DE102019104511B4 - Verfahren für den Betrieb einer Abgasreinigungsvorrichtung und Abgasreinigungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Verfahren für den Betrieb einer Abgasreinigungsvorrichtung (10) eines Fahrzeugs, aufweisend die folgenden Schritte:- Überwachen eines motornahen Lambda-Wertes (Ln) einer motornahen Katalysatorvorrichtung (20),- Betreiben der motornahen Katalysatorvorrichtung (20) mit Kraftstoffüberschuss,- Kühlen des Abgasstroms zwischen der motornahen Katalysatorvorrichtung (20) und der motorfernen Katalysatorvorrichtung (30),- Überwachen eines motorfernen Lambda-Wertes (Lf) einer motorfernen Katalysatorvorrichtung (30),- Betreiben der motorfernen Katalysatorvorrichtung (30) in stöchiometrischer Betriebsweise.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für den Betrieb einer Abgasreinigungsvorrichtung sowie eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs.
  • Es ist grundsätzlich bekannt, dass Fahrzeuge mit Verbrennungskraftmaschinen Abgasreinigungsvorrichtungen aufweisen. Solche Abgasreinigungsvorrichtungen sind üblicherweise mit mehrstufigen Katalysatorvorrichtungen ausgestattet. Häufig handelt es sich dabei um eine zweistufige Katalysatorvorrichtung, wobei eine motornahe Katalysatorvorrichtung und eine motorferne Katalysatorvorrichtung vorgesehen ist. Die motornahe Katalysatorvorrichtung und die motorferne Katalysatorvorrichtung werden üblicherweise in einem stöchiometrischen Betrieb geführt, das bedeutet also, dass die Lambda-Werte dieser beiden Katalysatorvorrichtungen identisch oder im Wesentlichen identisch im Bereich um 1 gehalten werden.
  • Bei der voranstehenden und bekannten Lösung gibt es einige technische Nachteile. Dabei handelt es sich zum einen um ein unerwünscht langsames Aufheizen der motorfernen Katalysatorvorrichtung. Da diese motorferne Katalysatorvorrichtung nur zum Nachbehandeln der Restabgase aus der ersten motornahen Katalysatorvorrichtung dient, sind relativ wenige Reaktionsstoffe vorhanden, um über exotherme Aufheizvorgänge und chemische Reaktionen eine Temperatur der motorfernen Katalysatorvorrichtung zu erhöhen. Das langsame Aufheizen bei einem Kaltstartvorgang führt dazu, dass der Zeitpunkt, ab welchem die gewünschte Katalysatortemperatur für vollständigen Betrieb erreicht wird, relativ spät zur Verfügung steht. Gleichzeitig findet jedoch in der motornahen Katalysatorvorrichtung durch die Nähe zur Verbrennungskraftmaschine eine relativ schnelle Aufheizung statt. Bei sehr starker Last auf der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere unter Volllast, führt dies zu sehr hohen thermischen Belastungen der motornahen Katalysatorvorrichtung. Das bedeutet, dass die motornahe Katalysatorvorrichtung zum einen für den Kaltstartbetrieb mit einer hohen Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Katalysatorleistung ausgelegt werden muss, während gleichzeitig das Material der motornahen Katalysatorvorrichtung für eine hohe thermische Belastung ausgelegt werden muss. Dies führt zu erhöhten Kosten und erhöhtem Gewicht der Abgasreinigungsvorrichtung.
  • DE 10 2013 226 063 A1 offenbart eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs, aufweisend eine motornahe Katalysatorvorrichtung und eine motorferne Katalysatorvorrichtung, mit einer motornahen Sensoreinheit zur Überwachung des motornahen Lambda-Wertes der motornahen Katalysatorvorrichtung und einer motorfernen Sensoreinheit für eine Überwachung eines motorfernen Lambda-Wertes der motorfernen Katalysatorvorrichtung.
  • DE 10 2011 007 364 A1 A1 offenbart eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs mit zwei Zylindergruppen, aufweisend eine motornahe Katalysatorvorrichtung in einer ersten Abgasführung für eine erste Zylindergruppe, eine motornahe Katalysatorvorrichtung in einer zweiten Abgasführung für eine zweite Zylindergruppe und eine motorferne Katalysatorvorrichtung für beide Zylindergruppen in einer gemeinsamen Abgasführung. Die erste Abgasführung der ersten Zylindergruppe wird bei einem Lambdawert größer 1 und die zweite Abgasführung der zweiten Zylindergruppe wird bei einem Lambdawert kleiner 1 betrieben. Die gemeinsame Abgasführung wird bei einem Lambdawert von 1 betrieben.
  • Aus DE 10 2016 202 799 A1 ist weiterer Stand der Technik bekannt.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die Materialbelastung der Katalysatorvorrichtungen zu senken und vorzugsweise gleichzeitig das Aufheizen einer motorfernen Katalysatorvorrichtung zu beschleunigen.
  • Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Abgasreinigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
  • Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verfahren für den Betrieb einer Abgasreinigungsvorrichtung eines Fahrzeugs die folgenden Schritte aufweist:
    • - Überwachen eines motornahen Lambda-Wertes einer motornahen Katalysatorvorrichtung,
    • - Betreiben der motornahen Katalysatorvorrichtung mit Kraftstoffüberschuss,
    • - Kühlen der Abgasstroms zwischen der motornahen Katalysatorvorrichtung und der motorfernen Katalysatorvorrichtung,
    • - Überwachen eines motorfernen Lambda-Wertes einer motorfernen Katalysatorvorrichtung,
    • - Betreiben der motorfernen Katalysatorvorrichtung in stöchiometrischer Betriebsweise.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren beruht also grundsätzlich auf bekannten Abgasvorrichtungen mit zweistufigen Katalysatorvorrichtungen. Unter einer motornahen Katalysatorvorrichtung und einer motorfernen Katalysatorvorrichtung sind dabei Katalysatorvorrichtungen zu verstehen, welche in einem gemeinsamen Abgasstrom zwischen der Verbrennungskraftmaschine auf der einen Seite und einem Abgasauslass in die Umgebung auf der anderen Seite angeordnet sind. Erfindungsgemäß werden nun die beiden Katalysatorvorrichtungen mit unterschiedlichen Lambda-Werten und damit in unterschiedlichen Betriebsweisen betrieben. Der Betrieb der motornahen Katalysatorvorrichtung kann durch die Überwachung des motornahen Lambda-Wertes kontrolliert erfolgen. Erfindungsgemäß wird hier für den Betrieb der motornahen Katalysatorvorrichtung ein Kraftstoffüberschuss eingesetzt, also der motornahe Lambda-Wert < 1 gehalten. Man kann hier auch von einem fetten Kraftstoffgemisch beim Betrieb der motornahen Katalysatorvorrichtung sprechen. Diese fette Betriebsweise mit Kraftstoffüberschuss in der motornahen Katalysatorvorrichtung führt dazu, dass zumindest zum Teil eine veränderte chemische Reaktion in dieser motornahen Katalysatorvorrichtung stattfindet. Insbesondere wird eine Fokussierung auf sogenannte Magerschadstoffe, hauptsächlich Stickoxide, in der ersten Katalysatorvorrichtung durchgeführt. Dies erlaubt es, die exothermen Reaktionen in der ersten Katalysatorvorrichtung zu reduzieren, sodass ein Aufheizprozess aus chemischen Gesichtspunkten reduziert werden kann. Die thermische Belastung der ersten motornahen Katalysatorvorrichtung kann auf diese Weise reduziert werden. Um die auf diese Weise reduzierte Katalysatorwirkung der motornahen Katalysatorvorrichtung zu kompensieren, ist in der motorfernen Katalysatorvorrichtung die Betriebsweise stöchiometrisch ausgelegt. Hierfür wird durch die Überwachung des motorfernen Lambda-Wertes dieser im Bereich um 1 gehalten. Auf diese Weise wird es möglich, auch die Fettschadstoffe, also insbesondere Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffverbindungen in der motorfernen Katalysatorvorrichtung zu konvertieren. Dadurch, dass nun in der chemischen Betriebsweise der motorfernen Katalysatorvorrichtung eine größere Umsetzung stattfindet, wird die exotherme Wirkung der Katalysatorfunktion in der motorfernen Katalysatorvorrichtung erhöht. Mit anderen Worten werden die übrig gebliebenen Schadstoffe nach der motornahen Katalysatorvorrichtung nun im Vergleich zu den bekannten Lösungen in der motorfernen Katalysatorvorrichtung umgesetzt, sodass sozusagen mehr chemische Heizleistung zur Verfügung steht, um über exotherme Katalysatorreaktionen die motorferne Katalysatorvorrichtung schneller aufzuheizen.
  • Basierend auf den voranstehenden Erläuterungen lässt sich erkennen, dass die thermische Belastung der motornahen Katalysatorvorrichtung durch den Betrieb im Kraftstoffüberschuss reduziert werden kann. Zwar bleibt die thermische Belastung durch thermische Leitung von der Verbrennungskraftmaschine bestehen, jedoch wird die thermische Belastung durch eigene exotherme Reaktion reduziert. Die gesamte thermische Belastung für die motornahe Katalysatorvorrichtung lässt sich auf diese Weise reduzieren, sodass hinsichtlich der Materialwahl, der Größe und des Gewichts die motornahe Katalysatorvorrichtung optimierbar ist. Im gleichen Zug wird die verstärkte Katalysatorfunktion in der motorfernen Katalysatorvorrichtung nun in stöchiometrischer Weise dazu führen, dass hier eine verstärkte und schnellere thermische Aufheizung stattfindet. Im Vergleich zu den bekannten Lösungen kann also ein schnelleres Aufheizen, insbesondere bei Kaltstartsituationen oder im Teillastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Abgasstrom zwischen der motornahen Katalysatorvorrichtung und der motorfernen Katalysatorvorrichtung, insbesondere selektiv, gekühlt. Dies erlaubt es noch flexibler auf die tatsächliche Temperatur in der jeweiligen Katalysatorvorrichtung einzuwirken. Insbesondere im Volllastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine kann auf diese Weise eine zusätzliche thermische Kühlung der motorfernen Katalysatorvorrichtung gewährleistet werden. Dadurch, dass diese Kühlung insbesondere selektiv, also schaltbar erfolgt, kann entschieden werden, ob die motorferne Katalysatorvorrichtung für einen schnellen Aufheizbetrieb ungekühlt oder zum Beispiel unter Volllast zur Vermeidung thermischer Belastung gekühlt betrieben werden soll.
  • Es kann also zusammengefasst werden, dass durch die erfindungsgemäße Betriebsweise bei einem erfindungsgemäßen Verfahren gleichzeitig die motornahe Katalysatorvorrichtung thermisch geschützt und die motorferne Katalysatorvorrichtung schneller thermisch aufgeheizt werden kann.
  • Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der motorfernen Katalysatorvorrichtung für die stöchiometrische Betriebsweise zusätzliches Gas, insbesondere zusätzliche Luft und/oder ein zusätzliches Luftgemisch, zugeführt wird. Auf diese Weise werden eine größere Flexibilität und eine größere Funktionsfreiheit erzielt. Dadurch, dass die motornahe Katalysatorvorrichtung und die motorferne Katalysatorvorrichtung bei einem erfindungsgemäßen Verfahren seriell hintereinandergeschaltet sind, kann diese Betriebsweise auch als serielle Splitbetriebsweise bezeichnet werden. Dadurch, dass zusätzliches Gas, zum Beispiel Außenluft oder Luft aus dem Ansaugtrakt eines Turbomotors, in die motorferne Katalysatorvorrichtung eingebracht werden kann, kann flexibel auf die tatsächliche Zusammensetzung nach der motornahen Katalysatorvorrichtung reagiert werden. Die Betriebsweise der motornahen und der motorfernen Katalysatorvorrichtung lässt sich auf diese Weise flexibler einstellen.
  • Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren nur oder im Wesentlichen nur in einem Teillastbetrieb und/oder in einem Startbetrieb einer Verbrennungskraftmaschine das Verfahren durchgeführt wird. Das bedeutet also, dass insbesondere unter Volllast der Verbrennungskraftmaschine das erfindungsgemäße Verfahren nicht durchgeführt, bevorzugt eine stöchiometrische Katalyse in allen Katalysatorvorrichtungen als Betrieb eingestellt ist. Die Volllastsituation der Verbrennungskraftmaschine ist also vorzugsweise frei von den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten. Dies erlaubt es, erfindungsgemäß die Vorteile für den Nichtvolllastbetrieb zu erzielen, und gleichzeitig im Volllastbetrieb auf andere Betriebsparameter die Betriebsweisen der Katalysatorvorrichtungen zu optimieren.
  • Ebenfalls von Vorteil kann es sein, das erfindungsgemäße Verfahren unter Volllast durchzuführen.
  • Weiter vorteilhaft kann es sein, das erfindungsgemäße Verfahren nur unter Volllast und erst sobald die Temperatur des motornahen Katalysators eine Grenztemperatur überschreitet durchzuführen.
  • Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren bei einem Fahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine mit zwei Zylinderabschnitten jeder Zylinderabschnitt eine spezifische motornahe Katalysatorvorrichtung aufweist, welche mit gegensätzlichen, insbesondere komplementären Lambda-Werten betrieben werden. Häufig sind bei Sportfahrzeugen Verbrennungskraftmaschinen mit mehreren Zylinderbänken vorgesehen. So können beispielsweise sechs Zylinder in Reihenform, aber auch in V-artiger Bauweise vorgesehen sein. Gleiches gilt auch für Achtzylinder-, Zehnzylinder- oder sogar Zwölfzylindermotoren. Selbstverständlich können auch zwei oder mehr Zylinderabschnitte als separate Teile der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein. Gemäß dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist für jeden Zylinderabschnitt eine spezifische eigene motornahe Katalysatorvorrichtung vorgesehen. Das bedeutet also, dass bei zwei Zylinderabschnitten auch zwei separate motornahe Katalysatorvorrichtungen vorgesehen sind, wobei eine gemeinsame motorferne Katalysatorvorrichtung die Abgasströme aus den beiden separaten motornahen Katalysatorvorrichtungen wieder zusammenführt. Bei dieser Ausführungsform werden die beiden motornahen Katalysatorvorrichtungen gegensätzlich betrieben. Das bedeutet, dass die Lambda-Werte auf unterschiedlichen Seiten einer stöchiometrischen Betriebsweise liegen. Mit anderen Worten wird die erste motornahe Katalysatorvorrichtung für den ersten Zylinderabschnitt zum Beispiel in fetter Betriebsweise gefahren, während die zweite motornahe Katalysatorvorrichtung für den zweiten Zylinderabschnitt entsprechend in magerer Betriebsweise gefahren wird. Vorzugsweise handelt es sich bei diesen gegensätzlichen Lambda-Werten um komplementäre oder im Wesentlichen komplementäre Lambda-Werte, die also im Wesentlichen um den gleichen Betrag von der stöchiometrischen Betriebsweise abweichen. Mit anderen Worten ergänzen sich die von der stöchiometrischen Betriebsweise abweichenden Lambda-Werte der beiden separaten motornahen Katalysatorvorrichtungen durch das Zusammenführen in einem gemeinsamen Abgasstrom automatisch oder im Wesentlichen automatisch für die nachfolgende motorferne Katalysatorvorrichtung wieder für einen stöchiometrischen Betrieb. Insbesondere ist es auf diese Weise möglich, die erfindungsgemäßen Vorteile besonders einfach und flexibel zu gestalten und zu erhalten, ohne dass eine separate Gaszufuhr für die stöchiometrische Betriebsweise der motorfernen Katalysatorvorrichtung notwendig werden würde.
  • Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs. Eine solche Abgasreinigungsvorrichtung weist eine motornahe Katalysatorvorrichtung und eine motorferne Katalysatorvorrichtung mit einer motornahen Sensoreinheit zur Überwachung des motornahen Lambda-Wertes der motornahen Katalysatorvorrichtung auf. Weiter ist eine motorferne Sensoreinheit für eine Überwachung eines motorfernen Lambda-Wertes der motorfernen Katalysatorvorrichtung vorgesehen. Darüber hinaus ist ein Kontrollmodul vorgesehen für einen Betrieb der motornahen Katalysatorvorrichtung mit Kraftstoffüberschuss und der motorfernen Katalysatorvorrichtung in stöchiometrischer Betriebsweise. Insbesondere ist das Kontrollmodul ausgelegt für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Bei der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung ist zwischen der motornahen Katalysatorvorrichtung und der motorfernen Katalysatorvorrichtung eine Kühlvorrichtung angeordnet für ein Kühlen des Abgasstroms von der motornahen Katalysatorvorrichtung zu der motorfernen Katalysatorvorrichtung. Hier können zum Beispiel Medien wie Wasser oder Luft als Kühlmedien eingesetzt werden. Auch kann es sich um eine aktive oder eine passive Kühlung handeln. Auch das Einspritzen eines Mediums, zum Beispiel in Form von Wasser, ist als Kühlvorrichtung im Sinne dieser Ausführungsform denkbar. Wie bereits mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren erläutert worden ist, kann hier auch im Volllastbetrieb die thermische Belastung der motorfernen Katalysatorvorrichtung reduziert werden. Bevorzugt ist diese Kühlvorrichtung selektiv, also schaltbar zwischen unterschiedlichen Kühlzuständen ausgebildet. Wichtig kann dabei insbesondere ein Ausschalten dieser Kühlvorrichtung sein, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in einem Kaltstartbetrieb befindet.
  • Eine erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung bringt damit die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert worden sind. Die einzelnen Bauteile, also insbesondere die Katalysatorvorrichtungen, stehen dabei miteinander in fluidkommunizierender Verbindung für eine Führung des Abgasstroms.
  • Weitere Vorteile sind erzielbar, wenn bei einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem voranstehenden Absatz zwischen der motornahen Katalysatorvorrichtung und der motorfernen Katalysatorvorrichtung ein Gaseinlass angeordnet ist für einen Einlass eines zusätzlichen Gases, insbesondere von zusätzlicher Luft und/oder einem zusätzlichem Gasgemisch, wobei der Gaseinlass insbesondere mit einer Pumpvorrichtung und/oder einer Gasquelle verbunden ist. Dieser zusätzliche Gaseinlass erlaubt die bereits erläuterte Erhöhung der Flexibilität in der Betriebsweise, sodass insbesondere ein aktiver Einfluss auf die stöchiometrische Betriebsweise der motorfernen Katalysatorvorrichtung genommen werden kann. Die Verwendung einer Pumpvorrichtung erlaubt es, ein Luftgemisch oder Luft aus der Umgebung des Fahrzeugs als zusätzliches Gas in den Gaseinlass einzubringen. Zusätzlich oder alternativ kann jedoch auch eine Gasquelle vorgesehen sein, welche zum Beispiel das Saugrohr einer Turbovorrichtung vor der Verbrennungskraftmaschine sein kann.
  • Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung zwischen der motornahen Katalysatorvorrichtung und der motorfernen Katalysatorvorrichtung wenigstens eine zusätzliche Sensoreinheit angeordnet ist für eine Bestimmung wenigstens eines Zwischen-Lambda-Wertes. Dies erlaubt es, auch zwischen den Katalysatorvorrichtungen eine Überwachung eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Ist, wie bereits erläutert, ein Gaseinlass für das Einbringen eines zusätzlichen Gases vorgesehen, so sind insbesondere zwei solcher zusätzlicher Sensoreinheiten auf beiden Seiten des Gaseinlasses vorgesehen. Dies erlaubt es, bei der Einflussnahme mit zusätzlich eingebrachtem Gas noch exakter eine Kontrolle, insbesondere eine Steuerung oder Regelung, der jeweiligen Lambda-Werte durchzuführen.
  • Weitere Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung bei einer Verbrennungskraftmaschine mit zwei Zylinderabschnitten für jeden Zylinderabschnitt eine spezifische motornahe Katalysatorvorrichtung angeordnet ist, wobei das Kontrollmodul die beiden motornahen Katalysatorvorrichtungen mit gegensätzlichen, insbesondere komplementären, Lambda-Werten betreibt. Dies führt insbesondere zu einer Zusammenführung des Abgasstroms nach diesen beiden motornahen Katalysatorvorrichtungen zu einer gemeinsamen motorfernen Katalysatorvorrichtung. Wie bereits erläutert worden ist, kann die gegensätzliche bzw. komplementäre Ausgestaltung der Lambda-Werte im Betrieb der motornahen Katalysatorvorrichtungen im Ausgleich im Wesentlichen automatisch oder vollständig automatisch zur stöchiometrischen Betriebsweise der motorfernen Katalysatorvorrichtung führen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
    • 1 eine Ausführungsform einer Abgasreinigungsvorrichtung,
    • 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung,
    • 3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung,
    • 4 eine Ausführungsform einer Abgasreinigungsvorrichtung und
    • 5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung.
  • 1 zeigt eine Ausgestaltung einer Abgasreinigungsvorrichtung 10. Hier ist die Verbrennungskraftmaschine 100 mit einem einzigen Zylinderabschnitt 110 hier mit schematisch dargestellten vier einzelnen Zylindern dargestellt. An den Auslässen der einzelnen Zylinder des Zylinderabschnitts 110 wird eine gemeinsame Sammelleitung, die den Abgasstrom entweder über ein schematisch dargestelltes Wastegate-Ventil oder eine Abgasturbine in die motornahe Katalysatorvorrichtung 20 einbringen. Zur Überwachung des motornahen Lambda-Wertes Ln ist hier dementsprechend eine motornahe Sensoreinheit 22 vorgesehen. Ausgehend vom Auslass nach der motornahen Katalysatorvorrichtung 20 wird der Abgasstrom nach dieser Erstbehandlung in eine motorferne Katalysatorvorrichtung 30 eingebracht, um final den Abgasstrom zu behandeln und zu reinigen. Auch hier befindet sich eine motorferne Sensoreinheit 32, um auch den motorfernen Lambda-Wert Lf zu überwachen.
  • Mithilfe eines Kontrollmoduls 40 ist es nun möglich, mit den Eingangswerten des motornahen Lambda-Wertes Ln und dem motorfernen Lambda-Wert Lf die motornahe Katalysatorvorrichtung 20 mit Kraftstoffüberschuss und die motorferne Katalysatorvorrichtung 30 in stöchiometrischer Betriebsweise zu fahren. Dies erlaubt es, die Vorteile der Reduktion der thermischen Belastung der motornahen Katalysatorvorrichtung 20 und des schnelleren Aufheizens der motorfernen Katalysatorvorrichtung 30 zu gewährleisten.
  • In 2 ist eine erfindungsgemäße Weiterbildung der Ausführungsform der 1 dargestellt. Um auch im Volllastbetrieb die thermische Belastung nun der motorfernen Katalysatorvorrichtung 30 zu reduzieren, ist hier eine Kühlvorrichtung 60 vorgesehen. Diese erlaubt es in aktiver oder passiver Weise, den Abgasstrom beim Überführen von der motornahen Katalysatorvorrichtung 20 in die motorferne Katalysatorvorrichtung 30 zu kühlen.
  • Auch die 3 zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsform der 2. Hier ist nun zusätzlich ein Gaseinlass 50 zwischen den beiden Katalysatorvorrichtungen 20 und 30 vorgesehen, über welche zusätzliches Gas, insbesondere Luft oder ein Luftgemisch in den Abgasstrom eingemischt werden kann. Über eine Pumpvorrichtung 52 ist diese Einmischung möglich. Hier sind darüber hinaus zwei zusätzliche Sensoreinheiten 56 zu erkennen, welche es erlauben, Zwischen-Lambda-Werte Lz zur Verfügung zu stellen und zur Auswertung und Verwendung der Kontrolle an das Kontrollmodul 40 weiterzuleiten.
  • 4 zeigt eine Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 100 mit zwei separaten Zylinderabschnitten 110 mit ebenfalls jeweils vier Zylindern. Auf diese Weise entstehen ausgehend von jedem Zylinderabschnitt 110 in Summe also zwei Abgasströme, welche wieder jeweils entweder über das Wastegate-Ventil oder die zugehörige Turbine einer separaten und speziell zugeordneten motornahen Katalysatorvorrichtung 20 geführt werden. Anschließend kann nach diesen beiden motornahen Katalysatorvorrichtungen 20 der Abgasstrom zusammengeführt und einer gemeinsamen motorfernen Katalysatorvorrichtung 30 zugeführt werden. Auch hier ist ein Kontrollmodul 40 für die Durchführung des Verfahrens vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform wird in der Überwachung der motornahen Lambda-Werte Ln darauf geachtet, dass zum Beispiel der obere der beiden motornahen Katalysatorvorrichtungen 20 mit einem fetten Betriebsgemisch und die untere der beiden motornahen Katalysatorvorrichtungen 20 mit einem entsprechend mageren Betriebsgemisch gefahren werden. Dies führt dazu, dass diese insbesondere in komplementärer Lambda-Betriebsweise zu dem bereits erläuterten stöchiometrischen Ausgleich im Abgasstrom für die motorferne Katalysatorvorrichtung 30 führen. Eine separate Pumpvorrichtung 52 oder ein zugehöriger Gaseinlass 50 sind hier nicht mehr notwendig, um die Flexibilität für die Stöchiometrie zu erhöhen.
  • Die 5 zeigt eine erfindungsgemäße Weiterbildung der Ausführungsform der 4, wobei hier zusätzlich eine Kühlvorrichtung 60 vorgesehen ist. Diese kann identisch zu der in den 2 und 3 beschriebenen ausgebildet sein. Auch sind hier in Summe drei zusätzliche Sensoreinheiten 56 für entsprechende Aufnahme zusätzlicher Zwischen-Lambda-Werte Lz dargestellt.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Abgasreinigungsvorrichtung
    20
    Katalysatorvorrichtung
    22
    Sensoreinheit
    30
    Katalysatorvorrichtung
    32
    Sensoreinheit
    40
    Kontrollmodul
    50
    Gaseinlass
    52
    Pumpvorrichtung
    56
    Sensoreinheit
    60
    Kühlvorrichtung
    100
    Verbrennungskraftmaschine
    110
    Zylinderabschnitt

Claims (12)

  1. Verfahren für den Betrieb einer Abgasreinigungsvorrichtung (10) eines Fahrzeugs, aufweisend die folgenden Schritte: - Überwachen eines motornahen Lambda-Wertes (Ln) einer motornahen Katalysatorvorrichtung (20), - Betreiben der motornahen Katalysatorvorrichtung (20) mit Kraftstoffüberschuss, - Kühlen des Abgasstroms zwischen der motornahen Katalysatorvorrichtung (20) und der motorfernen Katalysatorvorrichtung (30), - Überwachen eines motorfernen Lambda-Wertes (Lf) einer motorfernen Katalysatorvorrichtung (30), - Betreiben der motorfernen Katalysatorvorrichtung (30) in stöchiometrischer Betriebsweise.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der motorfernen Katalysatorvorrichtung (30) für die stöchiometrische Betriebsweise zusätzliches Gas zugeführt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrom zwischen der motornahen Katalysatorvorrichtung (20) und der motorfernen Katalysatorvorrichtung (30) selektiv gekühlt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte nur oder im Wesentlichen nur in einem Teillastbetrieb und/oder in einem Startbetrieb einer Verbrennungskraftmaschine (100) des Fahrzeugs durchgeführt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte nur oder im Wesentlichen nur in einem Volllastbetrieb einer Verbrennungskraftmaschine (100) des Fahrzeugs durchgeführt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte nur oder im Wesentlichen nur in einem Volllastbetrieb einer Verbrennungskraftmaschine (100) des Fahrzeugs und wenn die motornahe Katalysatorvorrichtung (20) eine Grenztemperatur überschreitet durchgeführt werden.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine (100) mit zwei Zylinderabschnitten (110) jeder Zylinderabschnitt (110) eine spezifische motornahe Katalysatorvorrichtung (20) aufweist, welche mit gegensätzlichen Lambda-Werten (Ln) betrieben werden.
  8. Abgasreinigungsvorrichtung (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (100) eines Fahrzeugs, aufweisend eine motornahe Katalysatorvorrichtung (20) und eine motorferne Katalysatorvorrichtung (30), mit einer motornahen Sensoreinheit (22) zur Überwachung des motornahen Lambda-Wertes (Ln) der motornahen Katalysatorvorrichtung (20) und einer motorfernen Sensoreinheit (32) für eine Überwachung eines motorfernen Lambda-Wertes (Lf) der motorfernen Katalysatorvorrichtung (30), weiter aufweisend eine zwischen der motornahen Katalysatorvorrichtung (20) und der motorfernen Katalysatorvorrichtung (30) angeordnete Kühlvorrichtung (60) für ein Kühlen des Abgasstroms von der motornahen Katalysatorvorrichtung (20) zu der motorfernen Katalysatorvorrichtung (30), weiter aufweisend ein Kontrollmodul (40) für einen Betrieb der motornahen Katalysatorvorrichtung (20) mit Kraftstoffüberschuss und der motorfernen Katalysatorvorrichtung (30) in stöchiometrischer Betriebsweise.
  9. Abgasreinigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollmodul (40) der Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 7 dient.
  10. Abgasreinigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der motornahen Katalysatorvorrichtung (20) und der motorfernen Katalysatorvorrichtung (30) ein Gaseinlass (50) angeordnet ist für einen Einlass eines zusätzlichen Gases, wobei der Gaseinlass (50) mit einer Pumpvorrichtung (52) und/oder einer Gasquelle verbunden ist.
  11. Abgasreinigungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der motornahen Katalysatorvorrichtung (20) und der motorfernen Katalysatorvorrichtung (30) wenigstens eine zusätzliche Sensoreinheit (56) angeordnet ist für eine Bestimmung wenigstens eines Zwischen-Lambda-Wertes (Lz).
  12. Abgasreinigungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verbrennungskraftmaschine (100) mit zwei Zylinderabschnitten (110) für jeden Zylinderabschnitt (110) eine spezifische motornahe Katalysatorvorrichtung (20) angeordnet ist, wobei das Kontrollmodul (40) die beiden motornahen Katalysatorvorrichtungen (20) mit gegensätzlichen Lambda-Werten (Ln) betreibt.
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