DE102017100892A1 - Regeneration of a particulate filter or four-way catalytic converter in an exhaust system of an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters oder eines Vier-Wege-Katalysators in einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, wobei ein Anstieg der Stickoxid-Emissionen während der Regeneration des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators verhindert oder zumindest minimiert werden soll.Es ist vorgesehen, dass in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors ein Partikelfilter oder ein Vier-Wege-Katalysator und ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet sind, wobei die bei einem Magerbetrieb des Verbrennungsmotors zur Regeneration des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators auftretenden NOx-Emissionen im NOx-Speicherkatalysator zwischengespeichert werden und in einer späteren motorischen Fettphase der NOx-Speicherkatalysator wieder regeneriert wird.The invention relates to a method for the regeneration of a particulate filter or a four-way catalyst in an exhaust system of an internal combustion engine, wherein an increase in nitrogen oxide emissions during the regeneration of the particulate filter or the four-way catalyst should be prevented or at least minimized. It is provided that in the exhaust system of an internal combustion engine, a particulate filter or a four-way catalytic converter and a NOx storage catalytic converter are arranged, wherein the NOx emissions occurring in a lean operation of the internal combustion engine for the regeneration of the particulate filter or the four-way catalytic converter in the NOx Storage catalytic converter are cached and regenerated in a subsequent engine fat phase of the NOx storage catalyst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters oder eines Vier-Wege-Katalysators in einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors.The invention relates to a device and a method for the regeneration of a particulate filter or a four-way catalytic converter in an exhaust system of an internal combustion engine.

Die kontinuierliche Verschärfung der Abgasgesetzgebung stellt hohe Anforderungen an die Fahrzeughersteller, welche durch entsprechende Maßnahmen zur Reduktion der motorischen Rohemissionen und durch eine entsprechende Abgasnachbehandlung gelöst werden. Mit Einführung der Gesetzgebungsstufe EU6 wird für Ottomotoren ein Grenzwert für eine Partikelanzahl vorgeschrieben, der in vielen Fällen den Einsatz eines Ottopartikelfilters notwendig macht. Im Fahrbetrieb wird ein solcher Ottopartikelfilter mit Ruß beladen. Damit der Abgasgegendruck nicht zu stark ansteigt, muss dieser Ottopartikelfilter kontinuierlich oder periodisch regeneriert werden. Um eine thermische Oxidation des im Ottopartikelfilter zurückgehaltenen Rußes mit Sauerstoff durchzuführen, ist ein hinreichend hohes Temperaturniveau in Verbindung mit gleichzeitig vorhandenem Sauerstoff in der Abgasanlage des Ottomotors notwendig. Da moderne Ottomotoren normalerweise ohne Sauerstoffüberschuss mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ=1) betrieben werden, sind dazu zusätzliche Maßnahmen erforderlich. Dazu kommen als Maßnahmen beispielsweise eine Temperaturerhöhung durch eine Zündwinkelverstellung, eine zeitweise Magerverstellung des Ottomotors, das Einblasen von Sekundärluft in die Abgasanlage oder eine Kombination dieser Maßnahmen infrage. Bevorzugt wird bislang eine Zündwinkelverstellung in Richtung spät in Kombination mit einer Magerverstellung des Ottomotors angewandt, da dieses Verfahren ohne zusätzliche Bauteile auskommt und in den meisten Betriebspunkten des Ottomotors eine ausreichende Sauerstoffmenge liefern kann. Ferner wird angestrebt, die Katalysatoren im Abgaskanal des Verbrennungsmotors nach einem Kaltstart möglichst schnell auf eine Betriebstemperatur zu bringen, um möglichst schnell eine hohe Konvertierungsrate für schädliche Abgaskomponenten zu erreichen. Diese Magerverstellung des Verbrennungsmotors während der Regeneration des Partikelfilters kann jedoch dazu führen, dass es während der Regeneration des Partikelfilter zu einem signifikanten Anstieg der Stickoxid-Emissionen (NOx-Emissionen) kommt, da bei einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis im Abgas keine Komponenten wie Kohlenstoffmonoxid (CO) oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) mehr enthalten sind, mit denen auf dem Drei-Wege-Katalysator eine katalytische Reduktion der Stickoxid-Emissionen zu molekularem Stickstoff möglich ist.The continuous tightening of the exhaust emission legislation places high demands on the vehicle manufacturers, which are solved by appropriate measures for the reduction of the engine raw emissions and by a corresponding exhaust aftertreatment. With the introduction of the legislative level EU6, a limit value for gasoline engines is prescribed for a number of particles, which in many cases necessitates the use of an Otto particle filter. When driving, such a gasoline particulate filter is loaded with soot. So that the exhaust gas backpressure does not increase too much, this Otto particle filter must be regenerated continuously or periodically. In order to carry out a thermal oxidation of the soot retained in the Otto particle filter with oxygen, a sufficiently high temperature level in conjunction with simultaneously existing oxygen in the exhaust system of the gasoline engine is necessary. Since modern gasoline engines are normally operated without oxygen surplus with a stoichiometric combustion air ratio (λ = 1), additional measures are required. These come as measures, for example, a temperature increase by a Zündwinkelverstellung, a temporary lean adjustment of the gasoline engine, the injection of secondary air into the exhaust system or a combination of these measures in question. An ignition angle adjustment in the direction of late in combination with a lean adjustment of the gasoline engine is preferably used so far, since this method requires no additional components and can deliver a sufficient amount of oxygen in most operating points of the gasoline engine. Furthermore, the aim is to bring the catalysts in the exhaust passage of the internal combustion engine after a cold start as quickly as possible to an operating temperature in order to achieve as fast as possible a high conversion rate for harmful exhaust gas components. However, this lean adjustment of the internal combustion engine during the regeneration of the particulate filter can lead to a significant increase in nitrogen oxide (NOx) emissions during the regeneration of the particulate filter, since no components such as carbon monoxide (CO) are present in the exhaust gas at a lean of stoichiometric combustion air ratio. or unburned hydrocarbons (HC) are more, with which on the three-way catalyst, a catalytic reduction of nitrogen oxide emissions to molecular nitrogen is possible.

Aus der DE 10 2013 220 899 A1 ist ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters in einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors bekannt, wobei die Temperatur des Abgases des Verbrennungsmotors durch eine entsprechende Lambdaregelung angepasst wird, um die für die Regeneration des Partikelfilters notwendige Temperatur sowie ein gleichzeitiges Vorliegen von Restsauerstoff im Abgaskanal des Verbrennungsmotors sicherzustellen. Nachteilig an einem solchen Verfahren ist jedoch, dass es durch die Magerverstellung des Verbrennungsmotors zu einer Erhöhung der Stickoxid-Emissionen im Abgas während der Regeneration des Partikelfilters kommt.From the DE 10 2013 220 899 A1 a method for the regeneration of a particulate filter in an exhaust system of an internal combustion engine is known, wherein the temperature of the exhaust gas of the internal combustion engine is adjusted by a corresponding lambda control to ensure the necessary for the regeneration of the particulate filter temperature and a simultaneous presence of residual oxygen in the exhaust passage of the internal combustion engine. A disadvantage of such a method, however, is that it comes through the lean adjustment of the internal combustion engine to increase the nitrogen oxide emissions in the exhaust gas during the regeneration of the particulate filter.

Aus der WO 2015/169958 A1 ist ein fremdgezündeter Verbrennungsmotor bekannt, in dessen Abgasanlage ein Partikelfilter angeordnet ist, wobei zur Regeneration des Partikelfilters ein mehrstufiges Verfahren durchgeführt wird, um den Fahrkomfort während der Regeneration des Partikelfilters nur so wenig wie möglich zu reduzieren. Dazu wird eine passive Regeneration des Partikelfilters in einer Schubphase des Verbrennungsmotors als „mildeste“ Maßnahme mit entsprechenden aktiven Maßnahmen zur Regeneration kombiniert, wobei in einem mehrstufigen Prozess jeweils die Maßnahmen ausgewählt werden, welche mit dem geringsten Eingriff in den Fahrkomfort beziehungsweise die Leistung des Verbrennungsmotors durchgeführt werden können. Nachteilig an einem solchen Verfahren ist jedoch, dass es auch hier bei den aktiven Maßnahmen zu einer Magerverstellung des Verbrennungsluftverhältnisses des Verbrennungsmotors und einem damit verbundenen Anstieg der Stickoxid-Emissionen kommt.From the WO 2015/169958 A1 a spark ignition internal combustion engine is known, in whose exhaust system, a particulate filter is arranged, wherein for the regeneration of the particulate filter, a multi-stage process is performed in order to reduce the ride comfort during the regeneration of the particulate filter as little as possible. For this purpose, a passive regeneration of the particulate filter in a coasting phase of the internal combustion engine is combined as a "mildest" measure with corresponding active measures for regeneration, wherein in a multi-stage process the measures are selected which are carried out with the least intervention in the ride comfort or the performance of the internal combustion engine can be. A disadvantage of such a method, however, is that even here comes in the active measures to a lean adjustment of the combustion air ratio of the internal combustion engine and an associated increase in nitrogen oxide emissions.

Aus der EP 1 210 509 B1 ist ein Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsvorgangs eines Verbrennungsmotors während der Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators bekannt, welcher in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist. Dabei wird ein Einspritzbeginn für die Kraftstoffeinspritzung in einem Regenerationsbetrieb des NOx-Speicherkatalysators auf einen früheren Zeitpunkt als in einem Magerbetrieb gelegt und der Einspritzdruck erhöht, wobei ein zur Regeneration des NOx-Speicherkatalysators notwendiger unterstöchiometrischer Motorbetrieb im Wesentlichen durch die Reduzierung eines Volumenstroms angesaugter Luft und durch eine Abgasrückführung eingestellt wird. Die EP 1 210 509 B1 verweist jedoch nicht auf die Regeneration eines Partikelfilters, sondern beschäftigt sich lediglich mit der Reduktion von Stickoxid-Emissionen im Normalbetrieb des Fahrzeuges sowie bei der Regeneration des NOx-Speicherkatalysators.From the EP 1 210 509 B1 a method for controlling a combustion process of an internal combustion engine during the regeneration of a NOx storage catalyst is known, which is arranged in an exhaust passage of an internal combustion engine. In this case, an injection start for the fuel injection in a regeneration operation of the NOx storage catalyst is set earlier than in a lean operation and increases the injection pressure, wherein a necessary for the regeneration of the NOx storage catalyst substoichiometric engine operation substantially by reducing a volume flow of intake air and by an exhaust gas recirculation is set. The EP 1 210 509 B1 However, does not refer to the regeneration of a particulate filter, but deals only with the reduction of nitrogen oxide emissions during normal operation of the vehicle and in the regeneration of the NOx storage catalyst.

Darüber hinaus sind Abgasnachbehandlungssysteme bekannt, bei denen die Temperatur des Partikelfilters durch motorische Maßnahmen, insbesondere durch eine Verstellung des Zündwinkels in Richtung „spät“ erhöht wird, bis die Regenerationstemperatur des Partikelfilters erreicht ist, und der zur Oxidation des im Partikelfilter zurückgehaltenen Rußes benötigte Sauerstoff dem Abgaskanal über ein Sekundärluftsystem zugeführt wird. Dazu wird aber stets ein Sekundärluftsystem benötigt, was die Kosten für den Verbrennungsmotor deutlich erhöht.In addition, exhaust aftertreatment systems are known in which the temperature of the particulate filter is increased by engine measures, in particular by an adjustment of the ignition angle in the "late" direction until the Regeneration temperature of the particulate filter is reached, and the oxygen required for the oxidation of the retained particulate matter in the carbon black filter is supplied to the exhaust gas passage via a secondary air system. But this always requires a secondary air system, which significantly increases the cost of the internal combustion engine.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einer Abgasanlage ohne Sekundärluftsystem eine zumindest im Wesentlichen emissionsneutrale Regeneration des Partikelfilters zu ermöglichen und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden.The invention is based on the object, in an exhaust system without secondary air system to allow at least substantially neutral emissions regeneration of the particulate filter and overcome the known from the prior art disadvantages.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors, in dessen Abgasanlage ein Partikelfilter oder ein Vier-Wege-Katalysator angeordnet ist, und in dessen Abgasanlage stromaufwärts oder stromabwärts des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet ist, gelöst, welches folgende Schritte umfassend:

  • - Betreiben des Verbrennungsmotors in einem Normalbetrieb mit stöchiometrischem Verbrennungsluftverhältnis, wobei die bei der Verbrennung entstehenden Rußpartikel in der Abgasanlage durch den Partikelfilter oder den Vier-Wege-Katalysator zurückgehalten werden,
  • - Ermitteln eines Beladungszustandes des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators, wobei bei Überschreiten eines Schwellenwertes der Beladung des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators eine Regeneration eingeleitet wird,
  • - Verstellen des Verbrennungsluftverhältnisses des Verbrennungsmotors von einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis auf ein überstöchiometrisches oder unterstöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis, um dem Partikelfilter oder dem Vier-Wege-Katalysator den zur Oxidation des zurückgehaltenen Rußes notwendigen Sauerstoff zuzuführen, wobei
  • - der NOx-Speicherkatalysator während der Regeneration des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators beladen oder regeneriert wird.
According to the invention, this object is achieved by a method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine in whose exhaust system a particle filter or a four-way catalytic converter is arranged, and in whose exhaust system upstream or downstream of the particle filter or the four-way catalytic converter a NOx storage catalytic converter is arranged. solved, comprising the following steps:
  • Operating the internal combustion engine in a normal operation with a stoichiometric combustion air ratio, wherein the soot particles formed in the combustion are retained in the exhaust system by the particle filter or the four-way catalytic converter,
  • Determining a loading state of the particulate filter or of the four-way catalytic converter, wherein regeneration is initiated when a threshold value of the loading of the particulate filter or the four-way catalytic converter is exceeded,
  • Adjusting the combustion air ratio of the internal combustion engine from a stoichiometric combustion air ratio to a superstoichiometric or substoichiometric combustion air ratio to supply the particulate filter or the four-way catalyst with the oxygen necessary for oxidation of the retained soot;
  • - The NOx storage catalyst is loaded or regenerated during the regeneration of the particulate filter or the four-way catalyst.

Bei einem solchen Verfahren kann auch während der Regeneration des Partikelfilters sichergestellt werden, dass eine effiziente Abgasreinigung gewährleistet ist und es insbesondere nicht zu einem Anstieg der Stickoxid-Emissionen kommt.In such a method, it can also be ensured during the regeneration of the particulate filter that efficient exhaust gas purification is ensured and, in particular, there is no increase in nitrogen oxide emissions.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterbildungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors möglich.The features listed in the dependent claims advantageous improvements and developments of the method specified in the independent claim for the exhaust aftertreatment of an internal combustion engine are possible.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der NOx-Speicherkatalysator in der Abgasanlage stromabwärts des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators angeordnet ist, wobei die bei einer Regeneration des Partikelfilters bei einem Magerbetrieb des Verbrennungsmotors auftretenden Stickoxide in dem NOx-Speicherkatalysator eingelagert werden und der NOx-Speicherkatalysator durch einen nachfolgenden fetten Betrieb des Verbrennungsmotors regeneriert wird. Durch eine Anordnung des NOx-Speicherkatalysators stromabwärts des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators können die bei einem Magerbetrieb des Verbrennungsmotors zur Regeneration des Vier-Wege-Katalysators oder des Partikelfilters auftretenden Stickoxide aus dem Abgas entfernt und somit ein Anstieg der Stickoxid-Emissionen stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators verhindert oder vermindert werden. Der NOx-Speicherkatalysator lässt sich dann in einem späteren Motorbetrieb mit einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftgemisch wieder regenerieren, ohne dass es bei der Regeneration des NOx-Speicherkatalysators zu einem Anstieg der Stickoxidemissionen kommt.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the NOx storage catalyst is disposed in the exhaust system downstream of the particulate filter or the four-way catalytic converter, wherein occurring in a regeneration of the particulate filter in a lean operation of the internal combustion engine nitrogen oxides are stored in the NOx storage catalyst and the NOx storage catalyst is regenerated by a subsequent rich operation of the internal combustion engine. By arranging the NOx storage catalyst downstream of the particulate filter or the four-way catalyst, the nitrogen oxides occurring in a lean operation of the internal combustion engine for regenerating the four-way catalyst or the particulate filter can be removed from the exhaust gas and thus an increase in nitrogen oxide emissions downstream of the NOx storage catalyst can be prevented or reduced. The NOx storage catalytic converter can then be regenerated again in a later engine operation with a substoichiometric combustion air mixture without there being any increase in nitrogen oxide emissions in the regeneration of the NOx storage catalytic converter.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, das der Verbrennungsmotor zur Regeneration des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis λE zwischen 1,01 und 1,20, besonders bevorzugt zwischen 1,07 und 1,09, betrieben wird. Durch eine Regeneration des Partikelfilters oder Vier-Wege-Katalysators bei einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis des Verbrennungsmotors von 1,01 bis 1,20 wird zum einen genügend Sauerstoff zur Regeneration des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators bereitgestellt, zum anderen aber ein unkontrollierter Rußabbrand, der zu einer thermischen Bauteilschädigung führen kann, verhindert. Besonders bevorzugt ist dabei ein Bereich zwischen 1,07 und 1,09, da in diesem Bereich eine hinreichend hohe Regenerationsgeschwindigkeit erreicht wird und zum anderen die bei der Oxidation der Rußpartikel freigesetzte Wärme dazu führt, dass die Temperatur des Partikelfilters oder Vier-Wege-Katalysators im Wesentlichen konstant bleibt und es weder zu einer thermischen Schädigung der Abgaskomponente noch zu einem Abbruch der Regeneration durch einen Temperaturabfall unter die Regenerationstemperatur kommt. In a further preferred embodiment of the method is provided that the internal combustion engine for the regeneration of the particulate filter or the four-way catalyst with a superstoichiometric combustion air ratio λ E between 1.01 and 1.20, more preferably between 1.07 and 1.09 operated becomes. By a regeneration of the particulate filter or four-way catalyst at a superstoichiometric combustion air ratio of the internal combustion engine from 1.01 to 1.20 on the one hand sufficient oxygen for the regeneration of the particulate filter or the four-way catalyst is provided, on the other hand, an uncontrolled Rußabbrand, which can lead to a thermal component damage prevented. Particularly preferred is a range between 1.07 and 1.09, since in this area a sufficiently high regeneration rate is achieved and, secondly, the heat released in the oxidation of the soot particles causes the temperature of the particulate filter or four-way catalyst remains substantially constant and there is neither a thermal damage to the exhaust gas component nor to a termination of the regeneration by a temperature drop below the regeneration temperature.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der NOx-Speicherkatalysator in der Abgasanlage stromaufwärts des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators angeordnet ist, wobei der Verbrennungsmotor zur Regeneration des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators mit einem von einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis abweichenden Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird. Durch eine Anordnung des NOx-Speicherkatalysators stromaufwärts des Partikelfilters ist eine Regeneration des Partikelfilters bei entsprechend hohen Abgastemperaturen sowohl bei einem unterstöchiometrischen als auch bei einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis des Verbrennungsmotors möglich.According to an alternative embodiment of the method it is provided that the NOx storage catalyst is arranged in the exhaust system upstream of the particulate filter or the four-way catalyst, wherein the internal combustion engine for regenerating the particulate filter or the four-way catalyst with one of a stoichiometric combustion air ratio deviating combustion air ratio is operated. By a Arrangement of the NOx storage catalyst upstream of the particulate filter is a regeneration of the particulate filter with correspondingly high exhaust gas temperatures possible both at a stoichiometric and at a superstoichiometric combustion air ratio of the internal combustion engine.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird, wobei die bei der überstöchiometrischen Verbrennung auftretenden Stickoxidemissionen im NOx-Speicherkatalysator zurückgehalten werden und ein überstöchiometrisches Abgas den NOx-Speicherkatalysator durchdringt, um dem Partikelfilter oder dem Vier-Wege-Katalysator den zur Oxidation des zurückgehaltenen Rußes notwendigen Sauerstoff zuzuführen. Durch ein überstöchiometrisches, mageres Verbrennungsluftverhältnis ist eine direkte Regeneration des Partikelfilters möglich, wobei die während der mageren Verbrennung entstehenden Stickoxide-Emissionen im NOx-Speicherkatalysator zurückgehalten werden.In a preferred embodiment of the method it is provided that the internal combustion engine is operated with a superstoichiometric combustion air ratio, wherein the nitrogen oxide emissions occurring in the superstoichiometric combustion are retained in the NOx storage catalytic converter and a superstoichiometric exhaust gas passes through the NOx storage catalytic converter to the particle filter or the Way catalyst to supply the oxygen necessary for the oxidation of the retained carbon black. By means of a superstoichiometric, lean combustion air ratio, direct regeneration of the particulate filter is possible, with the nitrogen oxide emissions occurring during the lean combustion being retained in the NOx storage catalyst.

Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor mit einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird, wobei der NOx-Speicherkatalysator regeneriert wird und bei seiner Regeneration Sauerstoff freisetzt, mit welchem der im Partikelfilter oder im Vier-Wege-Katalysator zurückgehaltene Ruß oxidiert wird. Bei einer Regeneration des NOx-Speicherkatalysators in einer Phase des überstöchiometrischen Motorbetriebs wird neben Stickstoffdioxid (NO2) auch molekularer Sauerstoff freigesetzt, welcher zur Regeneration des im Partikelfilter oder Vier-Wege-Katalysator zurückgehaltenen Rußes genutzt werden kann. Dabei können die freigesetzten Stickstoffdioxid-Emissionen mit den unverbrannten Kraftstoffbestandteilen, insbesondere mit den unverbrannten Kohlenwasserstoffen, in elementaren Stickstoff, Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid umgesetzt werden.Alternatively, it is advantageously provided that the internal combustion engine is operated with a substoichiometric combustion air ratio, wherein the NOx storage catalyst is regenerated and releases oxygen during its regeneration, with which the soot retained in the particle filter or in the four-way catalyst is oxidized. In a regeneration of the NOx storage catalyst in a phase of superstoichiometric engine operation, in addition to nitrogen dioxide (NO 2 ) also molecular oxygen is released, which can be used to regenerate the retained in the particulate filter or four-way catalyst soot. The released nitrogen dioxide emissions with the unburned fuel constituents, in particular with the unburned hydrocarbons, can be converted into elemental nitrogen, water vapor and carbon dioxide.

In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Abgastemperatur zur Regeneration des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators durch innermotorische Maßnahmen angehoben wird. Zur Regeneration des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators ist neben dem Vorliegen von Restsauerstoff im Abgaskanal eine zur Oxidation des Rußes notwendige Temperatur notwendig. Sollte die Abgastemperatur bei einem unveränderten Betrieb des Verbrennungsmotors nicht zu dieser notwendigen Bauteiltemperatur des Partikelfilters oder Vier-Wege-Katalysators führen, so kann die Abgastemperatur durch innermotorische Maßnahmen angehoben werden, um die Regenerationstemperatur zu erreichen.In a further improvement of the method is provided that the exhaust gas temperature is raised for the regeneration of the particulate filter or the four-way catalyst by internal engine measures. For the regeneration of the particulate filter or the four-way catalyst, in addition to the presence of residual oxygen in the exhaust gas channel, a temperature necessary for the oxidation of the soot is necessary. If the exhaust gas temperature does not lead to this necessary component temperature of the particulate filter or four-way catalytic converter with an unchanged operation of the internal combustion engine, the exhaust gas temperature can be raised by internal engine measures to achieve the regeneration temperature.

Bevorzugt ist dabei, wenn die innermotorischen Maßnahmen eine Verstellung des Zündwinkels in Richtung „spät“ umfassen. Durch eine Verstellung des Zündwinkels des Verbrennungsmotors in Richtung „spät“ kann eine Erhöhung der Abgastemperatur erreicht werden, wobei parallel der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors verschlechtert wird und die Maßnahme auf den Zeitraum der Regeneration begrenzt bleiben sollte. Diese Verstellung in Richtung „spät“ führt nicht nur zu einem Mehrverbrauch, sondern kann auch in unerwarteter, vorteilhafter Art zu einer Senkung der Rohemissionen an Stickoxiden führen.It is preferred if the internal engine measures include an adjustment of the ignition angle in the "late" direction. By adjusting the ignition angle of the internal combustion engine in the direction of "late", an increase in the exhaust gas temperature can be achieved, while the efficiency of the internal combustion engine is deteriorated in parallel and the measure should remain limited to the period of regeneration. This adjustment in the direction of "late" not only leads to an increase in consumption, but can also lead to a reduction in the raw emissions of nitrogen oxides in an unexpected, advantageous manner.

Alternativ ist vorgesehen, dass eine erste Gruppe von Brennräumen des Verbrennungsmotors mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis und eine zweite Gruppe von Brennräumen mit einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben werden, wobei eine exotherme Umsetzung der unverbrannten Kraftstoffbestandteile in der Abgasanlage stromaufwärts des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators erfolgt. Diese exotherme Umsetzung der unverbrannten Kraftstoffkomponenten im Abgaskanal führt zu einem Anstieg der Abgastemperatur, wodurch der Partikelfilter oder der Vier-Wege-Katalysator auf seine zur Regeneration notwendige Temperatur aufgeheizt werden kann. Alternativ ist auch eine Aufheizung des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators durch eine Nacheinspritzung möglich.Alternatively, it is provided that a first group of combustion chambers of the internal combustion engine with a superstoichiometric combustion air ratio and a second group of combustion chambers are operated with a substoichiometric combustion air ratio, wherein an exothermic reaction of the unburned fuel components in the exhaust system upstream of the particulate filter or the four-way catalyst takes place , This exothermic reaction of the unburned fuel components in the exhaust passage leads to an increase in the exhaust gas temperature, whereby the particulate filter or the four-way catalyst can be heated to its temperature necessary for regeneration. Alternatively, a heating of the particulate filter or the four-way catalyst by post-injection is possible.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasanlage, in der ein Partikelfilter oder ein Vier-Wege-Katalysator und ein NOX-Speicherkatalysator angeordnet sind, sowie mit einem Steuergerät mit einem maschinenlesbaren Programmcode gelöst, wobei das Steuergerät bei einer Ausführung des Programmcodes dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Durch eine solche Abgasnachbehandlungsvorrichtung ist eine besonders effiziente Abgasreinigung auch in Betriebsphasen, insbesondere bei einer Regeneration des Partikelfilters, möglich, in denen es bei aus dem Stand der Technik bekannten Abgasanlagen zu einem Anstieg der Emissionen kommen kann.According to the invention, a device for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine with an exhaust system, in which a particulate filter or a four-way catalytic converter and a NOX storage catalytic converter are arranged, as well as with a control device with a machine-readable program code is achieved, wherein the control device in an execution of the program code to is set up to carry out a method according to the invention. By means of such an exhaust gas aftertreatment device, particularly efficient exhaust gas purification is also possible in operating phases, in particular during regeneration of the particulate filter, in which an increase in emissions may occur in exhaust systems known from the prior art.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Partikelfilter oder der Vier-Wege-Katalysator motornah als erste Komponente der Abgasnachbehandlung angeordnet ist. Durch eine motornahe Anordnung des Partikelfilters oder Vier-Wege-Katalysators kann die Regenerationstemperatur von mindestens 550°C vergleichsweise einfach erreicht werden. Da die maximale Speicherfähigkeit von NOx-Speicherkatalysatoren in einem Temperaturbereich von ca. 250 °C bis 480 °C, und somit unterhalb der Regenerationstemperatur des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators, liegt, ist es vorteilhaft, wenn das heiße Abgas zunächst den Partikelfilter oder Vier-Wege-Katalysator und dann den NOx-Speicherkatalysator durchströmt, um eine optimale Abgasnachbehandlung und geringstmögliche Emissionen zu erreichen.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the particle filter or the four-way catalyst is arranged close to the engine as the first component of the exhaust aftertreatment. By a close-coupled arrangement of the particulate filter or four-way catalyst, the regeneration temperature of at least 550 ° C can be achieved comparatively easily. Since the maximum storage capacity of NOx storage catalysts in a temperature range of about 250 ° C to 480 ° C, and thus below the regeneration temperature of the particulate filter or the four-way catalyst, It is advantageous if the hot exhaust gas first flows through the particle filter or four-way catalytic converter and then through the NOx catalytic converter in order to achieve optimum exhaust gas aftertreatment and the lowest possible emissions.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn zwischen dem Partikelfilter oder dem Vier-Wege-Katalysator und dem NOx-Speicherkatalysator ein Drei-Wege-Katalysator angeordnet ist. Durch einen zwischengeschalteten Drei-Wege-Katalysator, insbesondere in einer Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges, kann eine effiziente Abgasreinigung erreicht werden, wobei die Abgastemperatur vor dem NOx-Speicherkatalysator abgesenkt wird, um eine maximale Leistungsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators zu erreichen. Insbesondere weist ein solcher Drei-Wege-Katalysator eine begrenzte Sauerstoffspeicherfähigkeit auf, um während der Regeneration des Partikelfilters auftretende Sekundäremissionen, insbesondere Kohlenmonoxid, umzusetzen.It is particularly preferred if a three-way catalytic converter is arranged between the particle filter or the four-way catalytic converter and the NOx storage catalytic converter. By means of an interposed three-way catalytic converter, in particular in an underfloor position of a motor vehicle, an efficient exhaust gas purification can be achieved, wherein the exhaust gas temperature is lowered before the NOx storage catalytic converter in order to achieve maximum performance of the NOx storage catalytic converter. In particular, such a three-way catalyst has a limited oxygen storage capacity in order to convert occurring during the regeneration of the particulate filter secondary emissions, in particular carbon monoxide.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der NOx-Speicherkatalysator in der Abgasanlage stromaufwärts des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators angeordnet ist. Wird der Partikelfilter oder der Vier-Wege-Katalysator extern beheizt, so kann die Temperatur des Partikelfilters im Wesentlichen unabhängig von der Abgastemperatur des Verbrennungsmotors gesteigert werden. Somit können auch bei einer solchen Anordnung für den NOx-Speicherkatalysator und für den Partikelfilter beziehungsweise Vier-Wege-Katalysator ideale thermische Bedingungen erzielt werden, um eine möglichst effiziente Abgasnachbehandlung zu ermöglichen.In a further, preferred embodiment of the invention, it is provided that the NOx storage catalytic converter is arranged in the exhaust system upstream of the particle filter or the four-way catalytic converter. If the particle filter or the four-way catalyst is heated externally, the temperature of the particle filter can be increased substantially independently of the exhaust gas temperature of the internal combustion engine. Thus, even with such an arrangement for the NOx storage catalyst and for the particulate filter or four-way catalyst ideal thermal conditions can be achieved to allow the most efficient exhaust aftertreatment.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn dem Partikelfilter oder dem Vier-Wege-Katalysator ein Drei-Wege-Katalysator nachgeschaltet ist. Neben der bekannten Abgasreinigung durch den Drei-Wege-Katalysator im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors kann die Anordnung eines Drei-Wege-Katalysators im Abgaskanal stromabwärts des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators weitere Vorteile haben. In Abhängigkeit des Restsauerstoffanteils, der Temperatur und des Drucks in der Abgasanlage ist es möglich, dass der im Partikelfilter oder Vier-Wege-Katalysator zurückgehaltene Ruß nur unvollständig oxidiert wird und dabei Sekundäremissionen an Kohlenmonoxid auftreten. Durch einen Drei-Wege-Katalysator können diese Kohlenmonoxid-Emissionen in Kohlenstoffdioxid konvertiert und somit die Emissionen an Kohlenstoffmonoxid reduziert werden.It is particularly preferred if the particle filter or the four-way catalyst is followed by a three-way catalyst. In addition to the known exhaust gas purification by the three-way catalyst during normal operation of the internal combustion engine, the arrangement of a three-way catalyst in the exhaust duct downstream of the particulate filter or the four-way catalyst can have further advantages. Depending on the residual oxygen content, the temperature and the pressure in the exhaust system, it is possible that the soot retained in the particulate filter or four-way catalyst is oxidized only incompletely and thereby secondary emissions of carbon monoxide occur. Through a three-way catalyst, these carbon monoxide emissions can be converted to carbon dioxide, thus reducing carbon monoxide emissions.

Gemäß einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass der NOx-Speicherkatalysator und der Partikelfilter oder der NOx-Speicherkatalysator und der Vier-Wege-Katalysator motornah angeordnet sind. Durch eine motornahe Anordnung beider Abgasnachbehandlungskomponenten können sowohl der NOx-Speicherkatalysator als auch der Partikelfilter oder der Vier-Wege-Katalysator vergleichsweise schnell auf ihre idealen Betriebstemperaturen gebracht werden, sodass innermotorische Maßnahmen zur Temperaturerhöhung nur für eine vergleichsweise kurze Zeit notwendig sind. Dadurch kann der Mehrverbrauch während einer solchen Heizphase in geringen Grenzen gehalten werden.According to a further improvement of the invention, it is provided that the NOx storage catalytic converter and the particle filter or the NOx storage catalytic converter and the four-way catalytic converter are arranged close to the engine. By arranging both exhaust aftertreatment components close to the engine, both the NOx storage catalyst and the particle filter or the four-way catalyst can be brought to their ideal operating temperatures comparatively quickly so that internal engine measures for increasing the temperature are only necessary for a comparatively short time. As a result, the additional consumption during such a heating phase can be kept within narrow limits.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine erfindungsgemäße Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, mit der die Emissionen während der Regeneration des Partikelfilters in einem erfindungsgemäßen Verfahren reduziert werden können;
  • 2 eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasanlage, bei der anstelle eines Partikelfilters motornah ein Vier-Wege-Katalysator angeordnet ist;
  • 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, mit der die Emissionen während der Regeneration des Partikelfilters in einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren reduziert werden können; und
  • 4 ein alternatives Ausführungsbeispiel der in 3 dargestellten Abgasanlage, bei welcher der Partikelfilter durch einen Vier-Wege-Katalysator ersetzt ist.
The invention will be explained below in embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 an exhaust system according to the invention of an internal combustion engine, with which the emissions during the regeneration of the particulate filter can be reduced in a method according to the invention;
  • 2 an alternative embodiment of the exhaust system according to the invention, in which instead of a particulate filter close to the engine, a four-way catalyst is arranged;
  • 3 a further embodiment of an exhaust system according to the invention of an internal combustion engine, with which the emissions during the regeneration of the particulate filter can be reduced in a further inventive method; and
  • 4 an alternative embodiment of the in 3 illustrated exhaust system in which the particulate filter is replaced by a four-way catalyst.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 10 mit einer an einem Auslass 32 des Verbrennungsmotors 10 angeschlossenen Abgasanlage 12. In der Abgasanlage 12 ist in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch die Abgasanlage 12 motornah ein Partikelfilter 14 angeordnet. Unter einer motornahen Position ist in diesem Zusammenhang eine Position in der Abgasanlage mit einem Abstand von weniger als 80 cm, vorzugsweise von weniger als 50 cm, Abgaslauflänge von dem Auslass 32 des Verbrennungsmotors 10 zu verstehen. Stromabwärts des Partikelfilters 14, insbesondere in einer Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges, sind ein Drei-Wege-Katalysator 16 und weiter stromabwärts ein NOx-Speicherkatalysator 18 angeordnet, welche durch einen Abgaskanal 20 der Abgasanlage 12 miteinander verbunden sind. Die Menge des eingespritzten Kraftstoffes in die Brennräume des Verbrennungsmotors 10 und somit das Verbrennungsluftverhältnis λE des Verbrennungsmotors 10 ist über ein Steuergerät 24 steuerbar. Zur Regelung des Verbrennungsluftverhältnisses λE des Verbrennungsmotors 10 sind im Abgaskanal 20 mehrere Lambdasonden 26, 28, 30 angeordnet. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine 10 with one at an outlet 32 of the internal combustion engine 10 connected exhaust system 12 , In the exhaust system 12 is in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine 10 through the exhaust system 12 close to the engine a particle filter 14 arranged. Under a near-engine position in this context is a position in the exhaust system with a distance of less than 80 cm, preferably less than 50 cm, exhaust run length of the outlet 32 of the internal combustion engine 10 to understand. Downstream of the particulate filter 14 , especially in a subfloor position of a motor vehicle, are a three Way catalyst 16 and further downstream, a NOx storage catalyst 18 disposed through an exhaust passage 20 the exhaust system 12 connected to each other. The amount of fuel injected into the combustion chambers of the internal combustion engine 10 and thus the combustion air ratio λ E of the internal combustion engine 10 is via a control unit 24 controllable. For controlling the combustion air ratio λ E of the internal combustion engine 10 are in the exhaust duct 20 several lambda sensors 26 . 28 . 30 arranged.

Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 beschrieben, ist in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der (unbeschichtete) Partikelfilter 14 durch einen Partikelfilter mit einer drei-Wege-katalytisch wirksamen Beschichtung, einem sogenannten Vier-Wege-Katalysator 22 ersetzt. Der Vier-Wege-Katalysator 22 vereint dabei die Funktionen eines Partikelfilters und eines Drei-Wege-Katalysators. Durch die Anordnung des weiteren Drei-Wege-Katalysators 16 in der Unterbodenlage des Kraftfahrzeuges kann der Vier-Wege-Katalysator vergleichsweise klein ausgeführt werden, um eine schnelle Erwärmung auf eine Betriebstemperatur nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen.With essentially the same structure as 1 is described in the in 2 illustrated embodiment of the (uncoated) particulate filter 14 by a particle filter with a three-way catalytically active coating, a so-called four-way catalyst 22 replaced. The four-way catalyst 22 combines the functions of a particulate filter and a three-way catalytic converter. By the arrangement of the other three-way catalyst 16 in the underfloor position of the motor vehicle, the four-way catalyst can be made comparatively small to a rapid heating to an operating temperature after a cold start of the engine 10 to enable.

Im Betrieb des Verbrennungsmotors 10 werden die bei der Verbrennung auftretenden Partikel im Abgas des Verbrennungsmotors 10 durch den Partikelfilter 14 oder den Vier-Wege-Katalysator 22 zurückgehalten. Dabei wird durch den Abschiebemechanismus der Partikelfilter 14 oder der Vier-Wege-Katalysator 22 mit Ruß beladen. Infolge der Beladung können Effekte wie ein erhöhter Kraftstoffverbrauch, Leistungsverlust und Zündaussetzer auftreten, wenn der Abgasgegendruck durch die Beladung des Partikelfilters 14 oder des Vier-Wege-Katalysators 22 über einen bestimmten Schwellenwert ansteigt. Folglich muss der Partikelfilter 14 oder der Vier-Wege-Katalysator 22 zyklisch oder in Abhängigkeit der Beladung regeneriert werden. Zur Regeneration des Partikelfilters 14 oder des Vier-Wege-Katalysators 22 ist neben dem Erreichen einer Regenerationstemperatur das Vorliegen von Restsauerstoff in der Abgasanlage notwendig, um die im Partikelfilter 14 oder im Vier-Wege-Katalysator 22 zurückgehaltenen Rußpartikel zu oxidieren. Durch den überstöchiometrischen Betrieb des Verbrennungsmotors 10 verlieren der Drei-Wege-Katalysator 16 und der Vier-Wege-Katalysator 22 ihre Konvertierungseigenschaften für Stickoxide, da kein Reduktionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden zu elementarem Stickstoff mehr vorhanden ist.In operation of the internal combustion engine 10 become the particles occurring during the combustion in the exhaust gas of the internal combustion engine 10 through the particle filter 14 or the four-way catalyst 22 retained. In this case, by the Abschiebemechanismus the particulate filter 14 or the four-way catalyst 22 loaded with soot. As a result of the loading effects such as increased fuel consumption, power loss and misfire can occur when the exhaust back pressure due to the loading of the particulate filter 14 or the four-way catalyst 22 rises above a certain threshold. Consequently, the particulate filter needs 14 or the four-way catalyst 22 be regenerated cyclically or depending on the load. For regeneration of the particle filter 14 or the four-way catalyst 22 In addition to reaching a regeneration temperature, the presence of residual oxygen in the exhaust system is necessary in order to those in the particulate filter 14 or in the four-way catalyst 22 oxidize retained carbon black particles. Due to the superstoichiometric operation of the internal combustion engine 10 lose the three-way catalyst 16 and the four-way catalyst 22 Their conversion properties for nitrogen oxides, since no reducing agent for the reduction of nitrogen oxides to elemental nitrogen is no longer present.

Die bei diesem überstöchiometrischen Betrieb auftretenden Stickoxide (NOx) werden in dem NOx-Speicherkatalysator 18 eingelagert. Da auch die Speicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators 18 begrenzt ist, muss auch dieser periodisch durch einen unterstöchiometrischen Betrieb des Verbrennungsmotors 10 regeneriert werden.The nitrogen oxides (NO x ) occurring in this superstoichiometric operation are stored in the NO x storage catalytic converter 18. Since the storage capacity of the NOx storage catalyst 18 is limited, this must also periodically by a substoichiometric operation of the engine 10 be regenerated.

In 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung dargestellt. Dabei ist ein NOx-Speicherkatalysator 18 als erste Komponente der Abgasnachbehandlung in einer Abgasanlage 12 eines Verbrennungsmotors 10 angeordnet. Stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators 18 sind in der Abgasanlage 12 ein Partikelfilter 14 und weiter stromabwärts ein Drei-Wege-Katalysator 16 angeordnet. Zur Regelung des Verbrennungsluftverhältnisses λE des Verbrennungsmotors 10 sind im Abgaskanal 20 der Abgasanlage 12 mehrere Lambdasonden 26, 28, 30 angeordnet.In 3 an alternative embodiment of an exhaust aftertreatment device according to the invention is shown. In this case, a NOx storage catalytic converter 18 is the first component of the exhaust aftertreatment in an exhaust system 12 an internal combustion engine 10 arranged. Downstream of the NOx storage catalyst 18 are in the exhaust system 12 a particle filter 14 and further downstream, a three-way catalyst 16 arranged. For controlling the combustion air ratio λ E of the internal combustion engine 10 are in the exhaust duct 20 the exhaust system 12 several lambda sensors 26 . 28 . 30 arranged.

Bei einem Magerbetrieb des Verbrennungsmotors 10 kann der zur Regeneration des Partikelfilters 14 notwendige Sauerstoff geliefert werden. Die dabei auftretenden Stickoxid-Emissionen werden in dem NOx-Speicherkatalysator 18, welcher als Speichermedium für die Stickoxide Bariumoxid enthält, zurückgehalten und als Bariumnitrate eingelagert. Die Regeneration des Partikelfilters 14 verläuft analog dem zu 1 und 2 beschriebenen Prozess. Während der Regeneration des NOx-Speicherkatalysators 18 mit einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis des Verbrennungsmotors 10 wird das Bariumnitrit wieder zu Bariumoxid reduziert und die freigesetzten Stickoxide können mit den unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas des Verbrennungsmotors umgesetzt werden, sodass es stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators 16 zu keinem Anstieg der Stickoxid-Emissionen kommt. Bei der Reduktion von Bariumnitrit zu Bariumoxid werden neben den Stickoxiden auch elementarer Sauerstoff und Wasserdampf freigesetzt, welche zur Regeneration des Partikelfilters 14 genutzt werden können. Somit ist eine Regeneration des Partikelfilters 14 sowohl bei einem überstöchiometrischen als auch bei einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis des Verbrennungsmotors 10, und somit in mehr Betriebssituationen als bei dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen, möglich, ohne die NOx-Emissionen zu erhöhen. Somit ist eine abgasneutrale Regeneration des Partikelfilters 14 in der Abgasanlage eines fremdgezündeten Verbrennungsmotors 10 möglich, ohne dass es zu einem Anstieg der Stickoxid-Emissionen kommt.In a lean operation of the internal combustion engine 10 can the regeneration of the particulate filter 14 necessary oxygen will be delivered. The occurring nitrogen oxide emissions are retained in the NOx storage catalytic converter 18, which contains barium oxide as storage medium for the nitrogen oxides, and stored as barium nitrates. The regeneration of the particle filter 14 is analogous to that 1 and 2 described process. During the regeneration of the NOx storage catalytic converter 18 with a substoichiometric combustion air ratio of the internal combustion engine 10 The barium nitrite is again reduced to barium oxide and the released nitrogen oxides can be reacted with the unburned hydrocarbons in the exhaust gas of the internal combustion engine, so that it downstream of the three-way catalyst 16 there is no increase in nitrogen oxide emissions. In the reduction of barium nitrite to barium oxide elemental oxygen and water vapor are released in addition to the nitrogen oxides, which for the regeneration of the particulate filter 14 can be used. Thus, a regeneration of the particulate filter 14 both at a superstoichiometric and at a stoichiometric combustion air ratio of the internal combustion engine 10 , and thus in more operating situations than in the 1 and 2 illustrated embodiments, possible, without increasing the NOx emissions. Thus, an exhaust-neutral regeneration of the particulate filter 14 in the exhaust system of a spark-ignited internal combustion engine 10 possible without an increase in nitrogen oxide emissions.

In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 3 dargestellt, ist der Partikelfilter 14 durch einen Vier-Wege-Katalysator 22 ersetzt und weist somit eine zusätzliche Beschichtung auf, um die schädlichen Abgaskomponenten zu konvertieren.In 4 is a further embodiment of an exhaust aftertreatment device according to the invention shown. With essentially the same structure as 3 shown, is the particle filter 14 through a four-way catalyst 22 replaced and thus has an additional coating to convert the harmful exhaust gas components.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
1212
Abgasanlageexhaust system
1414
Partikelfilterparticulate Filter
1616
Drei-Wege-KatalysatorThree-way catalytic converter
1818
NOx-SpeicherkatalysatorNOx storage catalytic converter
2020
Abgaskanalexhaust duct
2222
Vier-Wege-KatalysatorFour-way catalyst
2424
Steuergerätcontrol unit
2626
erste Lambdasondefirst lambda probe
2828
zweite Lambdasondesecond lambda probe
3030
dritte Lambdasondethird lambda probe
3232
Auslassoutlet
λE λ E
Verbrennungsluftverhältnis des VerbrennungsmotorsCombustion air ratio of the internal combustion engine

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Claims (15)

Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10), in dessen Abgasanlage (12) ein Partikelfilter (14) oder ein Vier-Wege-Katalysator (22) angeordnet ist, und in dessen Abgasanlage (12) stromaufwärts oder stromabwärts des Partikelfilters (14) oder des Vier-Wege-Katalysators (22) ein NOx-Speicherkatalysator (18) angeordnet ist, umfassend folgende Schritte: - Betreiben des Verbrennungsmotors (10) in einem Normalbetrieb mit stöchiometrischem Verbrennungsluftverhältnis, wobei die bei der Verbrennung entstehenden Rußpartikel in der Abgasanlage (12) durch den Partikelfilter (14) oder den Vier-Wege-Katalysator (22) zurückgehalten werden, - Ermitteln eines Beladungszustandes des Partikelfilters (14) oder des Vier-Wege-Katalysators (22), wobei bei Überschreiten eines Schwellenwertes der Beladung des Partikelfilters (14) oder des Vier-Wege-Katalysators (22) eine Regeneration eingeleitet wird, - Verstellen des Verbrennungsluftverhältnisses des Verbrennungsmotors (10) von einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis auf ein überstöchiometrisches oder unterstöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis, um dem Partikelfilter (14) oder dem Vier-Wege-Katalysator (22) den zur Oxidation des zurückgehaltenen Rußes notwendigen Sauerstoff zuzuführen, wobei - der NOx-Speicherkatalysator (18) während der Regeneration des Partikelfilters (14) oder des Vier-Wege-Katalysators (22) beladen oder regeneriert wird.A method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine (10), in the exhaust system (12) a particulate filter (14) or a four-way catalytic converter (22) is arranged, and in the exhaust system (12) upstream or downstream of the particulate filter (14) or Four-way catalytic converter (22) a NOx storage catalyst (18) is arranged, comprising the following steps: - Operating the internal combustion engine (10) in a normal operation with a stoichiometric combustion air ratio, wherein the resulting during combustion soot particles in the exhaust system (12) by the particulate filter (14) or the four-way catalyst (22) are retained, Determining a loading state of the particulate filter (14) or of the four-way catalytic converter (22), wherein regeneration is initiated when a threshold value of the loading of the particulate filter (14) or the four-way catalytic converter (22) is exceeded, - Adjusting the combustion air ratio of the internal combustion engine (10) from a stoichiometric combustion air ratio to a stoichiometric or stoichiometric combustion air ratio to the particulate filter (14) or the four-way catalyst (22) to supply the necessary oxygen for the oxidation of the retained soot, wherein - The NOx storage catalyst (18) during the regeneration of the particulate filter (14) or the four-way catalyst (22) is loaded or regenerated. Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Speicherkatalysator (18) in der Abgasanlage (12) stromabwärts des Partikelfilters (14) oder des Vier-Wege-Katalysators (22) angeordnet ist, wobei die bei einer Regeneration des Partikelfilters (14) bei einem Magerbetrieb des Verbrennungsmotors (10) auftretenden Stickoxide in dem NOx-Speicherkatalysator (18) eingelagert werden und der NOx-Speicherkatalysator (18) durch einen nachfolgenden fetten Betrieb des Verbrennungsmotors (10) regeneriert wird.Process for exhaust aftertreatment after Claim 1 , characterized in that the NOx storage catalyst (18) in the exhaust system (12) downstream of the particulate filter (14) or the four-way catalytic converter (22) is arranged, which in a regeneration of the particulate filter (14) in a lean operation of the internal combustion engine (10) occurring nitrogen oxides are stored in the NOx storage catalyst (18) and the NOx storage catalyst (18) is regenerated by a subsequent rich operation of the internal combustion engine (10). Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) zur Regeneration des Partikelfilters (14) oder des Vier-Wege-Katalysators (22) mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis λE zwischen 1,03 und 1,20, besonders bevorzugt zwischen 1,07 und 1,09, betrieben wird.Process for exhaust aftertreatment after Claim 2 , characterized in that the internal combustion engine (10) for the regeneration of the particulate filter (14) or the four-way catalyst (22) with a superstoichiometric combustion air ratio λ E between 1.03 and 1.20, more preferably between 1.07 and 1 , 09, is operated. Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Speicherkatalysator (18) in der Abgasanlage (12) stromaufwärts des Partikelfilters (14) oder des Vier-Wege-Katalysators (22) angeordnet ist, wobei der Verbrennungsmotor (10) zur Regeneration des Partikelfilters (14) oder des Vier-Wege-Katalysators (22) mit einem von einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis abweichenden Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird.Process for exhaust aftertreatment after Claim 1 characterized in that the NOx storage catalyst (18) is disposed in the exhaust system (12) upstream of the particulate filter (14) or the four-way catalyst (22), the internal combustion engine (10) for regenerating the particulate filter (14). or the four-way catalyst (22) is operated with a deviating from a stoichiometric combustion air ratio combustion air ratio. Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird, wobei die bei der überstöchiometrischen Verbrennung auftretenden Stickoxidemissionen im NOx-Speicherkatalysator (18) zurückgehalten werden und ein überstöchiometrisches Abgas den NOx-Speicherkatalysator (18) durchdringt, um dem Partikelfilter (14) oder dem Vier-Wege-Katalysator (22) den zur Oxidation des zurückgehaltenen Rußes notwendigen Sauerstoff zuzuführen.Process for exhaust aftertreatment after Claim 4 , characterized in that the internal combustion engine is operated with a superstoichiometric combustion air ratio, wherein the nitrogen oxide emissions occurring in the superstoichiometric combustion are retained in the NOx storage catalytic converter (18) and a superstoichiometric exhaust gas passes through the NOx storage catalytic converter (18) to the particle filter (14). or the four-way catalyst (22) to supply the oxygen necessary for the oxidation of the retained soot. Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor mit einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird, wobei der NOx-Speicherkatalysator (18) regeneriert wird und bei seiner Regeneration Sauerstoff freisetzt, mit welchem der im Partikelfilter (14) oder im Vier-Wege-Katalysator (22) zurückgehaltene Ruß oxidiert wird.Process for exhaust aftertreatment after Claim 4 , characterized in that the internal combustion engine is operated with a substoichiometric combustion air ratio, wherein the NOx storage catalyst (18) is regenerated and releases oxygen during its regeneration, with which in the particulate filter (14) or in the four-way catalyst (22) retained Soot is oxidized. Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgastemperatur zur Regeneration des Partikelfilters (14) oder des Vier-Wege-Katalysators (22) durch innermotorische Maßnahmen angehoben wird.Process for exhaust aftertreatment according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the exhaust gas temperature for the regeneration of the particulate filter (14) or the four-way catalyst (22) is raised by internal engine measures. Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die innermotorischen Maßnahmen eine Verstellung des Zündwinkels in Richtung „spät“ umfassen.Process for exhaust aftertreatment after Claim 7 , characterized in that the internal engine measures include an adjustment of the ignition angle in the "late" direction. Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Gruppe von Brennräumen mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis und eine zweite Gruppe von Brennräumen mit einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben werden, wobei eine exotherme Umsetzung der unverbrannten Kraftstoffbestandteile in der Abgasanlage stromaufwärts des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators erfolgt.Process for exhaust aftertreatment after Claim 7 characterized in that a first group of combustion chambers are operated with a superstoichiometric combustion air ratio and a second group of combustion chambers with a substoichiometric combustion air ratio, wherein an exothermic reaction of the unburned fuel components takes place in the exhaust system upstream of the particulate filter or the four-way catalyst. Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einer Abgasanlage (12), in der ein Partikelfilter (14) oder ein Vier-Wege-Katalysator (22) und ein NOX-Speicherkatalysator (18) angeordnet sind, sowie mit einem Steuergerät (24) mit einem maschinenlesbaren Programmcode, welches bei Ausführung des Programmcodes dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.Device for the exhaust aftertreatment of an internal combustion engine (10) with an exhaust system (12), in which a particle filter (14) or a four-way catalytic converter (22) and a NOX storage catalytic converter (18) are arranged, as well as with a control device (24) with a machine-readable program code, which is set up when the program code is executed, a method according to one of Claims 1 to 9 perform. Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (14) oder der Vier-Wege-Katalysator (22) motornah als erste Komponente der Abgasnachbehandlung angeordnet ist. Device for exhaust aftertreatment after Claim 10 , characterized in that the particulate filter (14) or the four-way catalyst (22) is arranged close to the engine as a first component of the exhaust aftertreatment. Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Partikelfilter (14) oder dem Vier-Wege-Katalysator (22) und dem NOx-Speicherkatalysator (18) ein Drei-Wege-Katalysator (16) angeordnet ist.Device for exhaust aftertreatment after Claim 11 , characterized in that between the particulate filter (14) or the four-way catalyst (22) and the NOx storage catalyst (18) a three-way catalyst (16) is arranged. Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Speicherkatalysator (18) in der Abgasanlage (12) stromaufwärts des Partikelfilters (14) oder des Vier-Wege-Katalysators (22) angeordnet ist.Device for exhaust aftertreatment after Claim 10 , characterized in that the NOx storage catalyst (18) in the exhaust system (12) upstream of the particulate filter (14) or the four-way catalyst (22) is arranged. Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Partikelfilter (14) oder dem Vier-Wege-Katalysator (22) ein Drei-Wege-Katalysator (16) nachgeschaltet ist.Device for exhaust aftertreatment after Claim 13 , characterized in that the particle filter (14) or the four-way catalyst (22) is followed by a three-way catalyst (16). Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Speicherkatalysator (18) und der Partikelfilter (14) oder der NOx-Speicherkatalysator (18) und der Vier-Wege-Katalysator (22) motornah angeordnet sind.Device for exhaust aftertreatment after Claim 13 or 14 , characterized in that the NOx storage catalytic converter (18) and the particulate filter (14) or the NOx storage catalytic converter (18) and the four-way catalytic converter (22) are arranged close to the engine.
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