - mindestens eine zum genauen Dosieren eines Reduktionsmittels ausgebildete erste Reduktionsmittelzuführeinrichtung, die stromaufwärts der zweiten Katalysatoreinrichtung angeordnet ist,
    • - mindestens eine zum genauen Dosieren eines Reduktionsmittels ausgebildete zweite Reduktionsmittelzuführeinrichtung, die stromabwärts des Abzweigs der Abgasrückführungsleitung und stromaufwärts der dritten Katalysatoreinrichtung angeordnet ist.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung ist vorteilhaft, weil eine genaue Dosierung der Ammoniakmenge ermöglicht wird, die den SCR-Katalysatoren zugeführt wird. Dadurch kann den SCR-Katalysatoren genau die Menge an Ammoniak zugeführt werden, die gespeichert werden kann oder die im aktuellen Betrieb zum Reduzieren von Stickoxiden erforderlich ist. Dadurch wird einem Schlupf von Ammoniak aus den SCR-Katalysatoren entgegengewirkt, so dass möglichst wenig, idealerweise kein Ammoniak aus den Katalysatoren durch Schlupf entweichen. Im stromabwärts des ersten SCR-Katalysators rückgeführten Abgas wird dabei im Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen idealerweise kein Ammoniak im Abgas rückgeführt, und dadurch eine zusätzliche Stickoxidproduktion durch die innermotorische Verbrennung von rezirkuliertem Ammoniak vorteilhaft eingeschränkt.
  • Im aus dem zweiten SCR-Katalysator strömenden Abgas ist dabei idealerweise ebenfalls kein Ammoniak enthalten, so dass die Umweltbelastung durch Ammoniak vorteilhaft mindestens reduziert, idealerweise jedoch vermieden wird.
  • Zusammengefasst hat die erfindungsgemäße Anordnung die Vorteile, dass weniger Ammoniak verbraucht wird, und dass durch effektive Stickoxidreduktion und Vermeidung von Ammoniakschlupf die Umwelt geschont wird.
  • Die Begriffe Reduktionsmittel und Ammoniak werden in der Beschreibung synonym genutzt. Besonders wird von Reduktionsmittel gesprochen, wenn es um das Zuführen in den Abgastrakt geht, da das Reduktionsmittel in der Regel in Form einer wässrigen Harnstofflösung zugeführt wird, z.B. als kommerziell erhältliches AdBlue®, die im Abgastrakt oder Katalysator in Ammoniak und Kohlendioxid umgewandelt wird. Das eigentliche Reduktionsmittel ist jedoch Ammoniak, das ggf. auch direkt, d.h. in gasförmigem Zustand, in den Abgastrakt eingeleitet werden kann.
  • Die Abgasnachbehandlungsanlage umfasst mehrere Katalysatoreinrichtungen. Die Katalysatoreinrichtungen weisen jeweils mindestens einen Katalysator auf, können aber jeweils auch mehrere Katalysatoreinrichtungen oder Abgasnachbehandlungseinrichtungen wie Partikelfilter, besonders Dieselpartikelfilter, aufweisen. Ein Katalysator, insbesondere ein SCR-Katalysator, kann dabei auch als Beschichtung eines Partikelfilters ausgebildet und auf diesem Partikelfilter aufgebracht sein.
  • Vorzugsweise können in der Anordnung die mittels der ersten und zweiten Reduktionsmittelzuführeinrichtung eingeleiteten Mengen an Reduktionsmittel in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen voreinander verschieden sein. Mit anderen Worten können die Mengen an eingeleitetem Reduktionsmittel zwischen der ersten und zweiten Reduktionsmittelzuführeinrichtung in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen variiert werden. Betriebsbedingungen sind z.B. Fahrbedingungen, die z.B. Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine betreffen, und Temperaturbedingungen, z.B. die Temperatur des Abgases, der Katalysatoren und auch der Umwelt. Beispielsweise kann somit eine größere Menge an Reduktionsmittel in den ersten SCR-Katalysator als in den zweiten SCR-Katalysator eingeleitet werden. Weiterhin kann nach dem Start des Betriebs der Brennkraftmaschine Reduktionsmittel zu einem früheren Zeitpunkt in den ersten Katalysator als in den zweiten Katalysator eingeleitet werden, da er nach dem Start schneller seine Betriebstemperatur erreicht.
  • Bevorzugt sind die erste Reduktionsmittelzuführeinrichtung und/oder die zweite Reduktionsmittelzuführeinrichtung zum Einleiten von gasförmigem Ammoniak in den Abgastrakt ausgebildet. Die zweite Reduktionsmittelzuführeinrichtung ist eine vierte Katalysatoreinrichtung, die mindestens einen NOx-Speicherkatalysator aufweist. In diesem kann während einer Regeneration (Rich Purge) aus Stickoxiden Ammoniak gebildet werden. Dieser Ammoniak wird dann vom stromabwärts in der dritten Katalysatoreinrichtung angeordneten Stickoxidreduktionskatalysator aufgenommen, gespeichert und zur Reduktion von Stickoxiden verwendet. Diese Ausführung der vierten Katalysatoreinrichtung kann es erforderlich machen, dass Kraftstoff stromaufwärts der vierten Katalysatoreinrichtung in den Abgastrakt eingebracht wird, wobei dann die im Kraftstoff enthaltenen Kohlenwasserstoffe dazu benutzt werden, die Regeneration (Rich Purge) der vierten Katalysatoreinrichtung bzw. des darin enthaltenen NOx-Speicherkatalysators zu bewirken, wobei gespeicherte Stickoxide in Ammoniak umgewandelt werden, der vorteilhaft als Reduktionsmittel nutzbar ist. Es ist darum bevorzugt, wenn in der erfindungsgemäßen Anordnung eine Zuführeinrichtung für Kraftstoff stromaufwärts der vierten Katalysatoreinrichtung angeordnet ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Zuführeinrichtung für Kraftstoff ein externer Kraftstoffinjektor bzw. ein sogenannter Vaporizer.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, wenn in der Anordnung mindestens ein Stickoxidsensor stromabwärts der dritten Katalysatoreinrichtung angeordnet ist, um vorteilhaft eine Stickoxidkonzentration im Abgastrakt zu erfassen.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Abgasreinigung mittels einer erfindungsgemäßen Anordnung, mit den Schritten:
    • - S1) Betreiben der Brennkraftmaschine, so dass Abgas durch den Abgastrakt geleitet wird,
    • - S2) Einleiten einer derart dosierten Menge an Reduktionsmittel mittels der ersten Reduktionsmittelzuführeinrichtung (9) in den Abgastrakt (5), dass einem Entweichen von Ammoniak aus der zweiten Katalysatoreinrichtung (8) entgegengewirkt wird,
    • - S3) Weiterleiten des Abgasstroms zur dritten Katalysatoreinrichtung (11), wobei ein Teil des Abgases über die Abgasrückführungsleitung (10) mit dem Abgas wieder zur Brennkraftmaschine zurückgeführt werden kann,
    • - S4) Einleiten einer derart dosierten Menge an Reduktionsmittel mittels der zweiten Reduktionsmittelzuführeinrichtung (12), dass
    • - einem Entweichen von Ammoniak aus der der dritten Katalysatoreinrichtung (11) entgegengewirkt wird.
  • Die Vorteile des Verfahrens entsprechen denen der erfindungsgemäßen Anordnung.
  • Entgegengewirkt bedeutet in Bezug auf das Entweichen von Ammoniak, dass Schlupf möglichst vermieden wird. Idealerweise soll kein Ammoniak entweichen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht in dem Verfahren die vierte Katalysatoreinrichtung der zweiten Reduktionsmittelzuführeinrichtung und ist das eingeleitete Reduktionsmittel gasförmiges Ammoniak, das von der vierten Katalysatoreinrichtung produziert wird.
  • Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
    • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer herkömmlichen Anordnung.
    • 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
    • 3 ein Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Eine Anordnung 1 weist in der Ausführungsform gemäß der Darstellung von 1 eine Brennkraftmaschine 2 auf. Die Brennkraftmaschine 2 kann eine selbstzündende oder fremdgezündete Brennkraftmaschine sein. Die Brennkraftmaschine 2 weist drei Zylinder 3 auf, kann aber auch eine andere Anzahl aufweisen, z.B. zwei, vier, fünf, sechs oder acht Zylinder. Die Brennkraftmaschine 2 ist mit einem Ansaugtrakt 4 und mit einem Abgastrakt 5 verbunden.
  • Im Abgastrakt 5 ist eine Turbine 6 eines Turboladers angeordnet. Alternativ kann aber auch kein Turbolader und damit auch keine Turbine vorhanden sein.
  • Stromabwärts der Turbine 6 ist ein Abgasnachbehandlungssystem angeordnet, das mehrere Katalysatoreinrichtungen umfasst. Direkt stromabwärts der Turbine 6 befindet sich eine erste Katalysatoreinrichtung 7. Die erste Katalysatoreinrichtung 7 weist einen ersten Stickoxidspeicherkatalysator 7a und/oder einen Oxidationskatalysator 7b auf. Stromabwärts der ersten Katalysatoreinrichtung 7 ist eine zweite Katalysatoreinrichtung 8 angeordnet, die einen ersten Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Katalysator) 8a aufweist. Weiterhin ist ein Partikelfilter 8b in der zweiten Katalysatoreinrichtung 8 angeordnet, der auch mit dem SCR-Katalysator 8a beschichtet sein kann. Ist die Brennkraftmaschine 2 eine selbstzündende Brennkraftmaschine, ist der Partikelfilter 8b ein Dieselpartikelfilter.
  • Zwischen der ersten 7 und der zweiten Katalysatoreinrichtung 8 ist eine erste Reduktionsmittelzuführeinrichtung 9 angeordnet, mittels der Reduktionsmittel, beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, besonders AdBlue®, aus einem Reduktionsmittelbehälter (nicht gezeigt) in den Abgastrakt 5 eingeleitet werden kann. Die Reduktionsmittelzuführeinrichtung 9 ist steuerbar, d.h. zum genauen Dosieren eines Reduktionsmittels ausgebildet. Entsprechende Steueranweisungen kommen von einer nicht gezeigten Steuereinrichtung, die mit der Reduktionsmittelzuführeinrichtung verbunden ist. Die wässrige Harnstofflösung wird im Abgastrakt 5 zu gasförmigem Ammoniak und Isocyansäure thermolysiert und die Isocyansäure wiederum zu Ammoniak und Kohlendioxid hydrolysiert. Alternativ kann auch gasförmiges Ammoniak direkt in den Abgastrakt 5 eingeleitet werden (siehe unten). Das Ammoniak wird im ersten SCR-Katalysator 8a zur Verwendung als Reduktionsmittel in der Reduktion von Stickoxiden gespeichert.
  • Stromabwärts der zweiten Katalysatoreinrichtung 8 zweigt eine Abgasrückführungsleitung eines Niederdruck-Abgasrückführungs-Systems (ND-AGR) 10 vom Abgastrakt 5 ab. Diese Abgasrückführungsleitung 10 verbindet den Abgastrakt 5 fluid mit dem Ansaugtrakt 4. In der Abgasrückführungsleitung 10 ist ein Abgasrückführventil angeordnet (nicht gezeigt), das ein Steuern des Abgasmassenstrom aus dem Abgastrakt 5 in den Ansaugtrakt 4 ermöglicht.
  • Stromabwärts des Abzweigs des ND-AGR 10 ist eine dritte Katalysatoreinrichtung 11 im Abgastrakt 5 angeordnet. Die dritte Katalysatoreinrichtung 11 weist einen zweiten SCR-Katalysator 11a auf. Zwischen dem Abzweig der Abgasrückführungsleitung 10 und der dritten Katalysatoreinrichtung 11 ist eine zweite Reduktionsmittelzuführeinrichtung 12 angeordnet, mittels der Reduktionsmittel, beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, besonders AdBlue®, aus einem Reduktionsmittelbehälter (nicht gezeigt) in den Abgastrakt 5 eingeleitet werden kann. Analog zur ersten Reduktionsmittelzuführeinrichtung 9 ist die zweite Reduktionsmittelzuführeinrichtung 12 steuerbar.
  • Wie oben beschrieben, kann alternativ zur wässrigen Harnstofflösung auch gasförmiges Ammoniak in den Abgastrakt 5 eingeleitet werden. Gasförmiges Ammoniak wird bereitgestellt, indem es z.B. entweder gasförmig in entsprechenden Behältern oder gespeichert in der kristallinen Struktur eines Salzes, z.B. Strontiumchlorid, wobei Ammoniak bei Erwärmung aus dem Salz desorbiert, bereitgestellt wird.
  • In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine vierte Katalysatoreinrichtung 12a als zweite Reduktionsmittelzuführeinrichtung genutzt (2). Die vierte Katalysatoreinrichtung 12a weist mindestens einen zweiten NOx-Speicherkatalysator 12b auf. In diesem kann während einer Regeneration (Rich Purge) aus Stickoxiden Ammoniak gebildet werden. Dieser Ammoniak wird dann vom stromabwärts in der dritten Katalysatoreinrichtung 11 angeordneten Stickoxidreduktionskatalysator 11a aufgenommen, gespeichert und zur Reduktion von Stickoxiden verwendet.
  • Stromaufwärts der vierten Katalysatoreinrichtung 12a ist gemäß der Darstellung von 2 eine Zuführeinrichtung 14 für Kraftstoff angeordnet. Die Zuführeinrichtung 14 ist ausgebildet, Kraftstoff stromaufwärts der vierten Katalysatoreinrichtung 12a in den Abgastrakt 5 einzubringen. Die im Kraftstoff enthaltenen Kohlenwasserstoffe werden dazu benutzt, die Regeneration (Rich Purge) der vierten Katalysatoreinrichtung bzw. des darin enthaltenen NOx-Speicherkatalysators zu bewirken, bei der Ammoniak entsteht, der vorteilhaft als Reduktionsmittel nutzbar ist Die Zuführeinrichtung 14 ist beispielsweise ein Kraftstoffinjektor bzw. Vaporizer.
  • Stromabwärts der dritten Katalysatoreinrichtung 11 ist ein Stickoxidsensor 13 im Auspuffendrohr des Abgastrakts 5 angeordnet, um die Stickoxidkonzentration im Abgastrakt 5 zu messen und damit eine Bewertung der Effizienz der Stickoxidreduktion zu ermöglichen. Weitere Stickoxidsensoren und weitere Typen von Sensoren können im Abgastrakt 5 an verschiedenen Stellen angeordnet sein, besonders zwischen dem ersten und zweiten SCR-Katalysator und in der Abgasrückführungsleitung 10.
  • Der Stickoxidsensor 13, die Reduktionsmittelzuführeinrichtungen 9, 12 (bzw. 12a) und die Kraftstoffzuführeinrichtung 14 und das Abgasrückführventil (nicht gezeigt) sind mit der oben erwähnten Steuereinrichtung (nicht gezeigt) zum Regeln des Betriebs der Anordnung 1 verbunden. Die Regeleinrichtung kann z.B. anhand der Stickoxidkonzentration und der Temperaturen im Abgastrakt 5 bestimmen, welche Mengen an Reduktionsmittel durch welche der Reduktionsmittelzuführeinrichtungen 9, 12 in den Abgastrakt 5 eingeleitet werden sollen.
  • In einem Verfahren zum Steuern einer Abgasreinigung mittels der Anordnung 1 gemäß 1 wird in einem ersten Schritt S1 die Brennkraftmaschine 2 betrieben, so dass Abgas durch den Abgastrakt 5 geleitet wird. Dabei werden in einem normalen Betrieb mit einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch Stickoxide im ersten Stickoxidspeicherkatalysator 7a der ersten Katalysatoreinrichtung 7 gespeichert und teilweise reduziert. In einem zweiten Schritt S2 wird stromaufwärts der zweiten Katalysatoreinrichtung 8 mittels der ersten Reduktionsmittelzuführeinrichtung 9 eine wässrige Harnstofflösung, alternativ z.B. auch gasförmiges Ammoniak, in den Abgastrakt 5 eingeleitet. Die Menge an eingeleitetem Ammoniak wird dabei so bemessen, dass idealerweise kein Ammoniak versehentlich durch Schlupf entweicht. Idealerweise bedeutet in diesem Kontext, dass kein Ammoniak entweichen soll, ein Ammoniakschlupf im Laufe des Betriebs aber nie ganz ausgeschlossen werden kann. In einem dritten Schritt S3 wird das Abgas weitergeleitet, wobei im ersten SCR-Katalysator 8a nichtreduzierte Stickoxide im Abgasstrom zum zweiten SCR-Katalysator 11a, sofern sie nicht mit rückgeleitetem Abgas mittels der Abgasrückführungsleitung 10 wieder zum Ansaugtrakt 4 und damit zur Brennkraftmaschine 2 zurückgeführt werden. In einem vierten Schritt S4 wird mittels der zweiten Reduktionsmittelzuführeinrichtung 12 stromabwärts des Abzweigs der Abgasrückführungsleitung 10 und stromaufwärts der dritten Katalysatoreinrichtung 11 ein Reduktionsmittel in den Abgastrakt 5 eingeleitet. Die Menge an eingeleitetem Ammoniak wird dabei auch hier so bemessen, dass idealerweise kein Ammoniak versehentlich durch Schlupf entweicht. Das mittels der zweiten Reduktionsmittelzuführeinrichtung 12 eingeleitete Reduktionsmittel kann mit dem Reduktionsmittel identisch sein, das mittels der ersten Reduktionsmittelzuführeinrichtung 9 in den Abgastrakt 5 eingeleitet wurde. Alternativ dazu können aber auch verschiedene Reduktionsmittel über die Reduktionsmittelzuführeinrichtungen 9 und 12 in den Abgastrakt 5 geleitet werden. Beispielsweise kann mittels der ersten Reduktionsmittelzuführeinrichtung 9 eine wässrige Harnstofflösung in den Abgastrakt 5 geleitet werden, und mittels der zweiten Reduktionsmittelzuführeinrichtung 12 gasförmiges Ammoniak. Im zweiten SCR-Katalysator 11 a werden dann die verbleibenden Stickoxide möglichst vollständig aus dem Abgas entfernt.
  • In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern einer Abgasreinigung mittels der Anordnung 1 gemäß 2 ist eine Reduktion von Stickoxiden im Nachbehandlungssystem sowohl im fetten als auch im mageren Betrieb der Brennkraftmaschine 2 möglich. In Schritt S1 wird die Brennkraftmaschine 2 betrieben, so dass Abgas durch den Abgastrakt 5 geleitet wird. Dabei werden in einem normalen Betrieb mit einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch Stickoxide im ersten Stickoxidspeicherkatalysator 7a der ersten Katalysatoreinrichtung 7 gespeichert. In dem zweiten Schritt S2 wird stromaufwärts der zweiten Katalysatoreinrichtung 8 mittels der ersten Reduktionsmittelzuführeinrichtung 9 eine wässrige Harnstofflösung, alternativ z.B. auch gasförmiges Ammoniak, in den Abgastrakt 5 eingeleitet. In dem Schritt S3 wird das Abgas und damit die im ersten SCR-Katalysator 8a nicht reduzierten Stickoxide zum zweiten SCR-Katalysator 11 a weitergeleitet, sofern sie nicht mit dem Abgas durch das ND-AGR 10 wieder zur Brennkraftmaschine 2 zurückgeführt werden. In dem Schritt S4 entsteht in der vierten Katalysatoreinrichtung 12a gasförmiges Ammoniak, der dem zweiten SCR-Katalysator 11a in der dritten Katalysatoreinrichtung 11 zugeführt wird.
  • Dabei wird in Schritt S4 über die Kraftstoffzuführeinrichtung 14 Kraftstoff in den Abgastrakt geleitet, dessen Kohlenwasserstoffe bei der Regeneration (Rich Purge) der vierten Katalysatoreinrichtung 12a bzw. des darin enthaltenen zweiten NOx-Speicherkatalysators 12b in der vierten Katalysatoreinrichtung in einer exothermen Reaktion oxidiert werden, wobei in der Reaktion mit den gespeicherten Stickoxiden Ammoniak entsteht. Der Ammoniak gelangt aus dem zweiten NOx-Speicherkatalysator 12b in den zweiten SCR-Katalysator 11 a, wo es zwischengespeichert und in der Folge zum Reduzieren von Stickoxiden verwendet werden kann. Die Menge des aus dem zweiten NOx-Speicherkatalysator 12b entweichenden Ammoniaks kann über die Menge des eingeleiteten Kraftstoffs gesteuert werden, die mit einer bestimmten Menge Stickoxiden damit zu einer vorher bestimmbaren Menge Ammoniak reagiert. Alternativ kann aus dem zweiten NOx-Speicherkatalysators 12b entweichendes Ammoniak auch zwischengespeichert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Anordnung
    2
    Brennkraftmaschine
    3
    Zylinder
    4
    Ansaugtrakt
    5
    Abgastrakt
    6
    Turbine
    7
    erste Katalysatoreinrichtung
    7a
    erster Stickoxidspeicherkatalysator
    7b
    erster Oxidationskatalysator
    8
    zweite Katalysatoreinrichtung
    8a
    erster Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion
    8b
    Partikelfilter
    9
    erste Reduktionsmittelzuführeinrichtung
    10
    Abgasrückführungsleitung
    11
    dritte Katalysatoreinrichtung
    11a
    zweiter Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion
    12
    zweite Reduktionsmittelzuführeinrichtung
    12a
    vierte Katalysatoreinrichtung
    12b
    zweiter Stickoxidspeicherkatalysator
    13
    Stickoxidsensor
    14
    Kraftstoffzuführeinrichtung

Claims (9)

  1. Anordnung (1) einer Brennkraftmaschine (2) in einem Kraftfahrzeug mit einem Abgastrakt (5), von dem eine Abgasrückführungsleitung eines Niederdruck-Abgasrückführungs-System (10) abzweigt, und in dem eine Abgasnachbehandlungsanlage angeordnet ist, wobei die Abgasnachbehandlungsanlage umfasst: - mindestens eine erste Katalysatoreinrichtung (7), die mindestens einen ersten Stickoxidspeicherkatalysator (7a) und/oder einen Oxidationskatalysator (7b) aufweist, - mindestens eine stromabwärts der ersten angeordnete zweite Katalysatoreinrichtung (8), die mindestens einen ersten Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (8a) aufweist, wobei die erste und zweite Katalysatoreinrichtung stromaufwärts der Abgasrückführungsleitung (10) angeordnet sind, - mindestens eine stromabwärts der Abgasrückführungsleitung (10) angeordnete dritte Katalysatoreinrichtung (11), die mindestens einen zweiten Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (11a) aufweist, - mindestens eine zum genauen Dosieren eines Reduktionsmittels ausgebildete erste Reduktionsmittelzuführeinrichtung (9), die stromaufwärts der zweiten Katalysatoreinrichtung (8) angeordnet ist, - mindestens eine zum genauen Dosieren eines Reduktionsmittels ausgebildete zweite Reduktionsmittelzuführeinrichtung (12), die stromabwärts des Abzweigs der Abgasrückführungsleitung (10) und stromaufwärts der dritten Katalysatoreinrichtung (11) angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Reduktionsmittelzuführeinrichtung (12) eine vierte Katalysatoreinrichtung (12a) ist, die mindestens einen zweiten Stickoxidspeicherkatalysator (12b) aufweist.
  2. Anordnung (1) nach Anspruch 1, bei der die mittels der ersten und zweiten Reduktionsmittelzuführeinrichtung (12) eingeleiteten Mengen an Reduktionsmittel in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen voreinander verschieden sein können.
  3. Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die erste Reduktionsmittelzuführeinrichtung (9) und/oder die zweite Reduktionsmittelzuführeinrichtung (12) zum Einleiten von gasförmigem Ammoniak in den Abgastrakt (5) ausgebildet sind.
  4. Anordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der stromaufwärts der vierten Katalysatoreinrichtung (12a) eine Zuführeinrichtung für Kraftstoff (14) angeordnet ist.
  5. Anordnung (1) nach Anspruch 4, bei der die Zuführeinrichtung (14) ein Kraftstoffinjektor oder ein Vaporizer ist.
  6. Anordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der mindestens ein Stickoxidsensor (13) stromabwärts der dritten Katalysatoreinrichtung (11) angeordnet ist.
  7. Kraftfahrzeug mit einer Anordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche.
  8. Verfahren zum Steuern einer Abgasreinigung mittels einer Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1-6, mit den Schritten: - S1) Betreiben der Brennkraftmaschine (2), so dass Abgas durch den Abgastrakt (5) geleitet wird, - S2) Einleiten einer derart dosierten Menge an Reduktionsmittel mittels der ersten Reduktionsmittelzuführeinrichtung (9) in den Abgastrakt (5), dass einem Entweichen von Ammoniak aus der zweiten Katalysatoreinrichtung (8) entgegengewirkt wird, - S3) Weiterleiten des Abgasstroms zur dritten Katalysatoreinrichtung (11), wobei ein Teil des Abgases über die Abgasrückführungsleitung (10) mit dem Abgas wieder zur Brennkraftmaschine zurückgeführt werden kann, - S4) Einleiten einer derart dosierten Menge an Reduktionsmittel mittels der zweiten Reduktionsmittelzuführeinrichtung (12), dass einem Entweichen von Ammoniak aus der der dritten Katalysatoreinrichtung (11) entgegengewirkt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die vierte Katalysatoreinrichtung (12a) der zweiten Reduktionsmittelzuführeinrichtung (12) entspricht und das eingeleitete Reduktionsmittel gasförmiges Ammoniak ist, das in dem zweiten Stickoxidspeicherkatalysator (12b) der vierten Katalysatoreinrichtung (12a) produziert wird.
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