DE102021113523A1 - Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors sowie Abgasnachbehandlungssystem - Google Patents

Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors sowie Abgasnachbehandlungssystem Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit mindestens einem Brennraum (12), welcher mit seinem Auslass (18) mit einer Abgasanlage (20) verbunden ist. Dabei sind in der Abgasanlage (20) in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors (10) ein passiver NOx-Adsorber (28), stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers (28) ein elektrisches Heizelement (30) und mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente (36, 38, 46) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:- Ermitteln eines aktuellen Beladungszustands des passiven NOx-Adsorbers (28),- Elektrisches Aufheizen der Abgasanlage (20) stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers (28), bis die Abgasnachbehandlungskomponenten (36, 38, 46) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ihre Light-Off-Temperatur erreicht hat,- Einleiten von innermotorischen Heizmaßnahmen, wenn der ermittelte Beladungszustand des passiven NOx-Adsorbers (28) einen definierten Schwellenwert erreicht hat und die Abgasnachbehandlungskomponente (36, 38, 46) zur selektiven katalytischen Reduktion ihre Light-Off-Temperatur (TLO) erreicht hat, um den passiven NOx-Adsorber (28) zu entleeren.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors sowie ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotors zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
  • Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellen hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen StickoxidEmissionen eine Herausforderung für die Motorenentwickler dar. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator, sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren aufweisen. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt Ammoniak verwendet. Weil der Umgang mit reinem Ammoniak aufwendig ist, wird bei Fahrzeugen üblicherweise eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wobei die wässrige Harnstofflösung Ammoniak im Abgaskanal freisetzt. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sich im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen.
  • Bei einem kalten, noch inaktiven Abgasnachbehandlungssystem können bei hochdynamischer Fahrweise bereits vor Erreichen der Light-Off-Temperatur der Katalysatoren des Abgasnachbehandlungssystems so viele Schadstoffe emittiert werden, dass selbst bei anschließend vollständiger Konvertierung aller Schadstoffe ein auf eine vorgebbare Mindeststrecke bezogener Emissionsgrenzwert überschritten wird.
  • Um in der Aufheizphase des Abgasnachbehandlungssystems einen entsprechend hohen Ausstoß von Emissionen, insbesondere von Stickoxiden, zu vermeiden, werden innermotorische Maßnahmen zur Verringerung der Motor-Rohemissionen ergriffen, um das Emissionsniveau möglichst gering zu halten. Eine effiziente Möglichkeit zur Emissionsreduktion stellt eine Abgasrückführung dar, bei der Abgas mit der Ansaugluft vermischt und wieder dem Brennräumen des Verbrennungsmotors zugeführt wird. Dadurch sinkt der Sauerstoffgehalt der Frischluft und der Inertgasanteil steigt entsprechend an, was zu einer verminderten Entstehung von Stickoxiden (NOx-Emissionen) führt. Der maximal rückführbare Abgasmassenstrom ist jedoch nicht beliebig wählbar, sondern wird u.a. durch das Spülgefälle sowie die Freigabe der jeweiligen Abgasrückführungsart begrenzt. Dadurch ist das Potenzial zur Verringerung der Stickoxid-Rohemissionen durch die Abgasrückführung begrenzt.
  • Ferner sind aus dem Stand der Technik sogenannte passive NOx-Adsorber bekannt, welche schon bei niedrigen Temperaturen im Bereich von 50°C bis 200°C Stickoxide einspeichern können und diese bei höheren Temperaturen wieder freigeben. Passive NOx-Adsorber werden in der Abgasnachbehandlung dazu verwendet, um die Kaltstartemissionen zu verringern bzw. zwischenzuspeichern, wenn die sonstigen Abgasnachbehandlungskomponenten zur Konvertierung der Stickoxidemissionen noch nicht ihre Betriebstemperatur erreicht haben und somit noch keinen effektiven Beitrag zur Minimierung der Stickoxid-Endrohremissionen beitragen können.
  • Bei Einsatz eines passiven NOx-Adsorbers besteht jedoch das Risiko, dass der Speicherplatz des passiven NOx-Adsorbers bei dauerhaft schwachlastiger Fahrweise, bei welcher die Desorptionstemperatur des passiven NOx-Adsorbers nicht erreicht wird, komplett gefüllt sind. In einem darauffolgenden Fahrzyklus können die Stickoxidemissionen dann nicht eingespeichert werden, sodass die Kaltstartemissionen deutlich ansteigen würden. Insbesondere bei den urbanen Anteilen im Rahmen von Real-Driving-Emissions (RDE) ist die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte dann gefährdet.
  • Aus der DE 10 2019 114 623 A1 ist ein Abgassystem zur Behandlung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug eine passive NOx-Absorber-(PNA)-Vorrichtung und eine modellbasierte Steuerung, die eine von der PNA-Vorrichtung gespeicherte Menge an NOx steuert, bekannt. Das Steuern der Menge des gespeicherten NOx beinhaltet das Berechnen eines vorhergesagten NOx-Speicherniveaus der PNA-Vorrichtung unter Verwendung eines Vorhersagemodells der PNA-Vorrichtung und als Reaktion darauf, dass das vorhergesagte NOx-Speicherniveau der PNA-Vorrichtung größer als ein vorgegebener Kaltstartschwellenwert ist, das Erhöhen einer Abgastemperatur durch Ändern eines Betriebs des Verbrennungsmotors.
  • DE 10 2014 204 429 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsanordnung sowie eine Abgasnachbehandlungsanordnung, wobei die Abgasnachbehandlungsanordnung einen passiven NOx-Adsorber zur Speicherung von im dem NOx-Adsorber zugeführten Abgas enthaltenen Stickoxiden (NOx) sowie einen stromabwärts hiervon angeordneten SCR-Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (NOx) nach deren Desorption von dem NOx-Adsorber aufweist. Dabei wird die Desorption von Stickoxiden (NOx) von dem NOx-Adsorber zeitweise durch Zufuhr von Kohlenwasserstoff (HC) in den Abgasstrom herbeigeführt, wobei die Zufuhr von Kohlenwasserstoff (HC) in den Abgasstrom zumindest zeitweise in einer Betriebsphase erfolgt, in welcher ohne eine solche Zufuhr keine Desorption von Stickoxiden (NOx) von dem NOx-Adsorber erfolgen würde.
  • Die DE 10 2015 115 104 A1 offenbart ein Verfahren und Systeme zum Verringern von Verbrennungsmotorkaltstartemissionen. Ein Abgassystem mit einem passiven NOx-Adsorber (PNA) kann NOx während eines Verbrennungsmotorkaltstarts speichern, bis Bedingungen für die Abgabe des gespeicherten NOx an einen nachgeschalteten SCR-Katalysator optimal sind. Auf der Grundlage von PNA-Bedingungen, einschließlich der NOx-Anlagerung und der Temperatur des PNA-Betts, können Einstellungen der EGR-Rate und/oder der Einspritzzeit vorgenommen werden, um ein katalytisch vorteilhaftes Verhältnis zwischen NOx-Spezies vor dem SCR-Katalysator zu erreichen, nachdem der SCR-Katalysator seine Anspringtemperatur erreicht hat.
  • Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Abgasnachbehandlungssystemen ist jedoch, dass eine dauerhafte schwachlastige Fahrweise oder mehrere aufeinanderfolgende schwachlastige Kurzstreckenfahrten dazu führen, dass der passive NOx-Adsorber seine Speichergrenze erreicht und in einem nachfolgenden Fahrzyklus keine weitere Stickoxide mehr einspeichern kann.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Abgasemissionen eines Dieselmotors unter allen Betriebsbedingungen sicher unter den jeweils gültigen Grenzen der Abgasgesetzgebungen zu halten.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem Brennraum gelöst, welcher mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage verbunden ist. Dabei sind in der Abgasanlage in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors ein passiver NOx-Adsorber, stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers ein elektrisches Heizelement, und weiter stromabwärts mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, insbesondere ein Partikelfilter mit einer SCR-Beschichtung, angeordnet. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
    • - Ermitteln eines aktuellen Beladungszustands des passiven NOx-Adsorbers,
    • - Elektrisches Aufheizen der Abgasanlage stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers, bis die Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ihre Light-Off-Temperatur erreicht hat, und
    • - Einleiten von innermotorischen Heizmaßnahmen, wenn der ermittelte Beladungszustand des passiven NOx-Adsorbers einen definierten Schwellenwert erreicht hat und die Abgasnachbehandlungskomponenten zur selektiven katalytischen Reduktion ihre Light-Off-Temperatur erreicht hat, um den passiven NOx-Adsorber zu entleeren.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass durch die Einleitung einer Regeneration des passiven NOx-Adsorbers bei Erreichen des Schwellenwertes für den Beladungszustand immer eine ausreichende Beladungsreserve vorhanden ist, um in einem nachfolgenden Kaltstart die Stickoxidemissionen zumindest solange zwischenspeichern zu können, bis diese durch eine Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in molekularen Stickstoff konvertiert werden können. Somit können unter allen Betriebsbedingungen eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor minimale Stickoxidemissionen sichergestellt werden.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch aufgeführten Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors möglich.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die aktuelle Speicherbeladung des passiven NOx-Adsorbers mittels eines in einem Motorsteuergerät des Verbrennungsmotors abgelegten Berechnungsmodell berechnet wird. Ein Berechnungsmodell zur Bilanzierung des Stickoxideintrags und -austrags in den passiven NOx-Adsorber ermöglicht auf einfache und kostengünstige Art einer Bestimmung des Beladungszustands des passiven NOx-Adsorbers. Dabei kann der Beladungszustand auf null zurückgesetzt werden, wenn in einem bekannten Lastzustand des Verbrennungsmotors die Temperatur des passiven NOx-Adsorbers dauerhaft oberhalb einer Desorptionstemperatur liegt und somit sämtliche im passiven NOx-Adsorber eingespeicherten Stickoxide ausgetragen werden.
  • Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die aktuelle Speicherbeladung des passiven NOx-Adsorbers durch Messungen der NOx-Konzentration in der Abgasanlage stromaufwärts und stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers ermittelt wird. Auch über entsprechende Stickoxidsensoren stromaufwärts und stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers kann auf einfache Art und Weise ein Beladungszustand des passiven NOx-Adsorbers bestimmt werden.
  • In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schwellenwert für die Beladung des passiven NOx-Adsorbers im Bereich von 50% - 90%, vorzugsweise im Bereich von 60% - 80%, besonders bevorzugt im Bereich von 65% - 75% der maximalen Speicherkapazität des passiven NOx-Adsorbers liegt. Durch einen solchen Schwellenwert kann sichergestellt werden, dass in einem nachfolgenden Kaltstartvorgang eine hinreichend große Speicherkapazität für Stickoxide verbleibt, um die beim Kaltstart auftretenden Stickoxide einzuspeichern. Dabei kann der Grenzwert in Abhängigkeit von der Größe des passiven NOx-Adsorbers gewählt und die maximal zulässige Beladung mit zunehmendem Speichervolumen näher in Richtung 90% verschoben werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden berechnet oder gemessen wird. Durch eine Bestimmung der Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden kann ermittelt werden, ob diese Abgasnachbehandlungskomponente bereits ihre Light-Off-Temperatur erreicht hat, um die aus dem passiven NOx-Adsorber ausgetragenen Stickoxide zu konvertieren.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die innermotorischen Heizmaßnahmen eine Nacheinspritzung von Kraftsoff in den Brennraum des Verbrennungsmotors umfassen. Durch eine Nacheinspritzung und eine Verlagerung des Verbrennungsschwerpunkts in Richtung spät können die NOx-Rohemissionen gesenkt werden. Ferner nimmt der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors ab und die Abgastemperatur wird erhöht, wodurch der passive NOx-Adsorber schneller seine Desorptionstemperatur erreicht. Ferner können durch eine späte Nacheinspritzung unverbrannte Kohlenwasserstoffe in die Abgasanlage gelangen, welche zur Reduktion der Stickoxide geeignet sind.
  • In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine thermische Regeneration des passiven NOx-Adsorbers unterdrückt wird, wenn die Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden unterhalb ihrer Light-Off-Temperatur liegt. In dieser Phase kann und soll der Beladungszustand des passiven NOx-Adsorbers temporär den Schwellenwert für die zulässige Beladung in Richtung 100% Beladung übersteigen, um in diesem Zeitraum zu verhindern, dass Stickoxide unkonvertiert an die Umwelt emittiert werden.
  • Ein weiterer Teilaspekt der Erfindung betrifft ein Motorsteuergerät mit einer Speichereinheit und einer Recheneinheit sowie einem in der Speichereinheit abgelegten maschinenlesbaren Programmcode, wobei das Motorsteuergerät dazu eingerichtet ist, ein in den vorhergehenden Absätzen beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn der maschinenlesbare Programmcode durch die Recheneinheit des Motorsteuergeräts ausgeführt wird.
  • Ein weiterer Teilaspekt der Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, welches eine Abgasanlage umfasst, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors ein passiver NOx-Adsorber, stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers ein elektrisches Heizelement, stromabwärts des elektrischen Heizelements ein Oxidationskatalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator und weiter stromabwärts mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet sind. Das Abgasnachbehandlungssystem umfasst ferner ein Steuergerät, welches dazu eingerichtet ist, ein in den vorstehenden Abschnitten beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Steuergerät ausgeführt wird. Ein solches Abgasnachbehandlungssystem ermöglicht auch unter Real-Driving-Emission Bedingungen eine hocheffiziente Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors und eine Konvertierung der Stickoxidemissionen, sodass auch unter realen Fahrbedingungen strenge Grenzwerte eingehalten werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass stromaufwärts des passiven NOx-Adsorbers ein erster NOx-Sensor und stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers ein zweiter NOx-Sensor angeordnet sind. Durch die beiden NOx-Sensoren kann auf einfache Art und Weise ein Ein- und Austrag von Stickoxiden in den passiven NOx-Adsorber bilanziert und der Beladungszustand des passiven NOx-Adsorbers ermittelt werden. Durch entsprechende Stickoxidsensoren stromaufwärts und stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers kann auf einfache Art und Weise ein Beladungszustand des passiven NOx-Adsorbers bestimmt werden.
  • Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • 1 einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasnachbehandlungssystem zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors;
    • 2 ein Diagramm zur zeitlichen Darstellung des Temperaturverlaufs und der eingespeicherten NOx-Masse in den passiven NOx-Adsorber; und
    • 3 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 10 mit einem Abgasnachbehandlungssystem. Der Verbrennungsmotor 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein direkteinspritzender Dieselmotor mit mehreren Brennräumen 12. An den Brennräumen 12 ist jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 zur Einspritzung eines Kraftstoffes in den jeweiligen Brennraum 12 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Einlass mit einem nicht dargestellten Luftversorgungssystem und mit seinem Auslass 18 mit einer Abgasanlage 20 verbunden. An den Brennräumen 12 sind Einlassventile und Auslassventile angeordnet, mit welchen eine fluidische Verbindung vom Luftversorgungssystem zu den Brennräumen 12 oder von den Brennräumen 12 zur Abgasanlage 20 geöffnet oder verschlossen werden kann. Jeder Brennraum 12 wird durch einen Kolben 16 begrenzt, welcher verschiebbar in dem Brennraum 12 gelagert ist und eine Kraft auf eine nicht dargestellte Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 10 überträgt.
  • Die Abgasanlage 20 umfasst einen Abgaskanal 22, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch den Abgaskanal 22 eine Turbine 26 eines Abgasturboladers 24 angeordnet ist, welche einen Verdichter im Luftversorgungssystem über eine Welle antreibt. Der Abgasturbolader 24 ist vorzugsweise als Abgasturbolader 24 mit variabler Turbinengeometrie ausgeführt. Dazu sind einem Turbinenrad der Turbine 26 verstellbare Leitschaufeln vorgeschaltet, über welche die Anströmung des Abgases auf die Schaufeln der Turbine 26 variiert werden kann. Stromabwärts der Turbine 26 sind mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten 28, 30, 32, 34, 36, 38, 46, 48 vorgesehen. Dabei ist unmittelbar stromabwärts der Turbine 26 als erste Komponente der Abgasnachbehandlung ein passiver NOx-Adsorber 28 angeordnet. Stromabwärts passiven NOx-Adsorbers 28 ist ein elektrisches Heizelement 30 angeordnet, welchem ein erster Katalysator 32, 34, insbesondere ein Oxidationskatalysator 32 oder ein NOx-Speicherkatalysator 34, nachgeschaltet ist. Stromabwärts des ersten Katalysators 32, 34 ist eine Abgasnachbehandlungskomponente 36, 38, 46 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet. Die Abgasnachbehandlungskomponente 36, 38, 46 ist vorzugsweise als Partikelfilter 36 mit einer Beschichtung 38 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet. Die Abgasanlage 20 umfasst ferner ein Umlenkelement 40, mit welchem der Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 stromabwärts des ersten Katalysators 32, 34 und stromaufwärts des Partikelfilters 36 um etwa 180° umgelenkt wird. Im Bereich des Umlenkelements 40 ist ein erstes Dosierelement 42 angeordnet, mit welchem ein Reduktionsmittel zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in die Abgasanlage 20 eingespritzt werden kann. Alternativ kann der Oxidationskatalysator 32 oder der NOx-Speicherkatalysator 34 auch entfallen. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn der passive NOx-Adsorber eine Oxidationsfunktion aufweist. In diesem Fall ist das elektrische Heizelement 30 am Auslass des passiven NOx-Adsorbers 28 oder stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers 28 und stromaufwärts der Abgasnachbehandlungskomponenten 36, 38, 46 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet.
  • Stromabwärts des Partikelfilters 36 können ein weiterer SCR-Katalysator 46 und/oder ein Ammoniaksperrkatalysator 48 angeordnet sein. Ferner kann in der Abgasanlage stromabwärts des Partikelfilters 36 und stromaufwärts des weiteren SCR-Katalysators 46 ein zweites Dosierelement zur Eindosierung von Reduktionsmittel in die Abgasanlage 20 angeordnet sein.
  • Stromaufwärts des passiven NOx-Adsorbers 28 ist in der Abgasanlage 20 ein erster Temperatursensor 50 angeordnet. Ferner ist stromaufwärts des passiven NOx-Adsorbers 28 ein erster NOx-Sensor 52 angeordnet. Ferner können in der Abgasanlage 20 ein oder mehrere weitere Sensoren, insbesondere weitere Temperatursensoren 50, Drucksensoren oder Abgassensoren, insbesondere ein NH3-Sensor 54, angeordnet sein.
  • Der Verbrennungsmotor 10 steht mit einem Motorsteuergerät 60 in Wirkverbindung, welches über Signalleitungen mit den Kraftstoffinjektoren 14, den Sensoren 50, 52, 54, 56 in der Abgasanlage 20 sowie mit den Dosierelementen 42, 44 verbunden ist. Das Motorsteuergerät 60 umfasst eine Speichereinheit 62 und eine Recheneinheit 64, wobei in der Speichereinheit 62 ein maschinenlesbarer Programmcode 66 zur Steuerung des Verbrennungsmotors 10 abgelegt ist.
  • In 2 ist ein Diagramm zum zeitlichen Verlauf der in den passiven NOx-Adsorber 28 eingespeicherten Masse an Stickoxiden mNOXPNA in einer Einspeicherphase I und in der Desorptionsphase II des passsiven NOx-Adsorbers 28 dargestellt. Dabei wird der passive NOx-Adsorber in der Einspeicherphase I gefüllt, bis ein Schwellenwert mNOXS für die zulässige Beladung des passiven NOx-Adsorbers 28 erreicht ist. Dabei verbleibt eine Reserve R, um selbst bei einer Beladung am Schwellenwert mNOxS in einem nachfolgenden Kaltstart eine hinreichende Beladungsreserve R vorzuhalten, um die bei dem Kaltstart auftretenden Stickoxide einspeichern zu können, bis eine dem passiven NOx-Adsorber 28 nachgeschaltete Abgasnachbehandlungskomponente 36, 38, 46 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ihre Light-Off-Temperatur erreicht hat.
  • Ferner sind in 2 Temperaturverläufe des Abgasstroms unmittelbar vor einem Eintritt in den passiven NOx-Adsorber (T4) und unmittelbar vor Eintritt in den Partikelfilter 36 mit SCR-Beschichtung (T5) sowie ein Temperaturverlauf der Temperatur des passiven NOx-Adsorbers (TPNA) in der Beladungsphase I des passiven NOx-Adsorbers 28 sowie in der Desorptionsphase II dargestellt. Diese Temperaturverläufe werden mit einer Solltemperatur TSollDOC für den Oxidationskatalysator 32, einer Solltemperatur TSollSPF für den Partikelfilter 36 mit der SCR-Beschichtung 38 und die Desorptionstemperatur der im passiven NOx-Adsorber 28 eingespeicherten Stickoxide TPNADesorb verglichen. 2 ist zu entnehmen, dass der Partikelfilter 36 mit der SCR-Beschichtung 38 seine Light-Off-Temperatur erreicht hat, bevor die Stickoxide durch thermische Desorption aus dem passiven NOx-Adsorber 28 freigesetzt werden.
  • In 3 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 10 dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt <100> wird ein aktueller Beladungszustand des passiven NOx-Adsorbers 28 ermittelt. Dies kann durch ein in dem Motorsteuergerät 60 abgelegtes Bilanzierungsmodell zum Ein- und Austrag von Stickoxiden in den passiven NOx-Adsorber 28, durch eine Messung der in den passiven NOx-Adsorber eingetragenen und ausgetragenen Stickoxidmenge sowie durch eine Kombination beider Verfahren erfolgen. In einem Verfahrensschritt <110> wird eine Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente 36, 38, 46 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ermittelt und die Abgasanlage 20 in einem Verfahrensschritt <120> durch das elektrische Heizelement 30 stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers 28 aufgeheizt, wenn die ermittelte Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente 36, 38, 46 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden unterhalb einer Light-Off-Temperatur dieser Abgasnachbehandlungskomponente 36, 38, 46 liegt. In einem Verfahrensschritt <130> werden innermotorische Heizmaßnahmen eingeleitet, wenn der ermittelte Beladungszustand des passiven NOx-Adsorbers 28 einen definierten Schwellenwert erreicht hat und die Abgasnachbehandlungskomponenten 36, 38, 46 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ihre Light-Off-Temperatur TLO erreicht hat, um den passiven NOx-Adsorber 28 zu regenerieren und die Stickoxide auszuspeichern.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Verbrennungsmotor
    12
    Brennraum
    14
    Kraftstoffinjektor
    16
    Kolben
    18
    Auslass
    20
    Abgasanlage
    22
    Abgaskanal
    24
    Abgasturbolader
    26
    Turbine
    28
    passiver NOx-Adsorber
    30
    elektrisches Heizelement
    32
    Oxidationskatalysator
    34
    NOx-Speicherkatalysator
    36
    Partikelfilter
    38
    SCR-Beschichtung
    40
    Umlenkelement
    42
    erstes Dosierelement
    44
    zweites Dosierelement
    46
    weiterer SCR-Katalysator
    48
    Ammoniak-Sperrkatalysator
    50
    Temperatursensor
    52
    erster NOx-Sensor
    54
    NH3-Sensor
    56
    zweiter NOx-Sensor
    60
    Motorsteuergerät
    62
    Speichereinheit
    64
    Recheneinheit
    66
    maschinenlesbarer Programmcode
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102019114623 A1 [0007]
    • DE 102014204429 A1 [0008]
    • DE 102015115104 A1 [0009]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit mindestens einem Brennraum (12), welcher mit seinem Auslass (18) mit einer Abgasanlage (20) verbunden ist, wobei in der Abgasanlage (20) in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors (10) ein passiver NOx-Adsorber (28), stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers (28) ein elektrisches Heizelement (30) und mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente (36, 38, 46) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet sind, umfassend folgende Schritte: - Ermitteln eines aktuellen Beladungszustands des passiven NOx-Adsorbers (28), - elektrisches Aufheizen der Abgasanlage (20) stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers (28), bis die Abgasnachbehandlungskomponenten (36, 38, 46) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ihre Light-Off-Temperatur erreicht hat, - Einleiten von innermotorischen Heizmaßnahmen, wenn der ermittelte Beladungszustand des passiven NOx-Adsorbers (28) einen definierten Schwellenwert (mNOxS) erreicht hat und die Abgasnachbehandlungskomponente (36, 38, 46) zur selektiven katalytischen Reduktion ihre Light-Off-Temperatur (TLO) erreicht hat, um den passiven NOx-Adsorber (28) zu entleeren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Speicherbeladung des passiven NOx-Adsorbers (28) mittels eines in einem Motorsteuergerät (60) des Verbrennungsmotors (10) abgelegten Berechnungsmodell berechnet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Speicherbeladung des passiven NOx-Adsorbers (28) durch Messungen der NOx-Konzentration in der Abgasanlage (20) stromaufwärts und stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers (28) ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert (mNOXS) für den Beladungszustand des passiven NOx-Adsorbers (28) im Bereich von 50% bis 90% der maximalen Speicherkapazität des passiven NOx-Adsorbers (28) liegt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente (36, 38, 46) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden berechnet oder gemessen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die innermotorischen Heizmaßnahmen eine Nacheinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum (12) des Verbrennungsmotors (10) umfassen.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermische Regeneration des passiven NOx-Adsorbers (28) unterdrückt wird, wenn die Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente (36, 38, 46) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden unterhalb ihrer Light-Off-Temperatur (TLO) liegt.
  8. Motorsteuergerät (60) mit einer Speichereinheit (62) und einer Recheneinheit (64) sowie einem in der Speichereinheit (62) abgelegten maschinenlesbaren Programmcode (66), wobei das Motorsteuergerät (60) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn der maschinenlesbare Programmcode (66) durch die Recheneinheit (64) des Motorsteuergeräts (60) ausgeführt wird.
  9. Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (10), umfassend eine Abgasanlage (20), in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors (10) durch die Abgasanlage (20) ein passiver NOx-Adsorber (28), stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers (28) ein elektrisches Heizelement (30), stromabwärts des elektrischen Heizelements (30) ein Oxidationskatalysator (32) oder ein NOx-Speicherkatalysator (34) und weiter stromabwärts mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente (36, 38, 46) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet sind, sowie mit einem Motorsteuergerät (60) nach Anspruch 8.
  10. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des passiven NOx-Adsorbers (28) ein erster NOx-Sensor (52) und stromabwärts des passiven NOx-Adsorbers (28) ein zweiter NOx-Sensor (56) angeordnet sind.
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