DE102018117188A1 - Verfahren zum Betrieb einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, Steuereinheit für eine Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Stickoxid-Speicherkatalysator und mindestens einen stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators angeordneten SCR-Katalysator, wobei bei einer oxidierenden Zusammensetzung eines Abgases der Brennkraftmaschine in dem Stickoxid-Speicherkatalysator dem Abgas Stickoxide und Schwefeloxide entzogen und gespeichert werden, wobei der SCR-Katalysator eine Beladung mit Ammoniak aufweist, sodass bei der oxidierenden Zusammensetzung des Abgases in dem SCR-Katalysator das Ammoniak mit den Stickoxiden zu Wasser und Stickstoff reagiert, sowie Steuereinheit für eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen Stickoxid-Speicherkatalysator und mindestens einen stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators angeordneten SCR-Katalysator aufweist, wobei der SCR-Katalysator eine Beladung mit Ammoniak aufweist, sodass bei der oxidierenden Zusammensetzung des Abgases in dem SCR-Katalysator das Ammoniak mit den Stickoxiden zu Wasser und Stickstoff reagiert, sowie Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen Stickoxid-Speicherkatalysator und mindestens einen stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators angeordneten SCR-Katalysator aufweist, wobei ferner eine Steuereinheit vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Stickoxid-Speicherkatalysator und mindestens einen stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators angeordneten SCR-Katalysator, wobei bei einer oxidierenden Zusammensetzung eines Abgases der Brennkraftmaschine in dem Stickoxid-Speicherkatalysator dem Abgas Stickoxide und Schwefeloxide entzogen und gespeichert werden, wobei der SCR-Katalysator eine Beladung mit Ammoniak aufweist, sodass bei der oxidierenden Zusammensetzung des Abgases in dem SCR-Katalysator das Ammoniak mit den Stickoxiden zu Wasser und Stickstoff reagiert. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuereinheit für eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen Stickoxid-Speicherkatalysator und mindestens einen stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators angeordneten SCR-Katalysator aufweist, wobei der SCR-Katalysator eine Beladung mit Ammoniak aufweist, sodass bei der oxidierenden Zusammensetzung des Abgases in dem SCR-Katalysator das Ammoniak mit den Stickoxiden zu Wasser und Stickstoff reagiert. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen Stickoxid-Speicherkatalysator und mindestens einen stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators angeordneten SCR-Katalysator aufweist, wobei ferner eine Steuereinheit vorgesehen ist.
  • Bei der Nachbehandlung von Abgasen von Brennkraftmaschinen ist es bekannt, mehrere unterschiedliche Systeme einzusetzen, um den Ausstoß unerwünschter Bestandteile des Abgases zu reduzieren. Zu diesen Systemen gehören unter anderem Stickoxid-Speicherkatalysatoren und SCR-Katalysatoren, durch welche der Anteil der Stickoxide (NOx) im Abgas verringert wird. Beim Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (selective catalytic reduction, SCR) wird eine Harnstoff-Wasser-Lösung in das sauerstoffreiche Abgas eingeführt. Im SCR-Katalysator reagiert die Harnstoff-Wasser-Lösung zu Ammoniak, welches sich anschließend mit den Stickoxiden verbindet, woraus Wasser und Stickstoff entstehen. In einem Stickstoff-Speicherkatalysator werden Stickoxide bei magerem, also ebenfalls sauerstoffreichem Abgas gespeichert. Die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine werden kurzzeitig so verändert, dass ein Luftmangel im Abgas, daher fettes Abgas, vorherrscht. Nun können die gespeicherten Stickoxide zu unschädlichem Stickstoff reduziert werden, welcher dann ausgestoßen wird. In NOx-Speicherkatalysatoren wird zusätzlich zu den Stickoxiden regelmäßig auch eine bestimmte Menge an Schwefeloxiden eingespeichert. Da diese eingespeicherten Schwefelverbindungen, die auch Sulfate genannt werden, eine höhere Stabilität als die entsprechenden Stickstoffverbindungen, die sogenannten Nitrate, aufweisen, sammeln sie sich kontinuierlich im Stickoxid-Speicherkatalysator an. Von Zeit zu Zeit muss daher der Stickoxid-Speicherkatalysator von Sulfaten befreit werden. Diese Desulfatisierung setzt eine erhöhte Temperatur in Kombination mit einer unterstöchiometrischen, also fetten Abgaszusammensetzung im Stickoxid-Speicherkatalysator voraus. Die Systeme werden unabhängig voneinander, beispielsweise jeweils anhand von Kennfeldern betrieben, welche einen Katalysatorbetriebszustand, eine Abgassensorik und Betriebspunkte der Brennkraftmaschine abbilden.
  • In der Druckschrift DE 10 2007 041 501 B4 ist beispielsweise ein Verfahren zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine beschrieben, wobei eine Abgasanlage eine NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung und eine SCR-Katalysatoreinrichtung aufweist. Die NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung und die SCR-Katalysatoreinrichtung werden in unterschiedlichen Zylindergruppen zugeordneten Teilabgassträngen angeordnet, wobei in der NOX-Speicherkatalysatoreinrichtung zur Desulfatisierung derselben eine unterstöchiometrische Abgaszusammensetzung vorliegt und eine vorgegebene Menge der dadurch freiwerdenden Schwefelverbindungen zusammen mit einem eine magere Abgaszusammensetzung aufweisenden Abgasstrom zur SCR-Katalysatoreinrichtung strömt, in der der in den Schwefelverbindungen vorhandene Schwefelwasserstoff oxidiert wird.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei der Nachbehandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine einen Stickoxid-Speicherkatalysator und mindestens einem SCR-Katalysator in einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zu betreiben, wobei eine Regelung der Abgasnachbehandlungseinrichtung mehrere Systeme berücksichtigt.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Steuereinheit gemäß der nebengeordneten Ansprüche gelöst. In den jeweiligen Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betrieb einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen Stickoxid-Speicherkatalysator und mindestens einen stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators angeordneten SCR-Katalysator aufweist. Bei einer oxidierenden Zusammensetzung eines Abgases der Brennkraftmaschine werden dem Abgas in dem Stickoxid-Speicherkatalysator Stickoxide und Schwefeloxide entzogen und darin gespeichert. Erfindungsgemäß weißt der SCR-Katalysator eine Beladung mit Ammoniak auf, sodass bei der oxidierenden Zusammensetzung des Abgases in dem SCR-Katalysator das Ammoniak mit den Stickoxiden zu Wasser und Stickstoff reagiert, wobei die Beladung des SCR-Katalysators mit Ammoniak unter Berücksichtigung eines Zustands des Stickoxid-Speicherkatalysators geregelt wird.
  • Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass je nach Zustand des Stickoxid-Speicherkatalysators die Beladung des SCR-Katalysators mit Ammoniak niedrig gehalten werden kann, so dass ein Schlüpfen, also Entweichen von Ammoniak vermieden wird. Weiterhin vorteilhaft kann bei einer hohen Schwefelbeladung des Stickoxid-Speicherkatalysators die Beladung des SCR-Katalysators mit Ammoniak angehoben werden, um einen Einbruch des Stickoxid-Umsatzes des Stickoxid-Speicherkatalysators zu kompensieren.
  • Stickoxid-Speicherkatalysatoren sind im Stand der Technik bekannt. Diese werden auch als NOx-Speichekatalysator (NSK), NOx-Trap oder Lean NOx Trap (LNT) bezeichnet. NOx bezeichnet dabei sowohl Stickstoffmonoxid NO, als auch Stickstoffdioxid NO2. Bei Verwendung eines Stickoxid-Speicherkatalysators wird die Brennkraftmaschine in der Regel mager betrieben, was einen geringen Kraftstoffverbrauch ermöglicht. Dadurch hat das Abgas eine oxidierende Zusammensetzung mit einem Luftüberschuss. Das stickoxidhaltige Abgas wird dem Stickoxid-Speicherkatalysator zugeführt, der dem Abgas die Stickoxide durch Speicherung, vorwiegend als Nitrat, entzieht. Je nach Menge der gespeicherten Stickoxide wird von Zeit zu Zeit die Nitratregeneration des Speicherkatalysators durchgeführt. Hierzu wird die Brennkraftmaschine für kurze Zeit auf Fettbetrieb umgesteuert, wodurch ein fettes Abgas erzeugt wird, welches einen Überschuss an Reduktionmitteln wie Kohlenmonoxid, Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffe aufweist, also eine reduzierende Zusammensetzung. Dies hat eine Freisetzung der im Stickoxid-Speicherkatalysator gespeicherten Stickoxide zur Folge.
  • Der Begriff SCR-Katalysator umfasst im Sinne der Erfindung generell Katalysatorsysteme, welche das Prinzip der selektiven katalytischen Reaktion anwenden und wirkt darüber hinaus nicht einschränkend. Der Begriff schließt insbesondere sogenannte SCRF oder SDPF Katalysatoren mit ein, bei denen eine SCR Beschichtung auf einem Partikelfilter funktionsintegriert ist.
  • Bevorzugt wird eine wässrige Harnstoff-Lösung oder Harnstoff-Wasser-Lösung vor dem SCR-Katalysator in den Abgasstrang, z. B. mittels Dosierpumpe oder Injektor, eingesprüht. Aus der Harnstoff-Wasser-Lösung entstehen durch eine Hydrolysereaktion Ammoniak und CO2. Das so erzeugte Ammoniak (NH3) reagiert im Wesentlichen in dem SCR-Katalysator bei entsprechender Temperatur mit den Stickoxiden im Abgas. Auch in dem Stickoxid-Speicherkatalysator entsteht bei der Nitratregeneration Ammoniak, welches in dem SCR-Katalysator aufgefangen und mit umgesetzt wird.
  • Das Verbrennungsluftverhältnis wird hier auch synonym als Luft-Kraftstoffverhältnis mit dem Kurzzeichen Lambda (λ) bezeichnet. Auch die Bezeichnungen Luftverhältnis oder Luftzahl sind für die dimensionslose Kennzahl gängig, die das Massenverhältnis aus Luft und Brennstoff in einem Verbrennungsprozess angibt. Ein Verbrennungsluftverhältnis kleiner als 1 (λ < 1) bedeutet Luftmangel, bei Brennkraftmaschinen spricht man von einem fetten oder auch reichen Gemisch, es entsteht Abgas mit einer reduzierenden Zusammensetzung. Ein Verbrennungsluftverhältnis größer als 1 (λ > 1) bedeutet Luftüberschuss, bei Verbrennungsmotoren spricht man von einem mageren oder auch armen Gemisch, es entsteht Abgas mit einer reduzierenden Zusammensetzung. Die auch als Lambdaregelung bezeichnete Regelung erfolgt bei einem Ottomotor vorzugsweise durch einen direkten Eingriff auf die eingespritzte Kraftstoffmenge, beim Dieselmotor bevorzugt über das Luftsystem durch Regulierung einer Abgasrückführrate über eine Abgasrückführung.
  • Bevorzugt wird eine Desulfatisierung des Stickoxid-Speicherkatalysators durchgeführt, indem eine reduzierende Zusammensetzung des Abgases eingestellt und eine Abgastemperatur erhöht wird, sodass im Stickoxid-Speicherkatalysator gespeicherte Schwefeloxide unter Bildung von Schwefelwasserstoff freigesetzt werden. Bei der Desulfatisierung vom Stickoxid-Speicherkatalysator freigesetzter Schwefelwasserstoff wird dem SCR-Katalysator zugeführt und unter der reduzierenden Zusammensetzung des Abgases im SCR-Katalysator zu Schwefeldioxid oxidiert. Die Desulfatisierung des Stickoxid-Speicherkatalysators wird bevorzugt durchgeführt, sobald eine Schwefeloxidbeladung des Stickoxid-Speicherkatalysators einen Beladungsgrenzwert erreicht, wobei der Beladungsgrenzwert insbesondere unter Berücksichtigung eines Zustands des SCR-Katalysators bestimmt wird.
  • Erfindungsgemäß wird der Zustand des Stickoxid-Speicherkatalysators nach dem thermischen Alter und/oder nach der Schwefeloxidbeladung des Stickoxid-Speicherkatalysators bewertet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei ansteigendem thermischen Alter des Stickoxid-Speicherkatalysators die Beladung des SCR-Katalysators mit Ammoniak erhöht wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei einer ansteigenden Schwefeloxidbeladung des Stickoxid-Speicherkatalysators die Beladung des SCR-Katalysators mit Ammoniak erhöht wird. Besonders bevorzugt wird von Zeit zu Zeit eine Desulfatisierung des Stickoxid-Speicherkatalysators durchgeführt wird, wobei die Beladung des SCR-Katalysators mit Ammoniak nach der Desulfatisierung wieder gesenkt wird.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Steuereinheit für eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen Stickoxid-Speicherkatalysator und mindestens einen stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators angeordneten SCR-Katalysator aufweist. Der SCR-Katalysator weist eine Beladung mit Ammoniak auf, sodass bei der oxidierenden Zusammensetzung des Abgases in dem SCR-Katalysator das Ammoniak mit den Stickoxiden zu Wasser und Stickstoff reagiert. Die Steuereinheit ist erfindungsgemäß dazu ausgebildet, die Beladung des SCR-Katalysators mit Ammoniak unter Berücksichtigung eines Zustands des Stickoxid-Speicherkatalysators zu regeln.
  • Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, den Zustand des Stickoxid-Speicherkatalysators nach einem thermischen Alter und einer Schwefeloxidbeladung des Stickoxid-Speicherkatalysators zu bewerten.
  • Die Steuereinheit ist weiterhin bevorzugt dazu ausgebildet, von Zeit zu Zeit eine Desulfatisierung des Stickoxid-Speicherkatalysators durchzuführen, indem die Brennkraftmaschine während der Desulfatisierung Abgas mit einer reduzierenden Zusammensetzung und mit einer erhöhten Temperatur erzeugt, sodass im Stickoxid-Speicherkatalysator gespeicherte Schwefeloxide unter Bildung von Schwefelwasserstoff freigesetzt werden und in dem SCR-Katalysator unter der reduzierenden Zusammensetzung des Abgases zu Schwefeldioxid oxidieren. Die Steuereinheit ist weiterhin bevorzugt dazu ausgebildet, die Desulfatisierung des Stickoxid-Speicherkatalysators durchzuführen, sobald eine Schwefeloxidbeladung des Stickoxid-Speicherkatalysators einen Beladungsgrenzwert erreicht, wobei die Steuereinheit insbesondere dazu ausgebildet ist, den Beladungsgrenzwert unter Berücksichtigung eines Zustands des SCR-Katalysators variabel zu bestimmen
  • Weiterhin vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, das zuvor beschriebene Verfahren auszuführen.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen Stickoxid-Speicherkatalysator und mindestens einen stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators angeordneten SCR-Katalysator aufweist, wobei ferner eine Steuereinheit, wie zuvor beschrieben, vorgesehen ist.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Ausführungen betreffen alle Erfindungsgegenstände gleichermaßen, sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
  • Es zeigen
    • 1 ein schematisches Blockbild einer Brennkraftmaschine mit zugehöriger Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
    • 2 ein schematisches Blockbild einer Variante der Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
    • 3 ein schematisches Blockbild einer weiteren Variante der Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • In der in 1 dargestellten Ausführungsform dient ein Dieselmotor als Brennkraftmaschine 1. Der Brennkraftmaschine 1 wird über die Ansaugluftleitung 3 Verbrennungsluft zugeführt. Der Brennkraftmaschine 1 ist die Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 zugeordnet, welche in der Abgasleitung 4 einen Oxidationskatalysator 5, einen Partikelfilter 6, einen Stickoxid-Speicherkatalysator 7 und einen SCR-Katalysator 8 aufweist. Im vorliegenden Fall ist einerseits der Partikelfilter 6 unmittelbar dem Oxidationskatalysator 5 nachgeschaltet und andererseits der SCR-Katalysator 8 unmittelbar dem Stickoxid-Speicherkatalysator 7 nachgeschaltet. Eine Temperatur des Stickoxid-Speicherkatalysators 7 wird mittels eines Sensors 15 gemessen. Stromauf des Oxidationskatalysators 5 ist in der Abgasleitung 4 ein Abgasturbolader 12 untergebracht, welcher zur Verdichtung der Verbrennungsluft dient, welche nach der Verdichtung von einem in der Ansaugluftleitung 3 angeordnetem Ladeluftkühler 14 gekühlt wird. Der Brennkraftmaschine 1 ist ferner eine Steuereinheit 9 zugeordnet, welche u.a. zur Steuerung der Verbrennung dient. Zur Übertragung der dazu notwendigen Steuersignale sind Steuer- bzw. Signalleitungen 10 vorhanden. Weitere der Messung und Kontrolle von Betriebsparametern dienende Bauteile wie Sauerstoffsonden, Temperaturfühler, Drosselklappen, weitere Signalleitungen und dergleichen sind der Übersichtlichkeit halber nicht in der Zeichnung dargestellt.
  • Die Brennkraftmaschine 1 wird primär mager betrieben. Im Abgas enthaltene Partikel werden im Partikelfilter 6 zurückgehalten. Beim Durchgang des Abgases durch den Oxidationskatalysator 5 wird im Abgas enthaltenes NO zu NO2 oxidiert und kann dann im nachgeschalteten Partikelfilter 6 seinerseits dort abgelagerte kohlenstoffhaltige Partikel oxidieren, wodurch eine kontinuierliche Regeneration des Partikelfilters 6 erfolgt. Das dem Partikelfilter entströmende, weiterhin stickoxidhaltige Abgas wird dem Stickoxid-Speicherkatalysator 7 zugeführt, der dem Abgas die Stickoxide durch Speicherung, vorwiegend als Nitrat, entzieht. Je nach Menge der gespeicherten Stickoxide wird von Zeit zu Zeit eine Nitratregeneration des Speicherkatalysators 7 durchgeführt. Hierzu wird die Brennkraftmaschine 1 für kurze Zeit auf Fettbetrieb umgesteuert, wodurch ein fettes Abgas erzeugt wird, welches einen Überschuss an Reduktionmitteln wie Kohlenmonoxid, Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffe aufweist. Dies hat eine Freisetzung der im Stickoxid-Speicherkatalysator 7 gespeicherten Stickoxide zur Folge, die an den in der katalytischen Schicht des Stickoxid-Speicherkatalysators 7 vorhandenen Edelmetallzentren von den Reduktionsmitteln des Abgases reduziert werden. Eine Temperatur des Stickoxid-Speicherkatalysators 7 wird mittels des Sensors 15 festgestellt, da die Nitratregeneration nur durchgeführt wird, wenn die Temperatur des Stickoxid-Speicherkatalysators 7 einen Temperaturgrenzwert überschreitet.
  • Das Verbrennungsluftverhältnis wird hier auch synonym als Luft-Kraftstoffverhältnis mit dem Kurzzeichen Lambda (λ) bezeichnet. Die daher auch Lambdaregelung genannte Regelung erfolgt bei einem Ottomotor durch einen direkten Eingriff auf die eingespritzte Kraftstoffmenge, was beim Dieselmotor jedoch nicht üblich ist, da beim Dieselmotor das Motormoment über die Änderung der Kraftstoffmenge gesteuert wird. Die Lambdaregelung beim Dieselmotor erfolgt stattdessen über das Luftsystem durch Regulierung der Abgasrückführrate über eine Abgasrückführung 11.
  • Als Reduktionsprodukt der Stickoxidreduktion entsteht hauptsächlich Stickstoff. Zusätzlich werden je nach den Bedingungen unter denen die Nitratregeneration durchgeführt wird, auch mehr oder weniger große Mengen des Reduktionsproduktes Ammoniak (NH3) gebildet, dessen Freisetzung in die Umgebung unerwünscht ist. Mit Hilfe des erfindungsgemäß stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators 7 angeordneten SCR-Katalysators 8 wird das Ammoniak durch Einlagerung abgefangen. Dieses eingelagerte NH3 steht in dem auf die Nitratregeneration folgenden mageren Brennkraftmaschinenbetrieb als zusätzliches Reduktionsmittel zur selektiven Stickoxid-Reduktion im SCR-Katalysator 8 zur Verfügung. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Stickoxidentfernung in der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 zusätzlich in vorteilhafter Weise gesteigert.
  • Bei der Verwendung von schwefelhaltigem Kraftstoff enthält das Abgas der Brennkraftmaschine 1 Schwefeldioxid, das vom Katalysatormaterial des Stickoxid-Speicherkatalysators 7 unter Bildung von stabilen Sulfaten aufgenommen wird, was dessen Stickoxidspeicherfähigkeit im Laufe der Zeit zunehmend vermindert. Der Stickoxid-Speicherkatalysator 7 wird daher in einer Desulfatisierung (Entschwefelung) wiederholt von eingelagertem Schwefel befreit, d.h. regeneriert. Dazu wird die Brennkraftmaschine 1 in einem Entschwefelungsbetriebsmodus betrieben. Dieser Entschwefelungsbetriebsmodus beinhaltet eine z.B. durch Kraftstoffnacheinspritzung bewirkte Anhebung der Abgastemperatur auf über 500 °C und die Einstellung einer reduzierenden Abgaszusammensetzung auf Werte von ca. 0,95 oder weniger für das Luft-Kraftstoffverhältnis (λ), ähnlich wie zum Zwecke der Nitratregeneration. Unter diesen Bedingungen gelingt es, die relativ stabilen Sulfate im Stickoxid-Speicherkatalysator 7 reduktiv zu zersetzen. Dabei entstehen je nach Temperatur, Stärke der Anfettung und Menge des im Stickoxid-Speicherkatalysator gespeicherten Schwefels mehr oder weniger große Mengen an Schwefelwasserstoff (H2S). Dieses H2S wird im Stickoxid-Speicherkatalysator 7 und im SCR-Katalysator 8 unter den reduzierenden Bedingungen der Entschwefelung zu weniger geruchsintensivem Stickstoffdioxid (SO2) umgesetzt. Dadurch wird das üblicherweise mit der Entschwefelung, hier auch als Desulfatisierung bezeichnet, von Stickoxid-Speicherkatalysatoren verbundene Geruchsproblem vermieden. Ein Vorteil des Einsatzes des SCR-Katalysators 8 stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators 7 liegt darin, dass die Prozessführung der Desulfatisierung vereinfacht werden kann, da diese nicht auf die Minimierung des unerwünschten Desulfatisierungsproduktes H2S hin ausgerichtet sein muss. Z.B. lässt sich die Desulfatisierung durch eine stärkere Anfettung mit λ-Werten unterhalb 0,95 und damit verbundener stärkerer und schnellerer H2S-Freisetzung aus dem Stickoxid-Speicherkatalysator 7 deutlich verkürzen.
  • Der SCR-Katalysator 8 weist eine Beladung mit Ammoniak auf, sodass bei der oxidierenden Zusammensetzung des Abgases in dem SCR-Katalysator 8 das Ammoniak mit den Stickoxiden zu Wasser und Stickstoff reagiert, wobei die Beladung des SCR-Katalysators 8 mit Ammoniak unter Berücksichtigung eines Zustands des Stickoxid-Speicherkatalysators 7 geregelt wird, insbesondere unter Berücksichtigung des thermischen Alters und/oder der Schwefeloxidbeladung des Stickoxid-Speicherkatalysators 7. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass je nach Zustand des Stickoxid-Speicherkatalysators 7 die Beladung des SCR-Katalysators 8 mit Ammoniak niedrig gehalten werden kann, so dass ein Schlüpfen, also Entweichen von Ammoniak vermieden wird.
  • Vor dem SCR-Katalysator 8 ist eine Einleitung von wässriger Harnstofflösung 16 vorgesehen. Im SCR-Katalysator 8 reagiert die Harnstoff-Wasser-Lösung zu Ammoniak, welches sich anschließend mit den Stickoxiden verbindet, woraus Wasser und Stickstoff entstehen. Die Regelung der Beladung des SCR-Katalysators 8 mit Ammoniak erfolgt vorzugsweise durch die Menge an zugesetzter Harnstoff-Wasser-Lösung.
  • Die Steuereinheit 9 der Brennkraftmaschine 1 ist bevorzugt dazu ausgebildet, von Zeit zu Zeit eine Desulfatisierung des Stickoxid-Speicherkatalysators 7 durchzuführen, indem die Brennkraftmaschine 1 während der Desulfatisierung Abgas mit einer reduzierenden Zusammensetzung und mit einer erhöhten Temperatur erzeugt, sodass im Stickoxid-Speicherkatalysator 7 gespeicherte Schwefeloxide unter Bildung von Schwefelwasserstoff freigesetzt werden. Die Steuereinheit 9 ist dazu ausgebildet, die Desulfatisierung des Stickoxid-Speicherkatalysators 7 durchzuführen, sobald eine Schwefeloxidbeladung des Stickoxid-Speicherkatalysators einen Beladungsgrenzwert erreicht, wobei die Steuereinheit 9 insbesondere dazu ausgebildet ist, den Beladungsgrenzwert unter Berücksichtigung eines Zustands des SCR-Katalysators 8 zu bestimmen, insbesondere den Beladungsgrenzwert unter Berücksichtigung eines thermischen Alters des SCR-Katalysators 8 zu bestimmen.
  • Die Einsatzmöglichkeit des SCR-Katalysators 8 stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators 7 ist nicht von der Anwesenheit der vorgeschalteten Reinigungskomponenten wie z.B. Partikelfilter 6 und Oxidationskatalysator 5 abhängig. H2S kann auch im Stickoxid-Speicherkatalysator 7 oxidiert werden. Ein SCR-Katalysator 8 ist dazu nicht zwingend erforderlich.
  • In den 2 und 3 sind Varianten der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 gezeigt, welche typischerweise mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine verwendet werden. Die Ausführungen bezüglich der nicht dargestellten Elemente der Brennkraftmaschine beziehen sich auf die 1.
  • In der 2 ist ein schematisches Blockbild einer Variante der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 gezeigt, wobei in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander der Stickoxid-Speicherkatalysator 7 ein erster kombinierter SCR-Katalysator 6, 8 mit Filter, ein sogenannter SCRF (Selective Catalytic Reduction Filter) und ein zweiter SCR-Katalysator 8 angeordnet sind. Bei dem SCRF handelt es sich um eine Kombination aus SCR-Katalysator 8 und Partikelfilter 6, welcher im Sinne der Erfindung zu den SCR-Katalysatoren zu zählen ist. Jeweils vor den SCR-Katalysatoren 8 ist eine Einleitung von wässriger Harnstofflösung 16 vorgesehen. Die stromabwärts gelegene zweite Einleitung von wässriger Harnstofflösung 16 und der zweite SCR-Katalysator sind optional.
  • In der 3 ist ein schematisches Blockbild einer weiteren Variante der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 gezeigt, wobei in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander der Stickoxid-Speicherkatalysator 7, der Partikelfilter 6 und der SCR-Katalysator 8 angeordnet sind. Vor dem SCR-Katalysator 8 ist eine Einleitung von wässriger Harnstofflösung 16 vorgesehen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Abgasnachbehandlungseinrichtung
    3
    Ansaugluftleitung
    4
    Abgasleitung
    5
    Oxidationskatalysator
    6
    Partikelfilter
    7
    Stickoxid-Speicherkatalysator
    8
    SCR-Katalysator
    6, 8
    SCRF, kombinierter SCR-Katalysator mit Partikelfilter
    9
    Steuereinheit
    10
    Signalleitung
    11
    Abgasrückführung
    12
    Abgasturbolader
    14
    Ladeluftkühler
    15
    Sensor
    16
    Einleitung der wässrigen Harnstofflösung
    A
    Pfeil, Strömungsrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007041501 B4 [0003]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Stickoxid-Speicherkatalysator (7) und mindestens einen stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators (7) angeordneten SCR-Katalysator (8), wobei bei einer oxidierenden Zusammensetzung eines Abgases der Brennkraftmaschine in dem Stickoxid-Speicherkatalysator (7) dem Abgas Stickoxide und Schwefeloxide entzogen und gespeichert werden, wobei der SCR-Katalysator (8) eine Beladung mit Ammoniak aufweist, sodass bei der oxidierenden Zusammensetzung des Abgases in dem SCR-Katalysator das Ammoniak mit den Stickoxiden zu Wasser und Stickstoff reagiert, wobei die Beladung des SCR-Katalysators (8) mit Ammoniak unter Berücksichtigung eines Zustands des Stickoxid-Speicherkatalysators (7) geregelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand des Stickoxid-Speicherkatalysators (7) nach einem oder mehreren der folgenden Merkmale bewertet wird: thermisches Alter und Schwefeloxidbeladung des Stickoxid-Speicherkatalysators.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei ansteigendem thermischen Alter des Stickoxid-Speicherkatalysators die Beladung des SCR-Katalysators (8) mit Ammoniak erhöht wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ansteigenden Schwefeloxidbeladung des Stickoxid-Speicherkatalysators die Beladung des SCR-Katalysators (8) mit Ammoniak erhöht wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass von Zeit zu Zeit eine Desulfatisierung des Stickoxid-Speicherkatalysators (7) durchgeführt wird, wobei die Beladung des SCR-Katalysators (8) mit Ammoniak nach der Desulfatisierung wieder gesenkt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf des SCR-Katalysators (8) dem Abgas eine Harnstoff-Wasser-Lösung (16) zugesetzt wird, wobei die Harnstoff-Wasser-Lösung in dem SCR-Katalysator (8) zu Ammoniak reagiert, wobei die Beladung des SCR-Katalysators mit Ammoniak über die Menge an zugesetzter Harnstoff-Wasser-Lösung geregelt wird.
  7. Steuereinheit (9) für eine Brennkraftmaschine (1) mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen Stickoxid-Speicherkatalysator (7) und mindestens einen stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators angeordneten SCR-Katalysator (8) aufweist, wobei der SCR-Katalysator (8) eine Beladung mit Ammoniak aufweist, sodass bei der oxidierenden Zusammensetzung des Abgases in dem SCR-Katalysator das Ammoniak mit den Stickoxiden zu Wasser und Stickstoff reagiert, wobei die Steuereinheit (9) dazu ausgebildet ist, die Beladung des SCR-Katalysators (8) mit Ammoniak unter Berücksichtigung eines Zustands des Stickoxid-Speicherkatalysators (7) zu regeln.
  8. Steuereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (9) dazu ausgebildet ist, den Zustand des Stickoxid-Speicherkatalysators (7) nach einem oder mehreren der folgenden Merkmale zu bewerten: thermisches Alter und Schwefeloxidbeladung des Stickoxid-Speicherkatalysators.
  9. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (9) dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
  10. Brennkraftmaschine (1) mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen Stickoxid-Speicherkatalysator (7) und mindestens einen stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators angeordneten SCR-Katalysator (8) aufweist, wobei ferner eine Steuereinheit (9) nach einem der Ansprüche 7 bis 9 vorgesehen ist.
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