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WO2020069549A1 - Ottomotoranordnung und verfahren mit einem nsc-system - Google Patents

Ottomotoranordnung und verfahren mit einem nsc-system

Info

Publication number
WO2020069549A1
WO2020069549A1 PCT/AT2019/060329 AT2019060329W WO2020069549A1 WO 2020069549 A1 WO2020069549 A1 WO 2020069549A1 AT 2019060329 W AT2019060329 W AT 2019060329W WO 2020069549 A1 WO2020069549 A1 WO 2020069549A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gasoline engine
catalytic converter
exhaust gas
particle filter
catalyst
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/AT2019/060329
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter GÖTSCHL
Kurt Prevedel
Peter Berger
Paul DR. KAPUS
Gernot Koller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from ATA50860/2018A external-priority patent/AT521744B1/de
Priority claimed from ATA50858/2018A external-priority patent/AT521749B1/de
Application filed by AVL List GmbH filed Critical AVL List GmbH
Priority to CN201980061352.9A priority Critical patent/CN112867848A/zh
Priority to DE112019004956.9T priority patent/DE112019004956A5/de
Publication of WO2020069549A1 publication Critical patent/WO2020069549A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/06—Low pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust downstream of the turbocharger turbine and reintroduced into the intake system upstream of the compressor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a gasoline engine arrangement and a method according to the
  • Overrun phases can be interrupted.
  • NOx storage catalysts can include, for example, heavy alkali metals (e.g. potassium, sodium), heavy alkaline earth metals (e.g. barium, calcium) or light rare earths (e.g. lanthanum, cerium) in the form of the oxide or carbonate as storage materials.
  • heavy alkali metals e.g. potassium, sodium
  • heavy alkaline earth metals e.g. barium, calcium
  • light rare earths e.g. lanthanum, cerium
  • Diesel arrangement is guaranteed.
  • the engine In order to release and reduce the stored nitrogen dioxide again, the engine must be operated in a stoichiometric manner according to the state of the art in phases.
  • the filter walls of the exhaust gas filter can consist of different porous materials and can be constructed from fibers or powder, for example.
  • the fibers or the powder itself consist in particular of ceramics or of metals.
  • Classic ceramics are mullite, cordierite, silicon carbide (SiC) and aluminum titanate.
  • Diesel arrangements are known to regenerate the exhaust gas filter at a
  • soot loading is required to prevent excessive back pressure or undesired temperature peaks that could damage the component if the soot burns up
  • the active initiation of regeneration of the gasoline engine particulate filter is carried out at
  • Diesel arrangements on the one hand, increase the exhaust gas temperature, which makes thermal oxidative regeneration in the presence of oxygen easier.
  • the object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art.
  • it is an object of the invention to provide a gasoline engine arrangement in order to further reduce or lower the already low nitrogen oxide level after the at least one main catalytic converter, in particular the 3-way catalytic converter, in particular in the direction of ambient air limit values. It is therefore the object of the invention, the so-called vision of "zero impact emission"
  • the invention relates to a gasoline engine arrangement, the gasoline engine arrangement comprising a gasoline engine and an exhaust gas aftertreatment system with at least one
  • Main catalyst a gasoline engine particle filter and a NOx storage catalyst, wherein the main catalyst is designed or acts as a 3-way catalyst, and wherein the main catalyst is the gasoline engine particle filter, which optionally acts as a 4-way catalyst.
  • the gasoline engine particle filter is followed by the NOx storage catalytic converter and that, if appropriate, a further catalytic converter, in particular an oxidation catalytic converter is arranged upstream of the NOx storage catalytic converter.
  • the NOx storage catalytic converter is arranged, in particular, in the last position, that is to say furthest downstream, of the exhaust gas aftertreatment storage unit. As a result, the NOx storage catalytic converter is arranged very far away from the engine itself, which contradicts its actually assigned function.
  • the gasoline engine arrangement can be the gasoline engine arrangement
  • the gasoline engine arrangement comprises one gasoline engine and one
  • the exhaust gas aftertreatment system comprises a main catalytic converter, in particular a 3-way catalytic converter, a gasoline engine particle filter downstream of the main catalytic converter and a gasoline engine particle filter
  • the NOx storage catalytic converter may be at a position in the
  • Exhaust aftertreatment system positioned in which the exhaust gas temperature when entering the NOx storage catalytic converter has a lower temperature than when exiting the gasoline engine.
  • the exhaust gas aftertreatment system can include the main catalytic converter (s), the gasoline engine particle filter and the NOx storage catalytic converter and optionally one or more pre-catalytic converter (s) and / or one or more secondary catalytic converter (s), in particular one or more oxidation catalytic converter (s)
  • Oxidation catalyst coating comprises / s, and / or one or more
  • Exhaust aftertreatment component (s) which comprise a NOx storage catalytic converter coating, and / or one or more SCR system (s) and / or one or a plurality of exhaust gas aftertreatment components that comprise an SCR coating and / or include a secondary air injection.
  • the exhaust gas aftertreatment system can consist of the main catalytic converter (s), the gasoline engine particle filter and the NOx storage catalytic converter and optionally one or more pre-catalytic converter (s) and / or one or more secondary catalytic converter (s), in particular one or more oxidation catalytic converter (s), which one
  • Oxidation catalyst coating comprises / and / or one or more heating catalyst (s) and / or one, in particular one or more gaseous exhaust gas aftertreatment coated gasoline engine particle filter (s) and / or one or more NOx storage catalyst (s) and / or one or more
  • the gasoline engine particle filter and the NOx storage catalytic converter are provided on a common carrier body.
  • the gasoline engine particle filter and the NOx storage catalytic converter are provided on two support bodies arranged one behind the other. This makes it possible to decouple the two exhaust gas aftertreatment components, in particular thermally.
  • the two can be provided
  • Exhaust aftertreatment components to be arranged in a housing, in particular in a steel housing, in order to enable a compact design.
  • the exhaust gas generated in the gasoline engine flows through the main catalytic converter, then through the optionally provided further catalytic converter, in particular the oxidation catalytic converter, through the gasoline engine particle filter and then through the NOx storage catalytic converter of the exhaust gas aftertreatment system.
  • Gasoline engine particle filter is arranged, the NOx storage catalyst can be protected from high exhaust gas temperatures, especially in areas close to the engine the exhaust gas aftertreatment system of a gasoline engine that works at high temperatures.
  • Exhaust aftertreatment system arranged to cool exhaust aftertreatment components.
  • the exhaust gas flows through the NOx storage catalytic converter at a temperature which is lower than the entry temperature into the exhaust gas aftertreatment system.
  • thermal stresses, but in particular also thermal aging effects in the NOx storage catalytic converter can be reduced and / or prevented, whereby the life of the NOx storage catalytic converter can be increased, in particular maximized. If the NOx storage catalytic converter were arranged close to the engine, it would be due to the very high
  • oxygen in particular air
  • the optionally provided further catalyst in particular the oxidation catalyst and the NOx storage catalyst.
  • the nitrogen oxides emitted by the gasoline engine in particular in the form of nitrogen dioxide NO2
  • the stored nitrogen oxides can be converted back to nitrogen N2 if the NOx storage catalytic converter or the exhaust gas flowing through the NOx storage catalytic converter has a temperature which is greater than a storage temperature, in particular greater than 100 ° C., preferably greater than 180 ° C.
  • the storage temperature should exceed a maximum value as little as possible so as not to fall out of a so-called storage window.
  • the gasoline engine arrangement according to the invention makes it possible for the nitrogen oxides emitted by the gasoline engine in the form of NO2 in the NOx storage catalytic converter to be saved and subsequently converted into water, carbon dioxide and nitrogen, for example.
  • the storage runs from those emitted by the gasoline engine
  • the stored nitrogen dioxide may also be possible for the stored nitrogen dioxide to be released again by adding carbon monoxide CO and / or hydrocarbon HC and the resulting decomposition of the nitrate. If, for example, barium Ba is used as storage material, this withdrawal takes place in the
  • the resulting nitrogen monoxide NO can be reduced to nitrogen N2 by a reducing agent such as hydrocarbon HC, hydrogen H2 or carbon monoxide CO on a noble metal component of the NOx storage catalyst, in particular on rhodium Rh.
  • a reducing agent such as hydrocarbon HC, hydrogen H2 or carbon monoxide CO on a noble metal component of the NOx storage catalyst, in particular on rhodium Rh.
  • a catalyst coated with an oxidation catalyst coating is provided in the front area of the NOx storage catalytic converter or in front of the NOx storage catalytic converter.
  • This oxidation catalyst coating can be set up to convert NO with O2 to NO2.
  • the oxidation catalyst coating preferably comprises a platinum metal, such as in particular platinum, rhodium and / or palladium, or is formed from a platinum metal, such as in particular platinum, rhodium and / or palladium.
  • this oxidation catalyst coating can be set up to convert any NH3 which may be formed with O2 to NOx as a by-product and intermediate product of catalytic reactions in the catalysts in the presence of CO.
  • This implementation essentially follows the following rule:
  • the oxidation catalyst with oxygen can minimize or reduce any NH3 formed.
  • the nitrogen oxides in particular, can then be fed to an, preferably best, effective NOx aftertreatment, such as a NOx storage catalytic converter.
  • an effective NOx aftertreatment such as a NOx storage catalytic converter.
  • Oxidation catalyst resulting reaction products in particular the nitrogen oxides, to provide the best possible NOx aftertreatment.
  • NH3 is formed in the main catalytic converter, especially in the 3-way catalytic converter, if CO or H2 is present in the exhaust gas.
  • oxygen and in particular air can be supplied to both the NOx storage catalytic converter and the oxidation catalytic converter coating.
  • nitrogen monoxide can be reacted with oxygen to form nitrogen dioxide in a first step and the nitrogen dioxide thus generated can be stored in the NOx storage catalytic converter in a second step.
  • at least one of them is included
  • the at least one main catalyst comprises one or more catalysts, in particular one or more pre- or secondary catalysts and / or one or more
  • the at least one main catalytic converter is formed from one or more main catalytic converter (s), in particular from one or more primary and / or secondary catalytic converter (s) and / or from one or more heating catalytic converter (s). At least one of the abovementioned catalysts is preferably coated with a 3-way coating.
  • the gasoline engine is optionally operated in a manner oscillating around a lambda value l of 1.0, and in particular is operated and / or regulated with a lambda value l in the range from 0.9 to 1.1, preferably from 0.95 to 1.05 becomes.
  • the gasoline engine is operated and / or regulated in phases or permanently under or over stoichiometric or rich or lean in its normal operating phase,
  • Pollutant emission conversion level falls below the threshold value, below which there is no longer a sufficiently high pollutant emission reduction. If necessary, it is provided that the
  • Pollutant emission conversion degree threshold is as large as possible, especially in an area as close as possible to 100%.
  • the exhaust gas generated by the gasoline engine is essentially oxygen-free in the normal operating phase and at most contains only small amounts of oxygen.
  • the gasoline engine particle filter in particular in its front region, has the oxidation catalyst, the
  • Oxidation catalyst is applied in particular in the flow direction of the exhaust gas from the front of the gasoline engine particle filter, and / or that the NOx storage catalyst, in particular in its front area, the
  • the oxidation catalyst is a
  • Has oxidation catalyst coating acts as an oxidation catalyst and / or is formed from an oxidation catalyst coating.
  • the oxidation catalyst coating comprises an element of the platinum metals or platinoids or is made of an element of the platinum metals or platinoids such as in particular platinum, rhodium and / or palladium.
  • platinum metals or platinoids are also referred to as platinum group metals (PGM).
  • the oxidation catalyst coating is set up to convert nitrogen monoxide NO with oxygen O2 to nitrogen dioxide NO2.
  • NO or O2 is converted to NO2 in or on the oxidation catalyst coating.
  • the oxidation catalyst coating comprises one or more elements of the platinum metal group, such as in particular platinum, rhodium and / or palladium, or that the oxidation catalyst coating consists of one or more elements of the platinum metal group, such as in particular one
  • Platinum coating, a rhodium coating and / or a palladium coating is formed.
  • the oxidation catalyst coating comprises an element of the platinum metal group or platinoids or is formed from an element of the platinum metal group or platinoids.
  • platinum metals or platinoids are also referred to as platinum group metals.
  • the gasoline engine particle filter is a
  • Oxidation catalyst acting coating that the as
  • Coating which acts as an oxidation catalyst, in particular a platinum metal,
  • Gasoline engine particle filter is provided, and is applied in particular in the flow direction of the exhaust gas from the front of the gasoline engine particle filter.
  • the gasoline particle filter converts the NO2 formed with the particles stored in the gasoline particle filter to CO2 and NO, the reaction taking place in particular in accordance with the following regulation:
  • C -> 2 NO + C0 2 NO2 can at least partially oxidize the particles located in the gasoline engine particle filter, in particular carbon C, so that the gasoline engine particle filter can be passively regenerated.
  • the gasoline engine particle filter is at least partially regenerated as soon as NO2 is introduced into the gasoline engine particle filter and the gasoline engine particle filter the necessary for the regeneration
  • Exhaust gas aftertreatment components such as a NOx storage catalytic converter. Furthermore, it can be provided that the CO 2 emissions generated during the passive regeneration of the gasoline engine particle filter are assigned to the regeneration for documentation purposes.
  • the particles emitted by the gasoline engine are filtered by the gasoline engine particle filter.
  • the gasoline engine particle filter is loaded with the particles emitted by the gasoline engine.
  • the cleaning residue and / or the particle separation efficiency of the gasoline engine particle filter is increased by the particle residue formed from the retained particles during the filtration on the gasoline engine particle filter, as a result of which the gasoline engine particle filter has its preferably greatest possible basic filtration efficiency, defined by the substrate and coating. Furthermore, the
  • Otto engine particle filter if necessary after a certain particle loading, in particular after a so-called preferably as low as possible
  • Ash quantities is loaded. If necessary, the regeneration in the normal operating phase, in particular the soot oxidation processes, largely proceeds slowly or not at all.
  • the slowdown is usually due to the lower oxygen content, in particular to the lower amount of oxygen, which the gasoline engine particle filter in the
  • Oxidation catalyst coating is set up to convert nitrogen monoxide NO with oxygen O2 to nitrogen dioxide NO2.
  • NO2 can be generated in or on the oxidation catalyst coating as soon as it is supplied with NO and O2.
  • the conversion of nitrogen monoxide with oxygen to nitrogen dioxide essentially takes place according to the following rule:
  • Nitrogen dioxide NO2 makes it possible to at least partially oxidize the soot particles in the gasoline engine particle filter, in particular carbon C.
  • Soot oxidation essentially takes place according to the following rule:
  • the nitrogen dioxide NO2 not converted by the gasoline engine particle filter can be taken up in a further step by the NOx storage catalytic converter arranged after the gasoline engine particle filter and / or converted to water, carbon dioxide and nitrogen, if necessary.
  • the nitrogen monoxide NO generated by the gasoline engine particle filter can be further oxidized and taken up by the NOx storage catalytic converter arranged after the gasoline engine particle filter to form nitrogen dioxide NO2 and / or converted to water, carbon dioxide and nitrogen.
  • the soot oxidation processes it is necessary for the soot oxidation processes
  • Regeneration temperature when using nitrogen dioxide NO2 is significantly lower than the regeneration temperature required for the soot oxidation processes when using oxygen O2.
  • gasoline engine particulate filter is introduced by the gasoline engine particulate filter.
  • Nitrogen dioxide NO2 regenerates when the gasoline engine particle filter itself, the exhaust gas flowing through the gasoline engine particle filter and / or the particles located in the gasoline engine particle filter have a temperature which is greater than a regeneration temperature.
  • the gasoline engine particle filter can be regenerated even at a regeneration temperature of less than 600 ° C., in particular less than 500 ° C., preferably between 200 ° C. and 500 ° C.
  • Temperatures occurring in the gasoline engine particle filter make it possible to increase, in particular to maximize, the thermal and / or thermo-mechanical aging resistance of the gasoline engine particle filter in terms of sustainability.
  • an NOx storage catalytic converter which may be arranged after the gasoline engine particle filter can be in its optimal temperature window, in particular below 500 ° C. and preferably in one
  • Temperature range between 250 ° C and 450 ° C can be operated.
  • the gasoline engine particle filter comprises the NOx storage catalytic converter, the NOx storage catalytic converter in the rear area of the gasoline engine particle filter is arranged, and / or that the gasoline engine particle filter has a coating which acts as a NOx storage catalytic converter and / or that the coating which acts as a NOx storage catalytic converter is applied in the flow direction of the exhaust gas from the rear of the gasoline engine particle filter, the coating which acts as a NOx storage catalytic converter in particular a barium component, preferably barium oxide, barium carbonate and / or a cerium oxide component.
  • Exhaust aftertreatment system leading supply line is provided and that the supply line for supplying oxygen and in particular air is set up in the exhaust gas aftertreatment system and in particular flows through unidirectionally.
  • the gasoline engine particle filter Through the supply line, the gasoline engine particle filter, the NOx storage catalytic converter and / or the further catalytic converter, in particular the
  • Oxidation catalyst an oxygen-containing gas, in particular air, are supplied.
  • this oxygen-containing gas in particular the air, subsequently follows any that may be present
  • Oxidation catalyst or a coating acting as an oxidation catalyst optionally the gasoline engine particle filter and the NOx storage catalyst
  • the gasoline engine particle filter By supplying oxygen, on the one hand the gasoline engine particle filter can be regenerated and / or on the other hand the nitrogen oxides can be stored and / or converted.
  • the gasoline engine particle filter can operate in its regeneration mode and / or the NOx storage catalytic converter in its
  • Storage mode can be operated. If appropriate, provision is made to regenerate the gasoline engine particle filter by supplying oxygen. This so-called active regeneration by supplying oxygen can lead to an at least partial combustion of the
  • the temperature during active regeneration can be above 500 ° C, preferably above 600 ° C.
  • Gasoline engine particle filter to generate nitrogen dioxide NO2 and to regenerate the gasoline engine particle filter by supplying the generated NO2.
  • This so-called passive regeneration through the supply of nitrogen dioxide can lead to an at least partial oxidation of the particles stored in the gasoline engine particle filter.
  • the temperature during passive regeneration can be below 500 ° C, preferably between 200 ° C and 500 ° C.
  • the oxygen generated upstream of the NOx storage catalytic converter to at least temporarily store the generated and / or the existing NO2 in the NOx storage catalytic converter and, if appropriate, subsequently to convert the stored NO2 into water, carbon dioxide and nitrogen.
  • Oxidation catalyst, the gasoline engine particulate filter and / or the NOx storage catalyst via the supply line oxygen and in particular air is supplied.
  • it may be possible to operate and / or regulate the gasoline engine, in particular always, in a lambda window by l 1. This may make it possible for the 3-way catalytic converter and the other to act as a 3-way catalytic converter
  • Exhaust aftertreatment components are essentially always supplied with an essentially oxygen-free or low-oxygen exhaust gas.
  • the oxygen content of the exhaust gas flowing through the main catalyst or of the exhaust gas located in the main catalyst can be less than 5% by volume or essentially zero.
  • the amount of oxygen in the exhaust gas flowing through the main catalytic converter or the amount of oxygen in the exhaust gas located in the main catalytic converter can therefore be kept so low that the efficiency of the main catalytic converter and / or optionally of the primary or secondary or
  • Heating catalyst is unaffected, so that a sufficiently high, preferably the best possible, pollutant emission conversion rate at all times
  • the main catalyst In particular, the main catalyst, the main catalysts or the
  • Main catalytic converter (s) and the further exhaust gas aftertreatment components have a high, preferably the best possible, efficiency in normal as well as in storage mode before the feed line flows into the exhaust gas aftertreatment system.
  • Exhaust aftertreatment system especially the main catalyst, to have to flood with oxygen.
  • Storage operation may be interrupted after the maximum possible storage of NO2 in the NOx storage catalytic converter.
  • Exhaust gas aftertreatment system leading supply line includes that the supply line in front of the gasoline engine particulate filter, in front of the NOx storage catalyst and / or in front of the optionally provided further catalyst, in particular the oxidation catalyst opens into the exhaust gas aftertreatment system, the feed line between a compressor and a charge air cooler
  • Turbocharger branches off or the supply line branches off between a charge air cooler of the turbocharger and the gasoline engine or the supply line is open to the introduction of air from the environment outside the Ottomoto arrangement to the ambient air, in particular unidirectionally.
  • air can be drawn in from the environment through the supply line through the compressor of the turbocharger, optionally through the charge air cooler of the turbocharger, through the supply line and then through the gasoline engine particle filter, through the NOx storage catalytic converter and / or through the optionally provided further catalyst flow, in particular the oxidation catalyst.
  • air compressed by the compressor of the turbocharger enters the supply line after the compressor of the turbocharger or, if appropriate, after the charge air cooler of the turbocharger and before the optionally provided further catalytic converter, in particular before the oxidation catalytic converter, before the gasoline engine particle filter and / or before the NOx Storage catalytic converter from the
  • Ambient air is particularly preferred, that is air from the environment,
  • Gasoline engine particle filter through the NOx storage catalytic converter and / or through the optionally provided further catalytic converter, in particular the
  • uncompressed air in particular uncompressed ambient air, enters the supply line and, if appropriate, before it provided further catalyst, in particular the oxidation catalyst, upstream of the gasoline engine particle filter and / or upstream of the NOx storage catalyst
  • Ambient air of the supply line is provided in the exhaust gas aftertreatment system and that the venturi nozzle in front of the gasoline engine particle filter
  • one end of the feed line opens into the surroundings, in particular outside the exhaust gas aftertreatment system, and the other end into the exhaust gas aftertreatment system. It can further be provided that the feed line is unidirectional in the direction of the
  • Exhaust gas treatment system is flowed through.
  • Exhaust gas aftertreatment system comprises a safety device, such as in particular a check valve or a membrane, which prevents the exhaust gas from flowing out into the environment or into other components of the exhaust gas aftertreatment system.
  • a safety device such as in particular a check valve or a membrane, which prevents the exhaust gas from flowing out into the environment or into other components of the exhaust gas aftertreatment system.
  • a suppression can be present in the exhaust gas aftertreatment system or arise when exhaust gas is flowed through the exhaust gas aftertreatment system. It may thus be possible that air is sucked from the environment through the supply line into the exhaust gas aftertreatment system by this suppression and preferably upstream of the gasoline engine particle filter, upstream of the NOx storage catalytic converter and / or upstream of the optionally provided further catalytic converter, in particular that
  • Oxidation catalyst is introduced into the exhaust gas aftertreatment system.
  • the ambient air can enter the venturi nozzle
  • Exhaust gas treatment system are introduced. If appropriate, it is provided that the exhaust gas aftertreatment system and / or the feed line in the Area in which the supply line opens into the exhaust gas aftertreatment system is or are designed as a Venturi nozzle.
  • a controllable and / or regulatable blower for conveying the oxygen, in particular for conveying the air is provided on the, in particular unidirectionally designed, feed line and / or that a feed valve is provided along the feed line, the feed valve being used for regulation the amount of oxygen or air that is set up to the
  • Otto engine particle filter the NOx storage catalyst and / or the optionally provided further catalyst, in particular the oxidation catalyst.
  • the supply line comprises a controllable and / or regulatable blower for conveying the oxygen, in particular for conveying the air, in particular for conveying the possibly filtered ambient air.
  • the supply line comprises a pressure accumulator, in particular a compressed air accumulator, for storing and / or conveying oxygen, in particular for storing and conveying the air, in particular for storing and conveying the possibly filtered ambient air.
  • a pressure accumulator in particular a compressed air accumulator, for storing and / or conveying oxygen, in particular for storing and conveying the air, in particular for storing and conveying the possibly filtered ambient air.
  • a pressure accumulator can be filled continuously or discontinuously by the blower and is arranged in the feed line between a blower and the junction of the feed line in the exhaust gas aftertreatment system.
  • the controllable and / or adjustable blower can be designed as a mechanical compressor and / or electrical compressor.
  • Gasoline engine particle filter in front of the NOx storage catalytic converter and / or in front of the
  • Oxidation catalyst is introduced, controlled and / or regulated.
  • Exhaust gas flow direction is the last catalyst of the
  • the gasoline engine particle filter is uncoated or as a 2-way catalytic converter or as a 3-way catalytic converter or as a 4-way catalytic converter, or that the gasoline engine particle filter is not a catalytic converter or a 2-way catalytic converter or a 3-way catalytic converter -Catalyst or includes a 4-way catalyst.
  • gasoline engine particle filter in one embodiment is uncoated and is only set up to filter particles.
  • gasoline engine particle filter is set up to filter particles and additionally, or in combination, hydrocarbons,
  • the gasoline engine particle filter is designed as a 2, 3 or 4-way catalytic converter.
  • the gasoline engine particle filter is set up to filter particles, to store NOx and to convert hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides.
  • the gasoline engine particulate filter is included as a 4-way catalytic converter
  • the NOx storage catalytic converter is designed to be heatable. This makes it possible to depend on the NOx storage catalytic converter to keep an operating point in the necessary operating window so that a predetermined operation is always ensured.
  • Main catalyst in particular in the front area of the main catalyst, a, in particular catalytically coated, heating element for heating the
  • Main catalytic converter is provided and / or that after the gasoline engine, in particular after the main catalytic converter, and before the oxidation catalytic converter, in particular in the front area of the oxidation catalytic converter, one, in particular catalytically
  • Coated heating element is provided for heating the oxidation catalyst and / or that after the gasoline engine, in particular after the oxidation catalyst, and before the gasoline engine particle filter, in particular in the front area of the
  • Gasoline engine particle filter a, in particular catalytically coated heating element, is provided for heating the gasoline engine particle filter and / or after
  • Gasoline engine in particular after the gasoline engine particle filter, and the NOx storage catalytic converter, in particular in the front area of the NOx storage catalytic converter, a, in particular catalytically coated, heating element is provided for heating the NOx storage catalytic converter.
  • the heating elements can be powered by the vehicle electrical system, which in particular has a nominal voltage of 12 volts or 48 volts.
  • At least one heating element is provided.
  • Exhaust gas aftertreatment system reaches the functional temperature (light-off temperature) required for its efficient function earlier.
  • a heating element to be provided in front of the NOx storage catalytic converter in order to be able to quickly heat the NOx storage catalytic converter to its functional temperature, particularly when the internal combustion engine is cold started thus minimizing the emission of harmful, gaseous emissions such as CO, THC or NOx emissions. Since the NOx storage catalytic converter generally requires a lower temperature for its function than the 3-way catalytic converter, the NOx emissions emitted by the gasoline engine can be absorbed by the NOx storage catalytic converter during a cold start.
  • the catalytically coated fleece element in front of an oxidation catalyst and / or in front of the gasoline engine particle filter, which optionally includes an oxidation catalyst coating and / or a NOx storage catalyst function, or in front of a separate NOx storage catalyst component or before the overall grouping of the
  • Exhaust aftertreatment components is arranged in order to enable an active 3-way function as early as possible after or preferably when the engine is started, in addition to the above-mentioned advantages relating to NOx emissions.
  • the Fleizetti and the resulting heating of the individual catalysts can be used for their desulfurization.
  • this may make it possible to desulfurize the NOx storage catalytic converter with the pickling element. Since the NOx storage catalytic converter is in particular also the last exhaust gas component in the
  • Exhaust gas treatment system can be arranged, such a desulfurization has the least thermal influence on the others
  • the temperature required for the desulfurization in particular the temperature window required for the desulfurization, can be above that in which nitrogen oxides can be stored.
  • the NOx storage catalytic converter may be completely regenerated before desulfurization takes place.
  • At least one unfired overrun operating phase and / or at least one fired overrun operating phase is formed such that in the fired overrun operating phase the gas flowing through the main catalyst is low in oxygen, in particular essentially oxygen-free, and in particular the exhaust gas of a stoichiometric or
  • sub-stoichiometric in particular sub-stoichiometric
  • Combustion is provided, an exhaust gas recirculation line being provided, which supplies the gasoline generated in the gasoline engine in an unfired overrun operating phase before or during the transition from the normal operating phase to the unfired overrun operating phase in the gasoline engine,
  • an exhaust gas recirculation line is provided which feeds the exhaust gas generated in the gasoline engine to the gasoline engine in an unfired overrun operation phase before or during the transition from the fired overrun operation phase to the unfired overrun operation phase.
  • Gasoline engine particle filter or the oxidation catalyst coated with an oxidation catalyst coating is provided, or that the
  • Gasoline engine particle filter with at least in its front area
  • Oxidation catalyst coating is provided, wherein the oxidation catalyst coating is set up to convert NO with 02 to N02.
  • Exhaust gas aftertreatment system comprising supply line, wherein via the supply line, the gasoline engine particle filter, in particular for regeneration of the gasoline engine particle filter, and / or the oxidation catalyst, oxygen and
  • air in particular air, preferably filtered ambient air
  • oxygen and in particular air, preferably filtered ambient air can be supplied to the NOx storage catalyst, in particular for storing and converting nitrogen oxides, and / or to the oxidation catalyst via the supply line.
  • oxygen and in particular air, preferably filtered ambient air can be supplied to the NOx storage catalyst, in particular for storing and converting nitrogen oxides, and / or to the oxidation catalyst via the supply line.
  • the exhaust gas aftertreatment system comprises an SCR catalytic converter, that the SCR catalytic converter is arranged after the main catalytic converter, after the oxidation catalytic converter and / or after the gasoline engine particle filter, that the gasoline engine arrangement can flow through or flow into the exhaust gas aftertreatment system, in particular one-way flow, Feed line includes, and that via the feed line to the SCR catalyst, in particular for the reduction of
  • Nitrogen oxides, oxygen and in particular air, preferably filtered ambient air, can be supplied.
  • the SCR catalytic converter is in particular always arranged upstream of the NOx storage catalytic converter.
  • the gasoline engine particle filter in its rear area comprises an SCR catalyst, in particular a vanadium SCR, a copper SCR or an iron-zeolite SCR, or that the gasoline engine particle filter in its rear area as an SCR catalyst, in particular as a vanadium SCR, a copper SCR or an iron-zeolite SCR, or that after the gasoline engine particle filter, an SCR catalyst, in particular a vanadium SCR, a copper SCR or an iron-zeolite SCR, is provided. It can be provided that the vanadium SCR has a lower NO2 to NOx
  • Oxidation catalytic converter, the NOx storage catalytic converter and / or the SCR catalytic converter is supplied with oxygen, in particular ambient air, via a supply line.
  • the gasoline engine particle filter, the oxidation catalytic converter, the NOx storage catalytic converter and / or the SCR catalytic converter have their own
  • a dosing device for introducing a Before the SCR catalytic converter and in particular after the oxidation catalytic converter
  • Operating fluid can contain a reducing agent such as ammonia NH3 in particular or can be converted into a reducing agent such as NH3 in particular.
  • a urea-containing mixture in particular a urea-water solution, such as AdBlue®, is preferably used as the operating material. If passive metering of the operating fluid is not sufficient, metering is carried out actively. It may be that up to 100% of NH3 is oxidized in certain areas by at least one palladium coating.
  • ammonia NFI3 required for the SCR reactions can be fed through the gasoline engine, in particular through the fluff catalyst, without additional metering.
  • ammonia NFI3 is produced when the gasoline engine is operated rich, i.e. with a lambda value of less than one.
  • ammonia NH3 is formed in the presence of CO in phases of substoichiometric conditions.
  • a housing in particular a steel housing, is provided and that in the housing, in particular the oxidation catalytic converter or the gasoline engine particle filter coated with the oxidation catalytic converter coating, the NOx storage catalytic converter and / or the SCR catalytic converter or the SCR catalytic converter Coating coated gasoline engine particle filter and / or optionally
  • Heating element are provided.
  • the invention relates to a method for operating the
  • gasoline engine arrangement comprises a gasoline engine and an exhaust gas aftertreatment system with a main catalyst, a gasoline engine particle filter and a NOx storage catalyst, and wherein the exhaust gas first flows through the main catalyst, then the gasoline engine particle filter and then the NOx storage catalyst.
  • a front area of an exhaust gas aftertreatment component is to be understood as the area which is in
  • Flow direction of the exhaust gas in the respective exhaust aftertreatment component is flowed through earlier by the exhaust gas.
  • this can be the area through which the exhaust gas enters the respective exhaust gas aftertreatment component.
  • a rear area is one
  • Flow direction of the exhaust gas in the respective exhaust gas aftertreatment component is later flowed through by the exhaust gas.
  • this can be the area through which the exhaust gas emerges from the respective exhaust gas aftertreatment component.
  • 1 a, 1 b, 1c and 1d show schematic graphic representations of variants of a first embodiment of a gasoline engine arrangement according to the invention
  • FIG. 2a and 2b show schematic graphic representations of variants of a second embodiment of a gasoline engine arrangement according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic graphic representation of a third embodiment of a gasoline engine arrangement according to the invention
  • 4a and 4b show schematic graphic representations of variants of a fourth embodiment of a gasoline engine arrangement according to the invention
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of a fifth embodiment of a gasoline engine arrangement according to the invention.
  • 6a to 6c show schematic graphic representations of variants of a sixth embodiment of a gasoline engine arrangement according to the invention.
  • gasoline engine 1 exhaust gas aftertreatment system 2, fluff catalyst 3, gasoline engine particle filter 4, turbocharger 5, throttle valve 6, compressor 7, turbine 8, exhaust gas recirculation line 9, NOx storage catalytic converter 10, pickling element 11, supply valve 12, charge air cooler 13, supply line 14, venturi nozzle 15 Housing 16
  • Main catalytic converter 19 filter device 20, safety device 21, blower 22 and pressure accumulator 23.
  • 1 a, 1 b, 1c and 1d show schematic graphic representations of
  • the gasoline engine arrangement comprises a gasoline engine 1 and an exhaust gas aftertreatment system 2.
  • the exhaust gas aftertreatment system 2 comprises a main catalytic converter 3, a subordinate to the main catalytic converter 3
  • the main catalytic converter 3 is designed as a 3-way catalytic converter and is directly connected to the turbine 8 of the
  • the exhaust gas aftertreatment system 2 comprises a main catalytic converter 3, at least one further catalytic converter, and an oxidation catalytic converter 18 one
  • Otto engine particle filter 4 and a NOx storage catalytic converter 10. 1 also includes a turbocharger 5 and a throttle valve 6.
  • the turbocharger 5 comprises a compressor 7 and a turbine 8.
  • the exhaust gas aftertreatment component is the
  • a fleece element 11 is provided.
  • the fleece element 11 which is fed by the vehicle electrical system, it is possible to heat up catalysts, this heating being able to be carried out flexibly and quickly.
  • the NOx storage catalytic converter 10 is shown in FIG.
  • the exhaust gas emitted by the gasoline engine 1 is flowing through the
  • Exhaust gas aftertreatment system 2 and the exhaust gas aftertreatment components arranged in the exhaust gas aftertreatment system 2 cool down.
  • the exhaust gas flows through the NOx storage catalytic converter 10 at a temperature which is lower than the entry temperature into the exhaust gas aftertreatment system 2.
  • This makes it possible to reduce and / or prevent thermal stresses and thermal aging in the NOx storage catalytic converter 10 and, for example, the service life of the To increase NOx storage catalyst 10.
  • This makes it possible to solve the conflict of objectives mentioned above and to create a method and a gasoline engine arrangement which enable low fuel consumption, low pollutant emissions and a high degree of reliability and longevity.
  • the exhaust gas component is provided in the exhaust gas aftertreatment system 2, desulfurization of the NOx storage catalytic converter 10, if any, has the least thermal influence on the other exhaust gas aftertreatment components.
  • the NOx storage catalytic converter 10 can be targeted to its
  • Desulfurization temperature in particular 700 ° C, heated and damage to other exhaust gas treatment components can be prevented and / or reduced.
  • the NOx storage catalytic converter 10 can be brought to its desulfurization temperature by the heating element 11.
  • no additional fuel or only a small amount of additional fuel is required for the desulfurization of the NOx storage catalytic converter 10 and the particle emissions are also essentially not increased.
  • the gasoline engine arrangement comprises a supply line 14.
  • the supply line 14 is set up for supplying air upstream of the NOx storage catalytic converter 10.
  • the oxidation catalyst coating 17 is provided in the front area of the NOx storage catalytic converter 10.
  • air occurs after the compressor 7 of the turbocharger 5 and before the charge air cooler 13
  • the NOx storage catalytic converter 10 can supply oxygen, the NOx storage catalytic converter 10 can
  • NO2 can at least temporarily stored in the NOx storage catalytic converter 10 and, if appropriate, the stored NO2 can then be converted to water, carbon dioxide and nitrogen.
  • Feed line 14 the oxygen content of the exhaust gas flowing through the main catalytic converter 3 or of the exhaust gas located in the main catalytic converter 3 can be less than 5% by volume or essentially zero.
  • Feed line 14 can flow through the main catalytic converter 3
  • Oxygen amount of the exhaust gas or the amount of oxygen of the exhaust gas located in the main catalyst 3 are kept so low that the efficiency of the exhaust gas
  • Main catalyst 3 is unaffected.
  • air is flowed through as the only exhaust gas aftertreatment component during the supply of air, the NOx storage catalytic converter 10, which comprises the oxidation catalytic converter coating 17.
  • the gasoline engine arrangement additionally comprises an exhaust gas recirculation line 9, namely a high pressure EGR line of a high pressure EGR system, compared to the gasoline engine arrangement of FIG. 1c.
  • FIGS. 2a and 2b show schematic representations of different variants of a second embodiment of a gasoline engine arrangement according to the invention.
  • the features of the variants of the embodiment according to FIGS. 2a and 2b can preferably correspond to the features of the embodiments according to FIGS. 1 a, 1 b, 1 c and 1d.
  • Oxidation catalyst coating 17 is provided.
  • an oxidation catalytic converter 18 having an oxidation catalytic converter coating 17 is provided in front of the gasoline engine particle filter 4.
  • the oxidation catalyst coating 17 is formed from at least one element of the platinum metals or platinoids.
  • Oxidation catalyst coating 17 comprising gasoline engine particle filter 4 are introduced into the exhaust gas aftertreatment system 2 via a feed line 14.
  • the oxidation catalyst coating 17 is set up to
  • NO2 is generated in or on the oxidation catalyst coating 17 as soon as it is supplied with NO and O2.
  • the nitrogen dioxide NO2 generated makes it possible to at least partially oxidize the combustible components of the particles located in the gasoline engine particle filter 4, in particular the carbon C.
  • the soot oxidation takes place essentially according to the following rule:
  • the variants of the second embodiment make it possible for the nitrogen dioxide NO2 which has not been converted by the gasoline engine particle filter 4 to be at least temporarily stored in the NOx storage catalytic converter 10 and / or, if appropriate, to be converted into water, carbon dioxide and nitrogen.
  • the nitrogen oxides can be stored in the NOx storage catalytic converter 10 and optionally converted.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a third embodiment of a gasoline engine arrangement according to the invention.
  • the features of the third embodiment can preferably correspond to the features of the embodiments according to FIGS. 1 a, 1 b, 1c, 1 d, 2a and 2b.
  • the gasoline engine particle filter 4 and the NOx storage catalytic converter 10 are provided on two different carrier bodies and are arranged in a housing 16, namely a steel housing.
  • oxygen and in particular air can be introduced upstream of the gasoline engine particle filter 4, upstream of the NOx storage catalytic converter 10 and / or upstream of the oxidation catalytic converter 18 which may be provided.
  • the oxygen supply line 14 may include a safety device 21 and a supply valve 12. Furthermore, the
  • Supply line 14 air from the environment or from the intake tract
  • Exhaust gas aftertreatment system 2 in particular where the supply line 14 opens into the exhaust gas aftertreatment system 2, is designed as a Venturi nozzle 15.
  • 4a and 4b show schematic representations of different variants of a fourth embodiment of a gasoline engine arrangement according to the invention.
  • the features of the variants of the embodiment according to FIGS. 4a and 4b can preferably correspond to the features of the embodiments according to FIGS. 1a, 1b, 1c, 1d, 2a, 2b and 3.
  • the ambient air is introduced into the exhaust gas aftertreatment system 2 via a feed line 14 opening in front of the NOx storage catalytic converter 10.
  • the variant according to FIG. 4b has, in addition to the variant according to FIG. 4a, another fluff catalyst 19.
  • the exhaust gas aftertreatment system 2 is designed as a Venturi nozzle 15 in the region of the point where the supply line 14 opens into the exhaust gas aftertreatment system 2. Furthermore, an oxidation catalytic converter coating 17 can be provided on the NOx storage catalytic converter 10, in particular in the front area thereof.
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of a fifth embodiment of a gasoline engine arrangement according to the invention.
  • the features of the embodiment according to FIG. 5 can preferably correspond to the features of the embodiments according to FIGS. 1 a, 1 b, 1 c, 1 d, 2a, 2b, 3, 4a and 4b.
  • the exhaust gas aftertreatment system 2 comprises a fluff catalyst 3, an oxidation catalyst 18, a gasoline engine particle filter 4 and a NOx storage catalyst 10.
  • Ambient air is introduced into the exhaust gas aftertreatment system 2 upstream of the oxidation catalytic converter 18 via a supply line 14.
  • FIGS. 6a, 6b and 6c show schematic graphic representations of variants of a sixth embodiment of a gasoline engine arrangement according to the invention.
  • the Features of the embodiment according to FIGS. 6a to 6c can preferably correspond to the features of the embodiments according to FIGS. 1a, 1b, 1c, 1d, 2a, 2b, 3, 4a, 4b and 5.
  • ambient air which was filtered via a filter device 20, is introduced into the exhaust gas aftertreatment system 2 upstream of the NOx storage catalytic converter 10.
  • Safety device 21 is provided.
  • FIG. 6b another is in addition to the variant of FIG. 6a
  • Flaup catalytic converter 19 arranged between the flaup catalytic converter 3 and the gasoline engine particle filter 4.
  • the ambient air filtered by the filter device 20 is in front of the NOx storage catalytic converter 10 by means of a fan 22, which is in this
  • Embodiment is designed as an electrical compressor 7, introduced.
  • the air in front of the compressor 7 of the turbocharger 5 is introduced into a pressure accumulator 23 via a fan 22.
  • the air can then enter the NOx storage catalytic converter 10 via the pressure accumulator 23
  • Exhaust gas treatment system 2 are introduced.
  • an oxidation catalytic converter coating 17 can be provided on the NOx storage catalytic converter 10, in particular in the front area thereof.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments, but includes any gasoline engine arrangement and any method according to the

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ottomotoranordnung und ein Verfahren zum Betreiben der Ottomotoranordnung, wobei die Ottomotoranordnung einen Ottomotor (1) und eine Abgasnachbehandlungsanlage (2) mit einem Hauptkatalysator (3), einem Ottomotorpartikelfilter (4) und einem NOx-Speicherkatalysator (10) umfasst, wobei der Hauptkatalysator (3) als 3-Wege-Katalysator ausgebildet ist oder wirkt, wobei dem Hauptkatalysator (3) der Ottomotorpartikelfilter (4), welcher gegebenenfalls als 4-Wege-Katalysator wirkt, nachgeordnet ist, wobei dem Ottomotorpartikelfilter (4) der NOx-Speicherkatalysator (10) nachgeordnet ist, und wobei gegebenenfalls ein Oxidationskatalysator (18) vor dem NOx-Speicherkatalysator (10) angeordnet ist.

Description

Ottomotoranordnung und Verfahren mit einem NSC-System
Die Erfindung betrifft eine Ottomotoranordnung und ein Verfahren gemäß den
Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, beispielsweise der Betrieb innerhalb eines Lambdafensters um l = 1 welche gegebenenfalls durch unbefeuerte
Schubbetriebsphasen unterbrochen werden können.
Beispielsweise sind Verfahren bekannt, bei denen die von einem Dieselmotor emittierten Stickoxide, insbesondere in Form von Stickstoffdioxid NO2, zumindest temporär in einem NOx-Speicherkatalysator, einem sogenannten NSC, gespeichert werden. Solche NOx-Speicherkatalysatoren können als Speichermaterialien beispielsweise schwere Alkalimetalle (z.B. Kalium, Natrium), schwere Erdalkalimetalle (z.B. Barium, Calcium) oder leichte Seltenen Erden (z.B. Lanthan, Cer) in Form des Oxids oder des Carbonats umfassen.
Durch diese Speichermaterialien ist es möglich, die im Abgas enthaltenen Stickoxide zumindest temporär im NOx-Speicherkatalysator zu speichern. Um das Speichern von Stickoxiden, insbesondere in Form von Stickstoffdioxid NO2, zu ermöglichen, ist ein Sauerstoffüberschuss im Abgas erforderlich, was bei einer herkömmlichen
Dieselanordnung gewährleistet ist. Um die gespeicherten Stickstoffdioxide wieder freizusetzen und zu reduzieren, muss der Motor gemäß dem Stand der Technik phasenweise definiert unterstöchiometrisch betrieben werden.
Ferner sind Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors bekannt, in denen ein mit Oxidationskatalysator-Beschichtung beschichteter Oxidationskatalysator vorgesehen ist, wobei die Oxidationskatalysator-Beschichtung dazu eingerichtet ist,
Stickstoffmonoxid NO mit Sauerstoff O2 zu Stickstoffdioxid NO2 umzusetzen. Dadurch wird in oder an der Oxidationskatalysator-Beschichtung NO2 erzeugt, sobald dieser NO und O2 zugeführt wird. Ferner sind Verfahren zum Betreiben eines Diesel- oder Ottomotors bekannt, bei denen das partikelbeladene Abgas bei der Durchdringung einer porösen Filterwand eines Abgasfilters gefiltert wird. Während des Filtrationsvorganges werden Partikel vom Filtermedium des Abgasfilters zurückgehalten und lagern sich auf diesem ab.
Die Filterwände des Abgasfilters können aus unterschiedlichen porösen Werkstoffen bestehen und beispielweise aus Fasern oder Pulver aufgebaut sein. Die Fasern oder das Pulver selbst bestehen insbesondere aus Keramiken oder aus Metallen. Klassische Keramiken sind Mullit, Cordierit, Siliziumcarbid (SiC) und Aluminiumtitanat.
Ganz allgemein kann sich durch das Ablagern der Partikel an der Oberfläche bzw. im Inneren der Filterwand eine die Filtration beeinflussende Partikelschicht bilden - ein sogenannter Filterkuchen im Falle der Ausbildung an der Oberfläche, was einerseits dazu führt, dass sich die vorzugsweise bereits beladungsfrei bestmögliche
Filtrationseffizienz noch weiter verbessert, andererseits steigt der Strömungswiderstand und somit auch der durch den Abgasvolumenstrom erzeugte Differenzdruck am
Abgasfilter an.
Auch in der Ottomotoranordnung ist, wie bereits aus herkömmlichen
Dieselanordnungen bekannt, eine Regeneration des Abgasfilters bei einer
entsprechend hohen Rußbeladung erforderlich, um einen zu hohen Gegendruck bzw. ungewollte bauteilgefährdende Temperaturspitzen im Abbrandfall des Rußes im
Partikelfilter vermindern oder verhindern zu können. Da eine Ottomotoranordnung im Vergleich zu einer Dieselanordnung ein deutlich niedrigeres Partikelrohemissionsniveau in Kombination mit einem deutlich höheren Abgastemperaturniveau aufweist, ist eine Regeneration bei der Ottomotoranordnung seltener notwendig.
Die aktive Einleitung der Regeneration des Ottomotorpartikelfilters wird bei der
Ottomotoranordnung aber auch spätestens notwendig, wenn durch die Partikelbeladung der Abgasgegendruck einen Abgasgegendruck-Schwellenwert überschreitet, bei welchem der Abgasausstoß stark behindert und insbesondere potentiell nachhaltig schädigungsrelevante Bauteilgrenzwerte des Motors oder der
Abgasnachbehandlungsanlage überschritten werden. Bei herkömmlichen Ottomotoranordnungen ist im Vergleich zu herkömmlichen
Dieselanordnungen einerseits die Abgastemperatur höher, wodurch eine thermisch oxidative Regeneration unter Vorhandensein von Sauerstoff einfacher möglich ist.
Andererseits entsteht im Vergleich zu herkömmlichen Dieselanordnungen bei herkömmlichen Ottomotoranordnungen durch den stöchiometrischen Normalbetrieb weniger Sauerstoff, wodurch deutlich weniger Sauerstoff für eine Regeneration des Ottomotorpartikelfilters zur Verfügung steht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Ottomotoranordnung zu schaffen, um das bereits niedrige Stickoxidniveau nach dem mindestens einen Hauptkatalysator, insbesondere dem 3-Wege-Katalysator, weiter größtmöglich, insbesondere in Richtung von Immissions-Umgebungsluftgrenzwerten, zu reduzieren bzw. zu senken. Es ist somit Aufgabe der Erfindung, der sogenannten Vision der„Zero Impact Emission“
näherzukommen, um dem Endkunden einerseits eine im Treibstoffverbrauch sparsame Ottomotoranordnung zur Verfügung zu stellen und andererseits die Umwelt durch größtmögliche Unterschreitung der vom Gesetzgeber vorgeschriebenen Schadstoff- Emissionsgesetze zu schonen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der
unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Die Erfindung betrifft eine Ottomotoranordnung, wobei die Ottomotoranordnung einen Ottomotor und eine Abgasnachbehandlungsanlage mit zumindest einem
Hauptkatalysator, einem Ottomotorpartikelfilter und einem NOx-Speicherkatalysator umfasst, wobei der Hauptkatalysator als 3-Wege-Katalysator ausgebildet ist oder wirkt, und wobei dem Hauptkatalysator der Ottomotorpartikelfilter, welcher gegebenenfalls als 4-Wege-Katalysator wirkt, nachgeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dem Ottomotorpartikelfilter der NOx- Speicherkatalysator nachgeordnet ist und dass gegebenenfalls ein weiterer Katalysator, insbesondere ein Oxidationskatalysator vor dem NOx-Speicherkatalysator angeordnet ist.
Der NOx-Speicherkatalysator ist insbesondere an letzter Stelle, sprich am weitesten stromabwärts, der Abgasnachbehandlungsablage angeordnet. Dadurch ist der NOx- Speicherkatalysator sehr weit weg vom Motor selbst angeordnet, was der eigentlich zugeordneten Funktion desselben widerspricht.
Die Ottomotoranordnung kann die Ottomotoranordnung einer
Verbrennungskraftmaschine, insbesondere die Ottomotoranordnung eines
Kraftfahrzeugs, sein.
Die Ottomotoranordnung umfasst einen Ottomotor und eine
Abgasnachbehandlungsanlage. Die Abgasnachbehandlungsanlage umfasst einen Hauptkatalysator, insbesondere einen 3-Wege-Katalysator, einen dem Hauptkatalysator nachgeordneten Ottomotorpartikelfilter und einen dem Ottomotorpartikelfilter
nachgeordneten NOx-Speicherkatalysator.
Gegebenenfalls ist der NOx-Speicherkatalysator an einer Position in der
Abgasnachbehandlungsanlage positioniert, in welcher die Abgastemperatur beim Eintritt in den NOx-Speicherkatalysator eine niedrigere Temperatur aufweist als beim Austritt aus dem Ottomotor.
Ferner kann die Abgasnachbehandlungsanlage den/die Hauptkatalysator/en, den Ottomotorpartikelfilter und den NOx-Speicherkatalysator und gegebenenfalls einen oder mehrere Vorkatalysator/en und/oder einen oder mehrere Nebenkatalysator/en, insbesondere einen oder mehrere Oxidationskatalysator/en, welche/r eine
Oxidationskatalysator-Beschichtung umfasst/en, und/oder einen oder mehrere
Heizkatalysator/en und/oder einen oder mehrere, insbesondere gasförmig
abgasnachbehandlungswirksam beschichteten/te, Ottomotorpartikelfilter und/oder einen oder mehrere NOx-Speicherkatalysator/en und/oder eine oder mehrere
Abgasnachbehandlungskomponente/n, welche eine NOx-Speicherkatalysator- Beschichtung umfassen, und/oder ein oder mehrere SCR-System/e und/oder eine oder mehrere Abgasnachbehandlungskomponente/n, welche eine SCR-Beschichtung umfassen, und/oder eine Sekundärlufteindüsung umfassen.
Ferner kann die Abgasnachbehandlungsanlage aus dem/den Hauptkatalysator/en, dem Ottomotorpartikelfilter und dem NOx-Speicherkatalysator und gegebenenfalls einem oder mehreren Vorkatalysator/en und/oder einem oder mehreren Nebenkatalysator/en, insbesondere einem oder mehreren Oxidationskatalysator/en, welche/r eine
Oxidationskatalysator-Beschichtung umfasst/en, und/oder einem oder mehreren Heizkatalysator/en und/oder einem, insbesondere einem oder mehreren gasförmig abgasnachbehandlungswirksam beschichteten, Ottomotorpartikelfilter/n und/oder einem oder mehreren NOx-Speicherkatalysator/en und/oder einer oder mehreren
Abgasnachbehandlungskomponente/n, welche eine NOx-Speicherkatalysator- Beschichtung umfasst/en, und/oder einem oder mehreren SCR-System/en und/oder einer oder mehreren Abgasnachbehandlungskomponente/n, welche eine SCR- Beschichtung umfasst/en, und/oder einer Sekundärlufteindüsung gebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Ottomotorpartikelfilter und der NOx- Speicherkatalysator an einem gemeinsamen Trägerkörper vorgesehen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der Ottomotorpartikelfilter und der NOx- Speicherkatalysator an zwei hintereinander angeordneten Trägerkörpern vorgesehen. Dadurch ist es möglich, die beiden Abgasnachbehandlungskomponenten, insbesondere thermisch, zu entkoppeln. Insbesondere kann vorgesehen sein, die beiden
Abgasnachbehandlungskomponenten in einem Gehäuse, insbesondere in einem Stahlgehäuse, anzuordnen, um eine kompakte Bauform zu ermöglichen.
Insbesondere strömt das im Ottomotor erzeugte Abgas durch den Hauptkatalysator, dann durch den gegebenenfalls vorgesehenen weiteren Katalysator, insbesondere den Oxidationskatalysator, durch den Ottomotorpartikelfilter und anschließend durch den NOx-Speicherkatalysator der Abgasnachbehandlungsanlage.
Da der NOx-Speicherkatalysator nach dem Hauptkatalysator und nach dem
Ottomotorpartikelfilter angeordnet ist, kann der NOx-Speicherkatalysator vor hohen Abgastemperaturen geschützt werden, welche insbesondere in motornahen Bereichen der Abgasnachbehandlungsanlage eines Ottomotors, welcher mit hohen Temperaturen arbeitet, auftreten.
Das heißt, dass gegebenenfalls das vom Ottomotor emittierte Abgas beim
Durchströmen der Abgasnachbehandlungsanlage und der in der
Abgasnachbehandlungsanlage angeordneten Abgasnachbehandlungskomponenten abkühlt. Folglich strömt das Abgas mit einer gegenüber der Eintrittstemperatur in die Abgasnachbehandlungsanlage verringerten Temperatur durch den NOx- Speicherkatalysator. Dadurch können einerseits thermische Spannungen, aber insbesondere auch thermische Alterungseffekte im NOx-Speicherkatalysator verringert und/oder verhindert werden, wodurch die Lebensdauer des NOx-Speicherkatalysators erhöht, insbesondere maximiert, werden kann. Würde der NOx-Speicherkatalysator nämlich motornahe angeordnet werden, würde dieser aufgrund der sehr hohen
Temperaturen nicht lange funktionsfähig sein.
Gegebenenfalls wird dem gegebenenfalls vorgesehenen weiteren Katalysator, insbesondere dem Oxidationskatalysator und dem NOx-Speicherkatalysator Sauerstoff, insbesondere Luft, zugeführt. In diesem sogenannten Speicherbetrieb können die vom Ottomotor emittierten Stickoxide, insbesondere in Form von Stickstoffdioxid NO2, zumindest temporär gespeichert und gegebenenfalls die gespeicherten Stickoxide zu Stickstoff N2 wieder umsetzt werden, wenn der NOx-Speicherkatalysator oder das durch den NOx-Speicherkatalysator strömende Abgas eine Temperatur aufweist, welche größer als eine Speichertemperatur, insbesondere größer als 100 °C, vorzugsweise größer als 180 °C, ist. Hier wird angeführt, dass bei den
unterschiedlichen NOx-Speicherkatalysator-Beschichtungstechnologien eine
unterschiedliche zur Speicherung nötige„light off“ Speichertemperatur erreicht werden muss. In weiterer Folge soll die Speichertemperatur einen Höchstwert so wenig wie möglich überschreiten, um aus einem sogenannten Speicherfenster nicht wieder herauszufallen.
Ferner ist es durch die erfindungsgemäße Ottomotoranordnung möglich, die vom Ottomotor emittierten Stickoxide in Form von NO2 im NOx-Speicherkatalysator einzuspeichern und diese in weiterer Folge beispielsweise zu Wasser, Kohlendioxid und Stickstoff umzusetzen.
Wenn beispielsweise Barium Ba als Speichermaterial im NOx-Speicherkatalysator verwendet wird, läuft die Einspeicherung von den vom Ottomotor emittierten
Stickoxiden im Wesentlichen nach folgender Vorschrift ab:
Figure imgf000009_0001
Ferner kann es möglich sein, dass das eingespeicherte Stickstoffdioxid durch die Zuführung von Kohlenmonoxid CO und/oder von Kohlenwasserstoff HC und den dadurch bedingten Zerfall des Nitrats wieder freigesetzt wird. Wenn beispielsweise Barium Ba als Speichermaterial verwendet wird, läuft diese Ausspeicherung im
Wesentlichen nach folgender Vorschrift ab:
Ba(N03)2 + CO — * BaC03 + 2 NO + 02
Das dadurch entstehende Stickstoffmonoxid NO kann durch ein Reduktionsmittel wie beispielsweise Kohlenwasserstoff HC, Wasserstoff H2 oder Kohlenmonoxid CO an einer Edelmetallkomponente des NOx-Speicherkatalysators, insbesondere an Rhodium Rh, zu Stickstoff N2 reduziert werden. Diese Reduktion läuft im Wesentlichen nach folgender Vorschrift ab:
1
HC + 2 NO + 02 + -H2 + CO -> H20 + 2 C02 + JV2
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass im vorderen Bereich des NOx-Speicherkatalysators oder vor dem NOx-Speicherkatalysator ein mit einer Oxidationskatalysator- Beschichtung beschichteter Katalysator vorgesehen ist. Diese Oxidationskatalysator- Beschichtung kann dazu eingerichtet sein, NO mit O2 zu NO2 umzusetzen. Diese Umsetzung läuft im Wesentlichen nach folgender Vorschrift ab:
2 NO + 02 ^ 2 N02 Vorzugsweise umfasst die Oxidationskatalysator-Beschichtung ein Platinmetall, wie insbesondere Platin, Rhodium und/oder Palladium, oder ist aus einem Platinmetall, wie insbesondere Platin, Rhodium und/oder Palladium, gebildet.
Ferner kann diese Oxidationskatalysator-Beschichtung kann dazu eingerichtet sein, als Neben- und Zwischenprodukt katalytischer Reaktionen in den Katalysatoren unter Vorhandensein von CO gegebenenfalls entstehendes NH3 mit O2 zu NOx umzusetzen. Diese Umsetzung läuft im Wesentlichen nach folgender Vorschrift ab:
4NH3 + (3 + 2X)02 -> 4 NOx + 6 H20 wobei x = {1,2}
Insbesondere kann der Oxidationskatalysator mit Sauerstoff gegebenenfalls gebildetes NH3 minimieren oder verringern. Die dabei entstehende Reaktionsprodukte,
insbesondere die Stickoxide, können anschließend einer, vorzugsweise bestmöglich, effektiven NOx-Nachbehandlung, wie beispielsweise einem NOx-Speicherkatalysator, zugeführt werden.
Dadurch ist es möglich, Neben- und Zwischenprodukte katalytischer Reaktionen, beispielsweise entstehendes NH3, in den Katalysatoren, insbesondere im
Oxidationskatalysator, zu oxidieren und die bei dieser Oxidation im
Oxidationskatalysator entstehenden Reaktionsprodukte, insbesondere die Stickoxide, einer bestmöglichen NOx-Nachbehandlung zuzuführen. Insbesondere ist es möglich, dass im Hauptkatalysator, insbesondere im 3-Wege-Katalysator, NH3 gebildet wird, wenn CO oder H2 im Abgas vorhanden ist.
Zur Einspeicherung von Stickoxiden in den NOx-Speicherkatalysator kann vorgesehen sein, dass sowohl dem NOx-Speicherkatalysator als auch der Oxidationskatalysator- Beschichtung Sauerstoff und insbesondere Luft zugeführt wird. Dadurch kann in einem ersten Schritt Stickstoffmonoxid mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid umgesetzt und in einem zweiten Schritt das so erzeugte Stickstoffdioxid in dem NOx-Speicherkatalysator eingespeichert werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind unter dem zumindest einem
Hauptkatalysator oder dem Hauptkatalysator ein oder mehrere Katalysator/en, insbesondere mehrere Hauptkatalysatoren, zu verstehen, welche im Wesentlichen die gleiche Wirkung und/oder Funktion aufweisen. Gegebenenfalls umfasst der zumindest eine Hauptkatalysator einen oder mehrere Katalysator/en, insbesondere einen oder mehrere Vor- oder Nebenkatalysator/en und/oder einen oder mehrere
Heizkatalysator/en. Gegebenenfalls ist der zumindest eine Hauptkatalysator aus einem oder mehreren Hauptkatalysator/en, insbesondere aus einem oder mehreren Vor- und/oder Nebenkatalysator/en und/oder aus einem oder mehreren Heizkatalysator/en gebildet. Bevorzugt ist zumindest einer der oben genannten Katalysatoren mit einer 3- Wege-Beschichtung beschichtet.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Ottomotor als in einem Lambdafenster um l = 1 vor der Abgasnachbehandlungsanlage geregelter Ottomotor ausgebildet ist.
In der Normalbetriebsphase, welche im Wesentlichen dem regulären Betriebsmodus der Ottomotoranordnung bzw. des Ottomotors entspricht, werden Treibstoff und Luft in den Brennraum mindestens eines Zylinders des Ottomotors eingebracht und durch Verbrennung zu Abgas umgesetzt.
Der Ottomotor kann in der Normalbetriebsphase vorzugsweise in einem Lambdafenster um l = 1 betrieben und/oder geregelt werden. Das heißt, dass der Ottomotor gegebenenfalls um einen Lambdawert l von 1 ,0 pendelnd betrieben wird und insbesondere mit einem Lambdawert l im Bereich von 0,9 bis 1 ,1 , vorzugsweise von 0,95 bis 1 ,05, betrieben und/oder geregelt wird. Es kann vorgesehen sein, dass der Ottomotor in seiner Normalbetriebsphase phasenweise oder dauerhaft unter- oder überstöchiometrisch bzw. fett oder mager betrieben und/oder geregelt wird,
vorausgesetzt die Abgasnachbehandlungskomponenten der Ottomotoranordnung erlauben unter diesen Bedingungen eine ausreichend hohe, insbesondere
bestmögliche, Rohemissionskonvertierung.
Das heißt gegebenenfalls, dass in der Normalbetriebsphase, im Speicherbetrieb des NOx-Speicherkatalysators und/oder im Regenerationsbetrieb des Ottomotorpartikelfilters ein ausreichender, vorzugsweise größtmöglicher, Konvertierungsgrad der Schadstoffe durch die Abgasnachbehandlungskomponenten in Summe sichergestellt sein soll. Dadurch kann eine ausreichend hohe
Schadstoffreduktion in beiden Betriebsphasen ermöglicht werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Schadstoffemissionskonvertierungsgrad der
Abgasnachbehandlungsanlage zu keiner Zeit einen
Schadstoffemissionskonvertierungsgrad-Schwellenwert unterschreitet, bei dessen Unterschreitung eine ausreichend hohe Schadstoffemissionsreduktion nicht mehr gegeben ist. Gegebenenfalls ist es vorgesehen, dass der
Schadstoffemissionskonvertierungsgrad-Schwellenwert größtmöglich ist, insbesondere in einem Bereich möglichst nahe von 100 %.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das von dem Ottomotor erzeugte Abgas in der Normalbetriebsphase im Wesentlichen sauerstofffrei ist und allenfalls nur geringe Mengen an Sauerstoff enthält.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Ottomotorpartikelfilter, insbesondere in seinem vorderen Bereich, den Oxidationskatalysator aufweist, wobei der
Oxidationskatalysator insbesondere in Flussrichtung des Abgases von der Vorderseite des Ottomotorpartikelfilters aufgebracht ist, und/oder dass der NOx- Speicherkatalysator, insbesondere in seinem vorderen Bereich, den
Oxidationskatalysator aufweist und/oder dass zwischen dem Hauptkatalysator und dem Ottomotorpartikelfilter der Oxidationskatalysator vorgesehen ist und/oder dass zwischen dem Ottomotorpartikelfilter und dem NOx-Speicherkatalysator der Oxidationskatalysator vorgesehen ist, wobei der Oxidationskatalysator ein Platinmetall, vorzugsweise Platin, Rhodium und/oder Palladium, umfasst.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Oxidationskatalysator eine
Oxidationskatalysator-Beschichtung aufweist, als Oxidationskatalysator wirkt und/oder aus einer Oxidationskatalysator-Beschichtung gebildet ist.
Die Oxidationskatalysator-Beschichtung umfasst ein Element der Platinmetalle bzw. Platinoide oder ist aus einem Element der Platinmetalle bzw. Platinoide wie insbesondere Platin, Rhodium und/oder Palladium, gebildet. Im Englischen werden Platinmetalle bzw. Platinoide auch als Platinum Group Metals (PGM) bezeichnet.
Die Oxidationskatalysator-Beschichtung ist dazu eingerichtet, Stickstoffmonoxid NO mit Sauerstoff O2 zu Stickstoffdioxid NO2 umzusetzen. Vorzugsweise wird in oder an der Oxidationskatalysator-Beschichtung NO mit O2 zu NO2 umgesetzt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Oxidationskatalysator-Beschichtung ein oder mehrere Elemente der Platinmetall-Gruppe, wie insbesondere Platin, Rhodium und/oder Palladium, umfasst, oder dass die Oxidationskatalysator-Beschichtung aus einem oder mehreren Elementen der Platinmetall-Gruppe, wie insbesondere einer
Platinbeschichtung, einer Rhodiumbeschichtung und/oder einer Palladiumbeschichtung, gebildet ist.
Die Oxidationskatalysator-Beschichtung umfasst ein Element der Platinmetall-Gruppe bzw. Platinoide oder ist aus einem Element der Platinmetall-Gruppe bzw. Platinoide gebildet. Im Englischen werden Platinmetalle bzw. Platinoide auch als Platinum Group Metals bezeichnet.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Ottomotorpartikelfilter eine als
Oxidationskatalysator wirkende Beschichtung aufweist, dass die als
Oxidationskatalysator wirkende Beschichtung insbesondere ein Platinmetall,
vorzugsweise Platin, Rhodium und/oder Palladium, umfasst, und dass die als
Oxidationskatalysator wirkende Beschichtung im vorderen Bereich des
Ottomotorpartikelfilters vorgesehen ist, und insbesondere in Flussrichtung des Abgases von der Vorderseite des Ottomotorpartikelfilters aufgebracht ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Ottomotopartikelfilter das gebildete NO2 mit den im Ottomotorpartikelfilter gespeicherten Partikeln zu CO2 und NO umsetzt, wobei die Reaktion insbesondere nach folgender Vorschrift abläuft:
2 N02 + C -> 2 NO + C02 Durch NO2 können die im Ottomotorpartikelfilter befindlichen Partikel, insbesondere den Kohlenstoff C, zumindest teilweise oxidiert werden, wodurch der Ottomotorpartikelfilter passiv regeneriert werden kann.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Ottomotorpartikelfilter zumindest teilweise regeneriert wird, sobald in den Ottomotorpartikelfilter NO2 eingebracht wird und der Ottomotorpartikelfilter die für die Regeneration notwendige
Regenerationstemperatur aufweist.
Im Sinne der Nachhaltigkeit kann es vorgehsehen sein, die bei der passiven
Regeneration entstehenden Stickoxide NO mit entsprechenden
Abgasnachbehandlungskomponenten, wie beispielweise einem NOx- Speicherkatalysator, nachzubehandeln. Ferner kann es vorgesehen sein, die bei der passiven Regeneration des Ottomotorpartikelfilters entstehenden C02-Emissionen zu Dokumentationszwecken der Regeneration zuzuordnen.
Die vom Ottomotor emittierten Partikel, insbesondere der vom Ottomotor emittierte Ruß und/oder die vom Ottomotor emittierte Asche, werden von dem Ottomotorpartikelfilter gefiltert. Dabei wird der Ottomotorpartikelfilter mit den vom Ottomotor emittierten Partikeln beladen.
Gegebenenfalls wird durch den sich bei der Filtration auf dem Ottomotorpartikelfilter bildenden Partikelrückstand aus den zurückgehaltenen Partikeln die Reinigungsleistung und/oder die Partikel-Abscheideleistung des Ottomotorpartikelfilters erhöht, wodurch der Ottomotorpartikelfilter seine vorzugsweise größtmögliche, durch Substrat und Beschichtung definierte Basis-Filtrationseffizienz aufweist. Ferner weist der
Ottomotorpartikelfilter gegebenenfalls nach einer gewissen Partikelbeladung, insbesondere nach einer sogenannten vorzugsweise möglichst niedrigen
Grundbeladung, seine vorzugsweise größtmögliche normale Filtrationseffizienz auf. Überdies kann sich im Ottomotorpartikelfilter ein sogenannter Filterkuchen ausbilden, insbesondere, wenn der Ottomotorpartikelfilter mit großen Partikel- oder großen
Aschemengen beladen ist. Gegebenenfalls läuft die Regeneration in der Normalbetriebsphase, insbesondere die Rußoxidationsprozesse, in weiten Teilen nur langsam oder gar nicht ab. Die
Verlangsamung geht meist auf den geringeren Sauerstoffgehalt, insbesondere auf die geringere Sauerstoffmenge, zurück, welche den Ottomotorpartikelfilter in der
Normalbetriebsphase durchströmt. Je geringer die eingebrachte Sauerstoffmenge pro Zeiteinheit ist, desto langsamer können die Rußoxidationprozesse und somit die Regeneration des Ottomotorpartikelfilters ablaufen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die
Oxidationskatalysator-Beschichtung dazu eingerichtet ist, Stickstoffmonoxid NO mit Sauerstoff O2 zu Stickstoffdioxid NO2 umzusetzen. Dadurch kann in oder an der Oxidationskatalysator-Beschichtung NO2 erzeugt werden, sobald dieser NO und O2 zugeführt wird. Die Umsetzung von Stickstoffmonoxid mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid erfolgt im Wesentlichen nach folgender Vorschrift:
Figure imgf000015_0001
Durch Stickstoffdioxid NO2 ist es möglich, die im Ottomotorpartikelfilter befindlichen Rußpartikel, insbesondere den Kohlenstoff C, zumindest teilweise zu oxidieren.
Dadurch kann es möglich sein, den Ottomotorpartikelfilter zu regenerieren. Die
Rußoxidation erfolgt im Wesentlichen nach folgender Vorschrift:
2 N02 + C -> 2 NO + C02
Das vom Ottomotorpartikelfilter nicht umgesetzte Stickstoffdioxid NO2 kann in einem weiteren Schritt vom nach dem Ottomotorpartikelfilter angeordneten NOx- Speicherkatalysator aufgenommen und/oder gegebenenfalls zu Wasser, Kohlendioxid und Stickstoff um gesetzt werden.
Ferner kann das vom Ottomotorpartikelfilter erzeugte Stickstoffmonoxid NO in einem weiteren Schritt vom nach dem Ottomotorpartikelfilter angeordneten NOx- Speicherkatalysator weiter zu Stickstoffdioxid NO2 oxidiert und aufgenommen und/oder gegebenenfalls zu Wasser, Kohlendioxid und Stickstoff umgesetzt werden. Insbesondere ist die für die Rußoxidationsprozesse notwendige
Regenerationstemperatur bei der Verwendung von Stickstoffdioxid NO2 wesentlich geringer als die für die Rußoxidationsprozesse notwendige Regenerationstemperatur bei der Verwendung von Sauerstoff O2.
Beispielsweise wird der Ottomotorpartikelfilter durch die Einbringung von
Stickstoffdioxid NO2 regeneriert, wenn der Ottomotorpartikelfilter selbst, das durch den Ottomotorpartikelfilter strömende Abgas und/oder die im Ottomotorpartikelfilter befindlichen Partikel eine Temperatur aufweist oder aufweisen, welche größer ist als eine Regenerationstemperatur. Insbesondere kann der Ottomotorpartikelfilter bereits bei einer Regenerationstemperatur von kleiner als 600 °C, insbesondere von kleiner als 500 °C, vorzugsweise zwischen 200 °C und 500 °C, regeneriert werden.
Durch die Anwendung der auf Stickstoffdioxid basierenden Regeneration, der sogenannten passiven Regeneration, und damit die geringeren im
Ottomotorpartikelfilter auftretenden Temperaturen ist es möglich, die thermische und/oder thermo-mechanische Alterungsbeständigkeit des Ottomotorpartikelfilters im Sinne der Nachhaltigkeit zu erhöhen, insbesondere zu maximieren.
Ferner kann es möglich sein, die Partikelmenge im Ottomotorpartikelfilter ohne aktive Heizmaßnahme und/oder ohne, dass weitere C02-Emissionen auftreten, zu reduzieren. Insbesondere ist es dadurch möglich, den Ottomotorpartikelfilter auf einem geringen, aber jedenfalls für maximierte Filtrationseffizienzanforderungen passend hohem
Beladungsniveau im Sinne der Emissionsminimierung zu halten.
Ferner kann durch die geringere Regenerationstemperatur ein gegebenenfalls nach dem Ottomotorpartikelfilter angeordneter NOx-Speicherkatalysator in seinem optimalen Temperaturfenster, insbesondere unter 500 °C und bevorzugt in einem
Temperaturbereich zwischen 250 °C und 450 °C betrieben werden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Ottomotorpartikelfilter den NOx- Speicherkatalysator umfasst, wobei der NOx-Speicherkatalysator im hinteren Bereich des Ottomotorpartikelfilters angeordnet ist, und/oder dass der Ottomotorpartikelfilter eine als NOx-Speicherkatalysator wirkende Beschichtung aufweist und/oder dass die als NOx-Speicherkatalysator wirkende Beschichtung in Flussrichtung des Abgases von der Rückseite des Ottomotorpartikelfilters aufgebracht ist, wobei die als NOx- Speicherkatalysator wirkende Beschichtung insbesondere eine Bariumkomponente, vorzugsweise Bariumoxid, Bariumcarbonat und/oder eine Ceroxidkomponente, umfasst.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass eine zwischen dem Hauptkatalysator und dem weiteren Katalysator, insbesondere dem Oxidationskatalysator, zwischen dem
Hauptkatalysator und dem Ottomotorpartikelfilter und/oder zwischen dem
Ottomotorpartikelfilter und dem NOx-Speicherkatalysator in die
Abgasnachbehandlungsanlage mündende Zuführungsleitung vorgesehen ist und dass die Zuführungsleitung zur Zuführung von Sauerstoff und insbesondere von Luft in die Abgasnachbehandlungsanlage eingerichtet ist und insbesondere unidirektional durchströmt wird.
Durch die Zuführungsleitung kann dem Ottomotorpartikelfilter, dem NOx- Speicherkatalysator und/oder dem weiteren Katalysator, insbesondere dem
Oxidationskatalysator ein sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere Luft, zugeführt werden.
In allen Ausführungsformen bedeutet dies, dass dieses sauerstoffhaltige Gas, insbesondere die Luft, in weiterer Folge den gegebenenfalls vorhandenen
Oxidationskatalysator oder eine als Oxidationskatalysator wirkende Beschichtung, gegebenenfalls den Ottomotorpartikelfilter und den NOx-Speicherkatalysator
durchströmt.
Durch die Zuführung von Sauerstoff kann einerseits der Ottomotorpartikelfilter regeneriert und/oder andererseits die Stickoxide einzuspeichern und/oder umzusetzen betrieben werden. Bei der Zuführung von Sauerstoff kann der Ottomotorpartikelfilter in seinem Regenerationsbetrieb und/oder der NOx-Speicherkatalysator in seinem
Speicherbetrieb betrieben werden. Gegebenenfalls ist vorgesehen, den Ottomotorpartikelfilter durch die Zuführung von Sauerstoff zu regenerieren. Diese sogenannte aktive Regeneration durch die Zuführung von Sauerstoff kann zu einer zumindest teilweisen Verbrennung der im
Ottomotorpartikelfilter eingelagerten Partikel führen. Die Temperatur bei einer aktiven Regeneration kann über 500 °C, vorzugsweise über 600 °C, liegen.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, durch die Zuführung von Sauerstoff vor dem
Ottomotorpartikelfilter Stickstoffdioxid NO2 zu erzeugen und den Ottomotorpartikelfilter durch die Zuführung des erzeugten NO2 zu regenerieren. Diese sogenannte passive Regeneration durch die Zuführung von Stickstoffdioxid kann zu einer zumindest teilweisen Oxidation der im Ottomotorpartikelfilter eingelagerten Partikel führen. Die Temperatur bei einer passiven Regeneration kann unter 500 °C, vorzugsweise zwischen 200 °C und 500 °C, liegen.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, durch die Zuführung von Sauerstoff vor dem NOx- Speicherkatalysator das erzeugte und/oder das vorhandene NO2 zumindest temporär im NOx-Speicherkatalysator einzuspeichern und gegebenenfalls anschließend das eingespeicherte NO2 zu Wasser, Kohlendioxid und Stickstoff umzusetzen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass nur der gegebenenfalls vor dem
Ottomotorpartikelfilter oder vor dem NOx-Speicherkatalysator angeordnete
Oxidationskatalysator, der Ottomotorpartikelfilter und/oder der NOx-Speicherkatalysator bei der Zuführung von sauerstoffhaltigem Gas durch die Zuführungsleitung mit sauerstoffhaltigem Gas, insbesondere Luft, durchströmt wird oder werden.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren ist es nicht notwendig, den Ottomotor periodisch mager oder fett zu betreiben, da dem gegebenenfalls vorgesehenen
Oxidationskatalysator, dem Ottomotorpartikelfilter und/oder dem NOx- Speicherkatalysator über die Zuführungsleitung Sauerstoff und insbesondere Luft zugeführt wird. Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren kann es möglich sein, den Ottomotor, insbesondere immer, in einem Lambdafenster um l = 1 zu betreiben und/oder zu regeln. Dadurch kann es möglich sein, dass dem 3-Wege- Katalysator und den anderen als 3-Wege-Katalysator wirkenden Abgasnachbehandlungskomponenten im Wesentlichen immer ein im Wesentlichen sauerstofffreies oder sauerstoffarmes Abgas zugeführt wird.
Während der Zuführung von Luft kann der Sauerstoffgehalt des den Hauptkatalysator durchströmenden Abgases oder des im Hauptkatalysator befindlichen Abgases kleiner als 5 Vol.-% oder im Wesentlichen null sein.
Während der Zuführung von Luft kann die den Hauptkatalysator durchströmende Sauerstoffmenge des Abgases oder die Sauerstoffmenge des im Hauptkatalysator befindlichen Abgases daher so gering gehalten werden, dass der Wirkungsgrad des Hauptkatalysators und/oder gegebenenfalls des Vor- oder Neben- oder
Heizkatalysators unbeeinflusst ist, sodass zu jeder Zeit ein ausreichend hoher, vorzugsweise bestmöglicher, Schadstoffemissionskonvertierungsgrad der
Abgasnachbehandlungskomponenten in Summe sichergestellt ist.
Insbesondere weist der Hauptkatalysator, die Hauptkatalysatoren oder der/die
Hauptkatalysator/en und die weiteren Abgasnachbehandlungskomponenten vor der Einmündung der Zuführungsleitung in die Abgasnachbehandlungsanlage im Normal- wie auch im Speicherbetrieb einen hohen, vorzugsweise bestmöglichen, Wirkungsgrad auf.
Dadurch kann es möglich sein, die vom Ottomotor emittierten Stickoxide in Form von NO2 in dem NOx-Speicherkatalysator einzuspeichern, ohne die
Abgasnachbehandlungsanlage, insbesondere den Hauptkatalysator, mit Sauerstoff fluten zu müssen.
Gegebenenfalls wird der Speicherbetrieb nach der maximal möglichen Einspeicherung von NO2 im NOx-Speicherkatalysator unterbrochen.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Ottomotoranordnung eine in die
Abgasnachbehandlungsanlage mündende Zuführungsleitung umfasst, dass die Zuführungsleitung vor dem Ottomotorpartikelfilter, vor dem NOx-Speicherkatalysator und/oder vor dem gegebenenfalls vorgesehenen weiteren Katalysator, insbesondere dem Oxidationskatalysator in die Abgasnachbehandlungsanlage mündet, wobei die Zuführungsleitung zwischen einem Verdichter und einem Ladeluftkühler des
Turboladers abzweigt oder wobei die Zuführungsleitung zwischen einem Ladeluftkühler des Turboladers und dem Ottomotor abzweigt oder wobei die Zuführungsleitung zur Einbringung von Luft aus der Umgebung außerhalb der Ottomotoanordnung zur Umgebungsluft, insbesondere unidirektional, geöffnet ist.
Bei der Zuführung von sauerstoffhaltigem Gas in die Abgasnachbehandlungsanlage kann durch die Zuführungsleitung Luft aus der Umgebung durch den Verdichter des Turboladers, gegebenenfalls durch den Ladeluftkühler des Turboladers, durch die Zuführungsleitung und anschließend durch den Ottomotorpartikelfilter, durch den NOx- Speicherkatalysator und/oder durch den gegebenenfalls vorgesehenen weiteren Katalysator, insbesondere den Oxidationskatalysator strömen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass vom Verdichter des Turboladers verdichtete Luft nach dem Verdichter des Turboladers oder gegebenenfalls nach dem Ladeluftkühler des Turboladers in die Zuführungsleitung eintritt und vor dem gegebenenfalls vorgesehenen weiteren Katalysator, insbesondere vor dem Oxidationskatalysator, vor dem Ottomotorpartikelfilter und/oder vor dem NOx-Speicherkatalysator aus der
Zuführungsleitung austritt.
Besonders bevorzugt wird Umgebungsluft, das ist Luft aus der Umgebung,
stromaufwärts der Oxidationskatalysator-Beschichtung des Ottopartikelfilters der Abgasnachbehandlungsanlage zugeführt.
Bei der Zuführung von sauerstoffhaltigem Gas in die Abgasnachbehandlungsanlage kann Luft durch die Zuführungsleitung und anschließend durch den
Ottomotorpartikelfilter, durch den NOx-Speicherkatalysator und/oder durch den gegebenenfalls vorgesehenen weiteren Katalysator, insbesondere den
Oxidationskatalysator strömen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass unverdichtete Luft, insbesondere unverdichtete Umgebungsluft, in die Zuführungsleitung eintritt und vor dem gegebenenfalls vorgesehenen weiteren Katalysator, insbesondere dem Oxidationskatalysator, vor dem Ottomotorpartikelfilter und/oder vor dem NOx-Speicherkatalysator aus der
Zuführungsleitung austritt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass eine Venturi-Düse zur Einbringung der
Umgebungsluft der Zuführungsleitung in die Abgasnachbehandlungsanlage vorgesehen ist und dass die Venturi-Düse vor dem Ottomotorpartikelfilter in die
Abgasnachbehandlungsanlage mündet.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das eine Ende der Zuführungsleitung, in die Umgebung, insbesondere außerhalb der Abgasnachbehandlungsanlage, und das andere Ende in die Abgasnachbehandlungsanlage mündet. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Zuführungsleitung unidirektional in Richtung der
Abgasnachbehandlungsanlage durchströmt wird.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Zuführungsleitung in die
Abgasnachbehandlungsanlage eine Sicherheitsvorrichtung, wie insbesondere ein Rückschlagventil oder eine Membran, umfasst, welche/s das Ausströmen des Abgases in die Umgebung oder in andere Komponenten der Abgasnachbehandlungsanlage verhindert.
Ferner kann ein Unterdrück in der Abgasnachbehandlungsanlage vorliegen oder entstehen, wenn die Abgasnachbehandlungsanlage mit Abgas durchströmt wird. Es kann somit möglich sein, dass durch diesen Unterdrück Luft aus der Umgebung durch die Zuführungsleitung in die Abgasnachbehandlungsanlage gesaugt wird und bevorzugt vor dem Ottomotorpartikelfilter, vor dem NOx-Speicherkatalysator und/oder vor dem gegebenenfalls vorgesehenen weiteren Katalysator, insbesondere dem
Oxidationskatalysator in die Abgasnachbehandlungsanlage eingebracht wird.
Insbesondere kann die Umgebungsluft über eine Venturi-Düse in die
Abgasnachbehandlungsanlage eingebracht werden. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Abgasnachbehandlungsanlage und/oder die Zuführungsleitung in dem Bereich, in welchem die Zuführungsleitung in die Abgasnachbehandlungsanlage mündet, als Venturi-Düse ausgebildet ist oder sind.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass ein steuerbares und/oder regelbares Gebläse zur Förderung des Sauerstoffs, insbesondere zur Förderung der Luft, an der, insbesondere unidirektional ausgeführten, Zuführungsleitung vorgesehen ist und/oder dass entlang der Zuführungsleitung ein Zuführventil vorgesehen ist, wobei das Zuführventil zur Regelung jener Sauerstoffmenge oder Luftmenge eingerichtet ist, die dem
Ottomotorpartikelfilter, dem NOx-Speicherkatalysator und/oder dem gegebenenfalls vorgesehenen weiteren Katalysator, insbesondere dem Oxidationskatalysator zugeführt wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Zuführungsleitung ein steuerbares und/oder regelbares Gebläse zur Förderung des Sauerstoffs, insbesondere zur Förderung der Luft, insbesondere zur Förderung der gegebenenfalls gefilterten Umgebungsluft, umfasst.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Zuführungsleitung einen Druckspeicher, insbesondere ein Druckluftspeicher, zur Speicherung und/oder zur Förderung des Sauerstoffs, insbesondere zur Speicherung und zur Förderung der Luft, insbesondere zur Speicherung und zur Förderung der gegebenenfalls gefilterten Umgebungsluft, umfasst.
Gegebenenfalls kann durch das Gebläse, ein Druckspeicher kontinuierlich oder diskontinuierlich befüllt werden und in der Zuführungsleitung zwischen einem Gebläse und der Einmündung der Zuführungsleitung in die Abgasnachbehandlungsanlage angeordnet ist.
Das steuerbare und/oder regelbare Gebläse kann als mechanischer Verdichter und/oder elektrischer Verdichter ausgebildet sein.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, Luft aus dem mit Luft gefüllten Druckspeicher über die Zuführungsleitung in die Abgasnachbehandlungsanlage einzubringen. Durch das steuerbare und/oder regelbare Gebläse kann die Fördermenge des
Sauerstoffs, insbesondere die Fördermenge der Luft, welche durch die
Zuführungsleitung in die Abgasnachbehandlungsanlage, insbesondere vor dem
Ottomotorpartikelfilter, vor dem NOx-Speicherkatalysator und/oder vor dem
Oxidationskatalysator, eingebracht wird, gesteuert und/oder geregelt werden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der NOx-Speicherkatalysator in
Strömungsrichtung des Abgases der letzte Katalysator der
Abgasnachbehandlungsanlage ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Ottomotorpartikelfilter unbeschichtet oder als 2-Wege-Katalysator oder als 3-Wege-Katalysator oder als 4-Wege-Katalysator ausgebildet ist, oder dass der Ottomotorpartikelfilter keinen Katalysator oder einen 2- Wege-Katalysator oder einen 3-Wege-Katalysator oder einen 4-Wege-Katalysator umfasst.
Es kann vorgesehen sein, dass der Ottomotorpartikelfilter in einer Ausgestaltungsform unbeschichtet ist und ausschließlich dazu eingerichtet ist, Partikel zu filtern.
Es kann vorgesehen sein, dass der Ottomotorpartikelfilter dazu eingerichtet ist, Partikel zu filtern und zusätzlich wahlweise oder in Kombination Kohlenwasserstoffe,
Kohlenmonoxid und/oder Stickoxide umzusetzen und/oder zu speichern. Dadurch ist der Ottomotorpartikelfilter je nach Beschichtung als 2-, 3-, oder 4-Wege-Katalysator ausgebildet.
Es kann vorgesehen sein, dass der Ottomotorpartikelfilter dazu eingerichtet ist, Partikel zu filtern, NOx zu speichern und Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxide umzusetzen. Dadurch ist der Ottomotorpartikelfilter als 4-Wege-Katalysator mit
Speicherfunktion ausgebildet.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der NOx-Speicherkatalysator beheizbar ausgebildet ist. Dadurch ist es möglich, den NOx-Speicherkatalysator abhängig von einem Betriebspunkt immer im notwendigen Betriebsfenster zu halten, sodass ein vorgegebener Betrieb immer sichergestellt ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass nach dem Ottomotor und vor dem
Hauptkatalysator, insbesondere im vorderen Bereich des Hauptkatalysators, ein, insbesondere katalytisch beschichtetes, Heizelement zur Beheizung des
Hauptkatalysators vorgesehen ist und/oder dass nach dem Ottomotor, insbesondere nach dem Hauptkatalysator, und vor dem Oxidationskatalysator, insbesondere im vorderen Bereich des Oxidationskatalysators, ein, insbesondere katalytisch
beschichtetes, Heizelement zur Beheizung des Oxidationskatalysators vorgesehen ist und/oder dass nach dem Ottomotor, insbesondere nach dem Oxidationskatalysator, und vor dem Ottomotorpartikelfilter, insbesondere im vorderen Bereich des
Ottomotorpartikelfilters, ein, insbesondere katalytisch beschichtetes Heizelement, zur Beheizung des Ottomotorpartikelfilters vorgesehen ist und/oder dass nach dem
Ottomotor, insbesondere nach dem Ottomotorpartikelfilter, und dem NOx- Speicherkatalysator, insbesondere im vorderen Bereich des NOx-Speicherkatalysators, ein, insbesondere katalytisch beschichtetes, Heizelement zur Beheizung des NOx- Speicherkatalysators vorgesehen ist.
Die Heizelemente können durch das Bordnetz gespeist werden, welches insbesondere eine Nennspannung von 12 Volt oder 48 Volt aufweist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass vor jeder Abgasnachbehandlungskomponente der Abgasnachbehandlungsanlage, insbesondere im vorderen Bereich jeder
Abgasnachbehandlungskomponente, mindestens ein Heizelement vorgesehen ist. Beispielsweise können die jeweiligen Katalysatoren und/oder Oxidationskatalysatoren und/oder Ottomotorpartikelfilter und/oder alle weiteren Komponenten der
Abgasnachbehandlungsanlage durch die Heizelemente die für ihre effiziente Funktion notwendige Funktionstemperatur (light-off temperature) früher erreichen.
Insbesondere ist vorgesehen, vor dem NOx-Speicherkatalysator ein Heizelement vorzusehen, um gerade bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine den NOx- Speicherkatalysator schnell auf seine Funktionstemperatur erwärmen zu können und somit den Ausstoß von schädlichen, gasförmigen Emssionen wie beispielsweise CO, THC oder NOx-Emissionen zu minimieren. Da der NOx-Speicherkatalysator für seine Funktion in der Regel eine geringere Temperatur benötigt als der 3-Wege-Katalysator, können die vom Ottomotor emittierten NOx-Emissionen bei einem Kaltstart vom NOx- Speicherkatalysator aufgenommen werden.
Ferner ist es gegebenenfalls vorteilhaft, dass das katalytisch beschichtete Fleizelement vor einem Oxidationskatalysator und/oder vor dem Ottomotorpartikelfilter, welcher gegebenenfalls eine Oxidationskatalysator-Beschichtung und/oder eine NOx- Speicherkatalysatorfunktion umfasst, oder vor einem separaten NOx- Speicherkatalysator-Bauteil oder vor der Gesamtgruppierung der
Abgasnachbehandlungskomponenten, angeordnet ist, um neben den obengenannten Vorteilen betreffend die NOx-Emissionen auch möglichst früh nach oder vorzugsweise bei Motorstart eine aktive 3-Wege-Funktion zu ermöglichen.
Ferner können die Fleizelemente und die dadurch ermöglichte Erwärmung der einzelnen Katalysatoren für deren Entschwefelung verwendet werden.
Insbesondere kann es dadurch möglich sein, eine Entschwefelung des NOx- Speicherkatalysators mit dem Fleizelement durchzuführen. Da der NOx- Speicherkatalysator insbesondere auch als letzte Abgaskomponente in der
Abgasnachbehandlungsanlage angeordnet sein kann, hat solch eine Entschwefelung den geringsten thermischen Einfluss auf die anderen
Abgasnachbehandlungskomponenten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren wird für die Entschwefelung kein zusätzlicher Treibstoff oder nur eine geringe Menge an zusätzlichem Treibstoff benötigt und auch die Partikelemissionen werden im
Wesentlichen nicht erhöht. Die für die Entschwefelung erforderliche Temperatur, insbesondere das für die Entschwefelung erforderliche Temperaturfenster, kann über jenem/r liegen, in welchem/r eine Speicherung von Stickoxiden möglich ist. Um einen ungewollten Stickoxidausstoß zu vermeiden, wird der NOx-Speicherkatalysator gegebenenfalls vollständig regeneriert, bevor eine Entschwefelung stattfindet.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Ottomotor in einer Betriebsphase, die eine Normalbetriebsphase und eine Schubbetriebsphase umfasst, betreibbar ist, dass der Ottomotor in der Normalbetriebsphase Treibstoff und Luft zu einem Abgas umsetzt, dass der Ottomotor in der Normalbetriebsphase vorzugsweise in einem Lambdafenster um l=1 betrieben und/oder geregelt ist, dass die Schubbetriebsphase durch
mindestens eine unbefeuerte Schubbetriebsphase und/oder mindestens eine befeuerte Schubbetriebsphase gebildet ist, dass in der befeuerten Schubbetriebsphase das den Hauptkatalysator durchströmende Gas sauerstoffarm, insbesondere im Wesentlichen sauerstofffrei, ist und insbesondere das Abgas einer stöchiometrischen oder
unterstöchiometrischen, insbesondere phasenweise unterstöchiometrischen,
Verbrennung ist, wobei eine Abgasrückführleitung vorgesehen ist, die dem Ottomotor in einer unbefeuerten Schubbetriebsphase das vor oder bei dem Übergang von der Normalbetriebsphase in die unbefeuerte Schubbetriebsphase im Ottomotor erzeugte Abgas zuführt,
oder wobei eine Abgasrückführleitung vorgesehen ist, die dem Ottomotor in einer unbefeuerten Schubbetriebsphase das vor oder bei dem Übergang von der befeuerten Schubbetriebsphase in die unbefeuerte Schubbetriebsphase im Ottomotor erzeugte Abgas zuführt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass zwischen dem Hauptkatalysator und dem
Ottomotorpartikelfilter ein oder der mit einer Oxidationskatalysator-Beschichtung beschichteter Oxidationskatalysator vorgesehen ist, oder dass der
Ottomotorpartikelfilter zumindest in seinem vorderen Bereich mit einer
Oxidationskatalysator-Beschichtung versehen ist, wobei die Oxidationskatalysator- Beschichtung dazu eingerichtet ist, NO mit 02 zu N02 umzusetzen.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Ottomotoranordnung eine in die
Abgasnachbehandlungsanlage mündende Zuführungsleitung umfasst, wobei über die Zuführungsleitung dem Ottomotorpartikelfilter, insbesondere zur Regeneration des Ottomotorpartikelfilters, und/oder dem Oxidationskatalysator Sauerstoff und
insbesondere Luft, vorzugsweise gefilterte Umgebungsluft, zuführbar ist, und/oder wobei über die Zuführungsleitung dem NOx-Speicherkatalysator, insbesondere zur Einspeicherung und Umsetzung von Stickoxiden, und/oder dem Oxidationskatalysator Sauerstoff und insbesondere Luft, vorzugsweise gefilterte Umgebungsluft, zuführbar ist. Insbesondere ist vorgesehen, den durch die Zuführungsleitung eingebrachten
Sauerstoff kombiniert zu nutzen, und mit diesem Sauerstoff einerseits den NOx- Speicherkatalysator in seinem Speicherbetrieb und andererseits den
Ottomotorpartikelfilter in seinem Regenerationsbetrieb zu betreiben. Dadurch kann es möglich sein, eine vor dem NOx-Speicherkatalysator positionierten
Ottomotorpartikelfilters in Betriebsbereichen der Ottomotoranordnung zu regenerieren, in welchen eine Regeneration bisher aufgrund von Sauerstoffmangel nicht stattfinden konnte.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die dem Ottomotorpartikelfilter und dem NOx- Speicherkatalysator Sauerstoff zubringende Zuführungsleitung vor dem
Ottomotorpartikelfilter und nach dem Hauptkatalysator in die
Abgasnachbehandlungsanlage mündet.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Abgasnachbehandlungsanlage einen SCR- Katalysator umfasst, dass der SCR-Katalysator nach dem Hauptkatalysator, nach dem Oxidationskatalysator und/oder nach dem Ottomotorpartikelfilter angeordnet ist, dass die Ottomotoranordnung eine oder die in die Abgasnachbehandlungsanlage mündende, insbesondere unidirektional durchström bare, Zuführungsleitung umfasst, und dass über die Zuführungsleitung dem SCR-Katalysator, insbesondere zur Reduktion von
Stickoxiden, Sauerstoff und insbesondere Luft, vorzugsweise gefilterte Umgebungsluft zuführbar ist. Der SCR-Katalysator ist insbesondere immer stromaufwärts des NOx- Speicherkatalysators angeordnet.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Ottomotorpartikelfilter in seinem hinteren Bereich einen SCR-Katalysator, insbesondere einen Vanadium-SCR, einen Kupfer- SCR oder einen Eisen-Zeolith-SCR, umfasst, oder dass der Ottomotorpartikelfilter in seinem hinteren Bereich als ein SCR-Katalysator, insbesondere als ein Vanadium-SCR, ein Kupfer-SCR oder ein Eisen-Zeolith-SCR, ausgebildet ist, oder dass nach dem Ottomotorpartikelfilter ein SCR-Katalysator, insbesondere ein Vanadium-SCR, ein Kupfer-SCR oder ein Eisen-Zeolith-SCR, vorgesehen ist. Es kann vorgesehen sein, dass der Vanadium-SCR eine niedrigere NO2 zu NOx
Empfindlichkeit aufweist als ein vergleichbarer Kupfer-SCR oder ein Eisen-Zeolith-SCR.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass dem Ottomotorpartikelfilter, dem
Oxidationskatalysator, dem NOx-Speicherkatalysator und/oder dem SCR-Katalysator über eine Zuführungsleitung Sauerstoff, insbesondere Umgebungsluft, zugeführt wird.
Alternativ ist vorgesehen, dass dem Ottomotorpartikelfilter, dem Oxidationskatalysator, dem NOx-Speicherkatalysator und/oder dem SCR-Katalysator über eine eigene
Zuführungsleitung Sauerstoff, insbesondere Umgebungsluft, zugeführt wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass vor dem SCR-Katalysator und insbesondere nach dem Oxidationskatalysator eine Dosierungsvorrichtung zur Einbringung eines
Betriebsstoffs, insbesondere von sogenanntem AdBlue®, vorgesehen ist. Der
Betriebsstoff kann ein Reduktionsmittel wie insbesondere Ammoniak NH3 enthalten oder in ein Reduktionsmittel wie insbesondere NH3 umsetzbar sein. Bevorzugt wird als Betriebsstoff ein harnstoffhaltiges Gemisch, insbesondere eine Harnstoff-Wasser- Lösung, wie beispielsweise AdBlue®, verwendet. Falls eine passive Eindosierung des Betriebsstoffs nicht ausreichend ist, wird aktiv eindosiert. Dabei kann es sein, dass NH3 in bestimmten Bereichen bis zu 100 % durch zumindest eine Palladium-Beschichtung oxidiert wird.
Ferner kann der für die SCR-Reaktionen benötigte Ammoniak NFI3 ohne zusätzliche Dosierung durch den Ottomotor, insbesondere durch den Flauptkatalysator,
vorzugsweise durch den 3-Wege-Katalysator, erzeugt werden. Insbesondere wird Ammoniak NFI3 produziert, wenn der Ottomotor fett, also mit einem Lambdawert kleiner eins, betrieben wird. Insbesondere entsteht Ammoniak NH3 unter Vorhandensein von CO in Phasen unterstöchiometrischer Bedingungen.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass ein Gehäuse, insbesondere ein Stahlgehäuse, vorgesehen ist, und dass in dem Gehäuse, insbesondere der Oxidationskatalysator oder der mit Oxidationskatalysator-Beschichtung beschichtete Ottomotorpartikelfilter, der NOx-Speicherkatalysator und/oder der SCR-Katalysator oder der mit SCR- Beschichtung beschichtete Ottomotorpartikelfilter und/oder gegebenenfalls ein
Heizelement vorgesehen sind.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der
erfindungsgemäßen Ottomotoranordnung, wobei die Ottomotoranordnung einen Ottomotor und eine Abgasnachbehandlungsanlage mit einem Hauptkatalysator, einem Ottomotorpartikelfilter und einem NOx-Speicherkatalysator umfasst, und wobei das Abgas zuerst den Hauptkatalysator, dann den Ottomotorpartikelfilter und anschließend den NOx-Speicherkatalysator durchströmt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einem vorderen Bereich einer Abgasnachbehandlungskomponente der Bereich zu verstehen, welcher in
Strömungsrichtung des Abgases in der jeweiligen Abgasnachbehandlungskomponente vom Abgas früher durchströmt wird. Insbesondere kann dies jener Bereich sein, durch welchen das Abgas in die jeweilige Abgasnachbehandlungskomponente eintritt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einem hinteren Bereich einer
Abgasnachbehandlungskomponente der Bereich zu verstehen, welcher in
Strömungsrichtung des Abgases in der jeweiligen Abgasnachbehandlungskomponente vom Abgas später durchströmt wird. Insbesondere kann dies jener Bereich sein, durch welchen das Abgas aus der jeweiligen Abgasnachbehandlungskomponente austritt.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich gegebenenfalls aus den
Ansprüchen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren.
Die Erfindung wird nun am Beispiel exemplarischer, nicht ausschließlicher und/oder nicht einschränkender Ausführungsbeispiele weiter erläutert.
Fig. 1 a, 1 b, 1c und 1d zeigen schematische grafische Darstellungen von Varianten einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ottomotoranordnung,
Fig. 2a und 2b zeigen schematische grafische Darstellungen von Varianten einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ottomotoranordnung,
Fig. 3 zeigt eine schematische grafische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ottomotoranordnung, Fig. 4a und 4b zeigen schematische grafische Darstellungen von Varianten einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ottomotoranordnung,
Fig. 5 zeigt eine schematische grafische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ottomotoranordnung, und
Fig. 6a bis 6c zeigen schematische grafische Darstellungen von Varianten einer sechsten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ottomotoranordnung.
Wenn nicht anders angegeben, so entsprechen die Bezugszeichen folgenden
Komponenten: Ottomotor 1 , Abgasnachbehandlungsanlage 2, Flauptkatalysator 3, Ottomotorpartikelfilter 4, Turbolader 5, Drosselklappe 6, Verdichter 7, Turbine 8, Abgasrückführleitung 9, NOx-Speicherkatalysator 10, Fleizelement 11 , Zuführventil 12, Ladeluftkühler 13, Zuführungsleitung 14, Venturi-Düse 15, Gehäuse 16,
Oxidationskatalysator-Beschichtung 17, Oxidationskatalysator 18, weiterer
Hauptkatalysator 19, Filtervorrichtung 20, Sicherheitsvorrichtung 21 , Gebläse 22 und Druckspeicher 23.
Fig. 1 a, 1 b, 1c und 1d zeigen schematische grafische Darstellungen von
unterschiedlichen Varianten einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ottomotoranordnung.
In dieser Ausführungsform umfasst die Ottomotoranordnung einen Ottomotor 1 und eine Abgasnachbehandlungsanlage 2. Die Abgasnachbehandlungsanlage 2 umfasst einen Hauptkatalysator 3, einen dem Hauptkatalysator 3 nachgeordneten
Ottomotorpartikelfilter 4 und einen dem Ottomotorpartikelfilter 4 nachgeordneten NOx- Speicherkatalysator 10. In dieser Ausführungsform ist der Hauptkatalysator 3 als 3- Wege-Katalysator ausgebildet und direkt im Anschluss an die Turbine 8 des
Turboladers 5, insbesondere motornahe, angeordnet.
Alternativ umfasst die Abgasnachbehandlungsanlage 2 einen Hauptkatalysator 3, mindestens einen weiteren Katalysator, einem Oxidationskatalysator 18 einen
Ottomotorpartikelfilter 4 und einen NOx-Speicherkatalysator 10. Ferner umfasst die Ottomotoranordnung der Figuren 1 einen Turbolader 5 und eine Drosselklappe 6. Der Turbolader 5 umfasst einen Verdichter 7 und eine Turbine 8. Gemäß der Fig. 1 b ist vor jeder Abgasnachbehandlungskomponente der
Abgasnachbehandlungsanlage 2, nämlich dem Flauptkatalysator 3, dem
Ottomotorpartikelfilter 4 und dem NOx-Speicherkatalysator 10, ein Fleizelement 11 vorgesehen. Durch das Fleizelement 11 , welches durch das Bordnetz gespeist wird, ist es möglich, Katalysatoren aufzuheizen, wobei diese Aufheizung flexibel und rasch erfolgen kann.
In der Normalbetriebsphase, welche dem regulären Betrieb der Ottomotoranordnung entspricht, wird dem Ottomotor 1 Treibstoff zugeführt. Der Treibstoff wird in der
Normalbetriebsphase mit Luft zu einem Abgas umgesetzt.
In der Normalbetriebsphase wird der Ottomotor 1 in einem Lambdafenster um l = 1 betrieben und/oder geregelt. Das heißt, dass der Ottomotor 1 um einen Lambdawert l von 1 ,0 pendelnd betrieben wird und im Bereich von l = 0,9 bis 1 ,1 , vorzugsweise von l = 0,95 bis 1 ,05, betrieben und/oder geregelt wird. Gemäß dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Ottomotor 1 in seiner Normalbetriebsphase phasenweise oder dauerhaft fett oder mager betrieben und/oder geregelt wird.
Gemäß dieser Ausführungsform ist der NOx-Speicherkatalysator 10 in der
Abgasdurchströmungsrichtung der letzte Katalysator der Abgasnachbehandlungsanlage 2. Somit ist der NOx-Speicherkatalysator 10 vor hohen Abgastemperaturen geschützt, welche insbesondere in motornahen Bereichen der Abgasnachbehandlungsanlage 2 auftreten.
Das vom Ottomotor 1 emittierte Abgas wird beim Durchströmen der
Abgasnachbehandlungsanlage 2 und der in der Abgasnachbehandlungsanlage 2 angeordneten Abgasnachbehandlungskomponenten abkühlt. Folglich strömt das Abgas mit einer gegenüber der Eintrittstemperatur in die Abgasnachbehandlungsanlage 2 verringerten Temperatur durch den NOx-Speicherkatalysator 10. Dadurch ist es möglich, thermische Spannungen, sowie thermische Alterung im NOx- Speicherkatalysator 10 zu verringern und/oder zu verhindern und beispielsweise die Lebensdauer des NOx-Speicherkatalysators 10 zu erhöhen. Dadurch ist es möglich, den zuvor genannten Zielkonflikt zu lösen und ein Verfahren und eine Ottomotoranordnung zu schaffen, welche einen geringen Treibstoffverbrauch, geringe Schadstoffemissionen und ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und Langlebigkeit ermöglichen.
Da der NOx-Speicherkatalysator 10 gemäß dieser Ausführungsform als letzte
Abgaskomponente in der Abgasnachbehandlungsanlage 2 vorgesehen ist, hat eine gegebenenfalls erfolgende Entschwefelung des NOx-Speicherkatalysators 10 den geringsten thermischen Einfluss auf die anderen Abgasnachbehandlungskomponenten. Bei der Entschwefelung kann der NOx-Speicherkatalysator 10 gezielt auf seine
Entschwefelungstemperatur, insbesondere 700 °C, erwärmt und eine Beschädigung anderer Abgasnachbehandlungskomponenten verhindert und/oder verringert werden.
Wenn, wie in Fig. 1 b dargestellt, ein Heizelement 11 vor dem NOx-Speicherkatalysator 10 angeordnet ist, kann der NOx-Speicherkatalysator 10 durch das Heizelement 11 auf seine Entschwefelungstemperatur gebracht werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren wird hierbei für die Entschwefelung des NOx-Speicherkatalysators 10 kein zusätzlicher Treibstoff oder nur eine geringe Menge an zusätzlichem Treibstoff benötigt und auch die Partikelemissionen werden im Wesentlichen nicht erhöht.
Gemäß den Fig. 1c und 1d umfasst die Ottomotoranordnung eine Zuführungsleitung 14. Die Zuführungsleitung 14 ist zur Zuführung von Luft vor dem NOx-Speicherkatalysator 10 eingerichtet. In diesen Varianten ist im vorderen Bereich des NOx- Speicherkatalysators 10 die Oxidationskatalysator-Beschichtung 17 vorgesehen. In den in den Figuren 1 c und 1 d dargestellten Varianten der ersten Ausführungsform tritt Luft nach dem Verdichter 7 des Turboladers 5 und vor dem Ladeluftkühler 13 des
Turboladers 5 in die Zuführungsleitung 14 ein und vor dem NOx-Speicherkatalysator 10 aus der Zuführungsleitung 14 aus.
Durch die Zuführung von Sauerstoff kann der NOx-Speicherkatalysator 10 im
sogenannten Speicherbetrieb betrieben werden. Dabei kann NO2 zumindest temporär im NOx-Speicherkatalysator 10 eingespeichert und gegebenenfalls anschließend das eingespeicherte NO2 zu Wasser, Kohlendioxid und Stickstoff umgesetzt werden.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren ist es nicht notwendig, den Ottomotor 1 periodisch mager oder fett zu betreiben, da dem NOx-Speicherkatalysator 10 über die Zuführungsleitung 14 Sauerstoff und insbesondere Luft zugeführt wird. Sogar im Gegensatz zu dem im Stand der Technik beschriebenen Verfahren kann es möglich sein, den Ottomotor 1 , insbesondere immer, in einem Lambdafenster um l = 1 zu betreiben und/oder zu regeln.
Während der Zuführung des Sauerstoffs, insbesondere der Luft, durch die
Zuführungsleitung 14 kann der Sauerstoffgehalt des den Hauptkatalysator 3 durchströmenden Abgases oder des im Hauptkatalysator 3 befindlichen Abgases kleiner als 5 Vol.-% oder im Wesentlichen null sein.
Während der Zuführung des Sauerstoffs, insbesondere der Luft, durch die
Zuführungsleitung 14 kann die den Hauptkatalysator 3 durchströmende
Sauerstoffmenge des Abgases oder die Sauerstoffmenge des im Hauptkatalysator 3 befindlichen Abgases so gering gehalten werden, dass der Wirkungsgrad des
Hauptkatalysators 3 unbeeinflusst ist.
Gemäß den Fig. 1c und 1d ist vorgesehen, dass während der Zuführung von Luft der NOx-Speicherkatalysator 10, welcher die Oxidationskatalysator-Beschichtung 17 umfasst, als einzige Abgasnachbehandlungskomponente mit Luft durchströmt wird.
Gemäß Fig. 1 d umfasst die Ottomotoranordnung gegenüber der Ottomotoranordnung der Fig. 1c zusätzlich eine Abgasrückführleitung 9, nämlich eine Hochdruck-AGR- Leitung eines Hochdruck-AGR-Systems.
Fig. 2a und 2b zeigen schematische Darstellungen von unterschiedlichen Varianten einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ottomotoranordnung. Die Merkmale der Varianten der Ausführungsform gemäß den Figuren 2a und 2b können bevorzugt den Merkmalen der Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 a, 1 b, 1 c und 1d entsprechen.
Gemäß Fig. 2a ist im vorderen Bereich des Ottomotorpartikelfilters 4 eine
Oxidationskatalysator-Beschichtung 17 vorgesehen.
Gemäß Fig. 2b ist ein eine Oxidationskatalysator-Beschichtung 17 aufweisender Oxidationskatalysator 18 vor dem Ottomotorpartikelfilter 4 vorgesehen.
Die Oxidationskatalysator-Beschichtung 17 ist aus mindestens einem Element der Platinmetalle bzw. Platinoide gebildet.
In diesen Varianten kann Luft vor dem Oxidationskatalysator 18 oder dem die
Oxidationskatalysator-Beschichtung 17 umfassenden Ottomotorpartikelfilter 4 in die Abgasnachbehandlungsanlage 2 über eine Zuführungsleitung 14 eingebracht werden.
Ferner ist die Oxidationskatalysator-Beschichtung 17 dazu eingerichtet,
Stickstoffmonoxid NO mit Sauerstoff O2 zu Stickstoffdioxid NO2 umzusetzen. Dadurch wird in oder an der Oxidationskatalysator-Beschichtung 17 NO2 erzeugt, sobald dieser NO und O2 zugeführt wird.
Durch das erzeugte Stickstoffdioxid NO2 ist es möglich, die brennbaren Bestandteile der im Ottomotorpartikelfilter 4 befindlichen Partikel, insbesondere den Kohlenstoff C, zumindest teilweise zu oxidieren. Die Rußoxidation erfolgt im Wesentlichen nach folgender Vorschrift:
2 N02 + C -> 2 NO + C02
Bei der Regeneration mit Stickstoffdioxid NO2, der sogenannten passiven
Regeneration, können die Rußoxidationsprozesse im Vergleich zur aktiven
Regeneration besser gesteuert und/geregelt werden, wodurch die oben genannten Vorteile verwirklicht sind. Ferner ist es durch die Varianten der zweiten Ausführungsform möglich, dass das vom Ottomotorpartikelfilter 4 nicht umgesetzte Stickstoffdioxid NO2 zumindest temporär im NOx-Speicherkatalysator 10 eingespeichert und/oder gegebenenfalls zu Wasser, Kohlendioxid und Stickstoff umgesetzt wird.
Das heißt, dass in diesen Varianten synergetisch der Ottomotorpartikelfilter 4
regeneriert und die Stickoxide in den NOx-Speicherkatalysator 10 eingespeichert und gegebenenfalls umgesetzt werden können.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ottomotoranordnung. Die Merkmale der dritten Ausführungsform können bevorzugt den Merkmalen der Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 a, 1 b, 1c, 1 d, 2a und 2b entsprechen.
Gemäß der dritten Ausführungsform sind der Ottomotorpartikelfilter 4 und der NOx- Speicherkatalysator 10 auf zwei verschiedenen Trägerkörpern vorgesehen und in einem Gehäuse 16, nämlich einem Stahlgehäuse, angeordnet.
Dadurch werden einerseits eine thermische Entkopplung der beiden
Abgasnachbehandlungskomponenten und andererseits eine kompakte Bauform ermöglicht.
In den in den Figuren 1 , 2, und 3 dargestellten Ausführungsformen kann Sauerstoff und insbesondere Luft vor dem Ottomotorpartikelfilter 4, vor dem NOx-Speicherkatalysator 10 und/oder vor dem gegebenenfalls vorgesehenen Oxidationskatalysator 18 eingebracht werden. Die den Sauerstoff zuführende Zuführungsleitung 14 kann eine Sicherheitsvorrichtung 21 und ein Zuführventil 12 umfassen. Ferner kann die
Zuführungsleitung 14 Luft aus der Umgebung oder aus dem Ansaugtrakt der
Ottomotoranordnung in die Abgasnachbehandlungsanlage 2 einbringen und
insbesondere einen Druckspeicher 23, ein Gebläse 22 und/oder einen Luftfilter umfassen. Es kann auch vorgesehen sein, dass Teile der
Abgasnachbehandlungsanlage 2, insbesondere dort, wo die Zuführungsleitung 14 in die Abgasnachbehandlungsanlage 2 mündet, als Venturi-Düse 15 ausgebildet sind. Fig. 4a und 4b zeigen schematische Darstellungen von unterschiedlichen Varianten einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ottomotoranordnung. Die Merkmale der Varianten der Ausführungsform gemäß den Figuren 4a und 4b können bevorzugt den Merkmalen der Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 a, 1 b, 1 c, 1 d, 2a, 2b und 3 entsprechen.
Gemäß Fig. 4a wird die Umgebungsluft über eine vor dem NOx-Speicherkatalysator 10 mündende Zuführungsleitung 14 in die Abgasnachbehandlungsanlage 2 eingebracht.
Die Variante gemäß Fig. 4b weist zusätzlich zu der Variante gemäß Fig. 4a einen weiteren Flauptkatalysator 19 auf.
In diesen Varianten ist die Abgasnachbehandlungsanlage 2 im Bereich der Stelle wo die Zuführungsleitung 14 in die Abgasnachbehandlungsanlage 2 mündet als Venturi- Düse 15 ausgebildet. Ferner kann an dem NOx-Speicherkatalysator 10, insbesondere in dessen vorderen Bereich, eine Oxidationskatalysator-Beschichtung 17 vorgesehen sein.
Fig. 5 zeigt eine schematische grafische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ottomotoranordnung. Die Merkmale der Ausführungsform gemäß der Figur 5 können bevorzugt den Merkmalen der Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 a, 1 b, 1 c, 1 d, 2a, 2b, 3, 4a und 4b entsprechen.
Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Abgasnachbehandlungsanlage 2 einen Flauptkatalysator 3, einen Oxidationskatalysator 18, einen Ottomotorpartikelfilter 4 und einen NOx-Speicherkatalysator 10.
Über eine Zuführungsleitung 14 wird Umgebungsluft vor dem Oxidationskatalysator 18 in die Abgasnachbehandlungsanlage 2 eingebracht.
Fig. 6a, 6b und 6c zeigen schematische grafische Darstellungen von Varianten einer sechsten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ottomotoranordnung. Die Merkmale der Ausführungsform gemäß den Figuren 6a bis 6c können bevorzugt den Merkmalen der Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 a, 1 b, 1 c, 1 d, 2a, 2b, 3, 4a, 4b und 5 entsprechen.
Gemäß der Figur 6a wird Umgebungsluft, welche über eine Filtervorrichtung 20 gefiltert wurde, vor dem NOx-Speicherkatalysator 10 in die Abgasnachbehandlungsanlage 2 eingebracht. An der Zuführungsleitung 14 sind ein Zuführventil 12 und eine
Sicherheitsvorrichtung 21 vorgesehen.
Gemäß der Figur 6b ist zusätzlich zur Variante der Figur 6a ein weiterer
Flauptkatalysator 19 zwischen dem Flauptkatalysator 3 und dem Ottomotorpartikelfilter 4 angeordnet. Die von der Filtervorrichtung 20 gefilterte Umgebungsluft wird vor dem NOx-Speicherkatalysator 10 mittels eines Gebläses 22, welches in dieser
Ausführungsform als elektrischer Verdichter 7 ausgebildet ist, eingebracht.
Gemäß der Figur 6c wird die Luft vor dem Verdichter 7 des Turboladers 5 über ein Gebläse 22 in einen Druckspeicher 23 eingebracht. Über den Druckspeicher 23 kann die Luft anschließend vor dem NOx-Speicherkatalysator 10 in die
Abgasnachbehandlungsanlage 2 eingebracht werden.
Ferner kann an dem NOx-Speicherkatalysator 10, insbesondere in dessen vorderen Bereich, eine Oxidationskatalysator-Beschichtung 17 vorgesehen sein.
Durch diese beispielhafte Konfiguration können die erfindungsgemäßen Effekte erzielt werden.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsformen, sondern umfasst jegliche Ottomotoranordnung und jegliches Verfahren gemäß den
nachfolgenden Patentansprüchen.

Claims

Patentansprüche
1. Ottomotoranordnung,
wobei die Ottomotoranordnung einen Ottomotor (1 ) und eine
Abgasnachbehandlungsanlage (2) mit zumindest einem Hauptkatalysator (3), einem Ottomotorpartikelfilter (4) und einem NOx-Speicherkatalysator (10) umfasst,
wobei der Hauptkatalysator (3) als 3-Wege-Katalysator ausgebildet ist oder wirkt,
und wobei dem Hauptkatalysator (3) der Ottomotorpartikelfilter (4), welcher gegebenenfalls als 4-Wege-Katalysator wirkt, nachgeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem Ottomotorpartikelfilter (4) der NOx-Speicherkatalysator (10) nachgeordnet ist,
und dass gegebenenfalls ein weiterer Katalysator, insbesondere ein Oxidationskatalysator (18) vor dem NOx-Speicherkatalysator (10) angeordnet ist.
2. Ottomotoranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Ottomotor (1 ) als in einem Lambdafenster um l = 1 vor der
Abgasnachbehandlungsanlage (2) geregelter Ottomotor (1 ) ausgebildet ist.
3. Ottomotoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der Ottomotorpartikelfilter (4), insbesondere in seinem vorderen Bereich, den Oxidationskatalysator (18) aufweist, wobei der Oxidationskatalysator (18) insbesondere in Flussrichtung des Abgases von der Vorderseite des Ottomotorpartikelfilters (4) aufgebracht ist,
und/oder dass der NOx-Speicherkatalysator (10), insbesondere in seinem vorderen Bereich, den Oxidationskatalysator (18) aufweist,
und/oder dass zwischen dem Hauptkatalysator (3) und dem
Ottomotorpartikelfilter (4) der Oxidationskatalysator (18) vorgesehen ist, und/oder dass zwischen dem Ottomotorpartikelfilter (4) und dem NOx- Speicherkatalysator (10) der Oxidationskatalysator (18) vorgesehen ist, wobei der Oxidationskatalysator (18) ein Platinmetall, vorzugsweise Platin, Rhodium und/oder Palladium, umfasst.
4. Ottomotoranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
dass der Ottomotorpartikelfilter (4) den NOx-Speicherkatalysator (10) umfasst, wobei der NOx-Speicherkatalysator (10) im hinteren Bereich des
Ottomotorpartikelfilters (4) angeordnet ist,
und/oder dass der Ottomotorpartikelfilter (4) eine als NOx-Speicherkatalysator (10) wirkende Beschichtung aufweist,
und/oder dass die als NOx-Speicherkatalysator (10) wirkende Beschichtung in Flussrichtung des Abgases von der Rückseite des Ottomotorpartikelfilters (4) aufgebracht ist,
wobei die als NOx-Speicherkatalysator (10) wirkende Beschichtung
insbesondere eine Bariumkomponente, vorzugsweise Bariumoxid,
Bariumcarbonat und/oder eine Ceroxidkomponente, umfasst.
5. Ottomotoranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
dass eine zwischen dem Hauptkatalysator (3) und dem weiteren Katalysator, insbesondere dem Oxidationskatalysator (18), zwischen dem Hauptkatalysator (3) und dem Ottomotorpartikelfilter (4) und/oder zwischen dem
Ottomotorpartikelfilter (4) und dem NOx-Speicherkatalysator (10) in die Abgasnachbehandlungsanlage (2) mündende Zuführungsleitung (14) vorgesehen ist,
und dass die Zuführungsleitung (14) zur Zuführung von Sauerstoff und insbesondere von Luft in die Abgasnachbehandlungsanlage (2) eingerichtet ist und insbesondere unidirektional durchströmt wird.
6. Ottomotoranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
dass die Ottomotoranordnung eine in die Abgasnachbehandlungsanlage (2) mündende Zuführungsleitung (14) umfasst, dass die Zuführungsleitung (14) vor dem Ottomotorpartikelfilter (4), vor dem NOx-Speicherkatalysator (10) und/oder vor dem gegebenenfalls
vorgesehenen weiteren Katalysator, insbesondere dem Oxidationskatalysator (18) in die Abgasnachbehandlungsanlage (2) mündet,
wobei die Zuführungsleitung (14) zwischen einem Verdichter (7) und einem Ladeluftkühler (13) des Turboladers (5) abzweigt,
oder wobei die Zuführungsleitung (14) zwischen einem Ladeluftkühler (13) des Turboladers (5) und dem Ottomotor (1 ) abzweigt,
oder wobei die Zuführungsleitung (14) zur Einbringung von Luft aus der Umgebung außerhalb der Ottomotoanordnung zur Umgebungsluft, insbesondere unidirektional, geöffnet ist.
7. Ottomotoranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
dass eine Venturi-Düse (15) zur Einbringung der Umgebungsluft der Zuführungsleitung (14) in die Abgasnachbehandlungsanlage (2) vorgesehen ist,
und dass die Venturi-Düse (15) vor dem Ottomotorpartikelfilter (4) in die Abgasnachbehandlungsanlage (2) mündet.
8. Ottomotoranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
dass ein steuerbares und/oder regelbares Gebläse (22) zur Förderung des Sauerstoffs, insbesondere zur Förderung der Luft, an der Zuführungsleitung (14) vorgesehen ist,
und/oder dass entlang der Zuführungsleitung (14) ein Zuführventil (12) vorgesehen ist, wobei das Zuführventil (12) zur Regelung jener
Sauerstoffmenge oder Luftmenge eingerichtet ist, die dem
Ottomotorpartikelfilter (4), dem NOx-Speicherkatalysator (10) und/oder dem gegebenenfalls vorgesehenen weiteren Katalysator, insbesondere dem Oxidationskatalysator (18) zugeführt wird.
9. Ottomotoranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Speicherkatalysator (10) in Strömungsrichtung des Abgases der letzte Katalysator der Abgasnachbehandlungsanlage (2) ist.
10. Ottomotoranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
dass der Ottomotorpartikelfilter (4) unbeschichtet oder als 2-Wege-Katalysator oder als 3-Wege-Katalysator oder als 4-Wege-Katalysator ausgebildet ist, oder dass der Ottomotorpartikelfilter (4) keinen Katalysator oder einen 2- Wege-Katalysator oder einen 3-Wege-Katalysator oder einen 4-Wege- Katalysator umfasst.
11. Ottomotoranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
dass nach dem Ottomotor (1 ) und vor dem Hauptkatalysator (3), insbesondere im vorderen Bereich des Hauptkatalysators (3), ein, insbesondere katalytisch beschichtetes, Heizelement (11 ) zur Beheizung des Hauptkatalysators (3) vorgesehen ist,
und/oder dass nach dem Ottomotor (1 ), insbesondere nach dem
Hauptkatalysator (3), und vor dem Oxidationskatalysator (18), insbesondere im vorderen Bereich des Oxidationskatalysators (18), ein, insbesondere katalytisch beschichtetes, Heizelement (11 ) zur Beheizung des
Oxidationskatalysators (18) vorgesehen ist,
und/oder dass nach dem Ottomotor (1 ), insbesondere nach dem
Oxidationskatalysator (18), und vor dem Ottomotorpartikelfilter (4),
insbesondere im vorderen Bereich des Ottomotorpartikelfilters (4), ein, insbesondere katalytisch beschichtetes Heizelement (11 ), zur Beheizung des Ottomotorpartikelfilters (4) vorgesehen ist,
und/oder dass nach dem Ottomotor (1 ), insbesondere nach dem
Ottomotorpartikelfilter (4), und dem NOx-Speicherkatalysator (10),
insbesondere im vorderen Bereich des NOx-Speicherkatalysators (10), ein, insbesondere katalytisch beschichtetes, Heizelement (11 ) zur Beheizung des NOx-Speicherkatalysators (10) vorgesehen ist.
12. Ottomotoranordnung, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Ottomotor (1 ) in einer Betriebsphase, die eine Normalbetriebsphase und eine Schubbetriebsphase umfasst, betreibbar ist,
dass der Ottomotor (1 ) in der Normalbetriebsphase Treibstoff und Luft zu einem Abgas umsetzt,
dass der Ottomotor (1 ) in der Normalbetriebsphase vorzugsweise in einem Lambdafenster um l=1 betrieben und/oder geregelt ist,
dass die Schubbetriebsphase durch mindestens eine unbefeuerte
Schubbetriebsphase und/oder mindestens eine befeuerte Schubbetriebsphase gebildet ist,
dass in der befeuerten Schubbetriebsphase das den Hauptkatalysator (3) durchströmende Gas sauerstoffarm, insbesondere im Wesentlichen sauerstofffrei, ist und insbesondere das Abgas einer stöchiometrischen oder unterstöchiometrischen, insbesondere phasenweise unterstöchiometrischen, Verbrennung ist,
wobei eine Abgasrückführleitung (9) vorgesehen ist, die dem Ottomotor (1 ) in einer unbefeuerten Schubbetriebsphase das vor oder bei dem Übergang von der Normalbetriebsphase in die unbefeuerte Schubbetriebsphase im Ottomotor (1 ) erzeugte Abgas zuführt,
oder wobei eine Abgasrückführleitung (9) vorgesehen ist, die dem Ottomotor (1 ) in einer unbefeuerten Schubbetriebsphase das vor oder bei dem Übergang von der befeuerten Schubbetriebsphase in die unbefeuerte
Schubbetriebsphase im Ottomotor (1 ) erzeugte Abgas zuführt.
13. Ottomotoranordnung, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem Hauptkatalysator (3) und dem Ottomotorpartikelfilter (4) ein oder der mit einer Oxidationskatalysator-Beschichtung (17) beschichteter Oxidationskatalysator (18) vorgesehen ist,
oder dass der Ottomotorpartikelfilter (4) zumindest in seinem vorderen Bereich mit einer Oxidationskatalysator-Beschichtung (17) versehen ist, wobei die Oxidationskatalysator-Beschichtung (17) dazu eingerichtet ist, NO mit O2 zu NO2 umzusetzen.
14. Ottomotoranordnung, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
dass die Ottomotoranordnung eine in die Abgasnachbehandlungsanlage (2) mündende Zuführungsleitung (14) umfasst,
wobei über die Zuführungsleitung (14) dem Ottomotorpartikelfilter (4), insbesondere zur Regeneration des Ottomotorpartikelfilters (4), und/oder dem Oxidationskatalysator (18) Sauerstoff und insbesondere Luft, vorzugsweise gefilterte Umgebungsluft, zuführbar ist,
und/oder wobei über die Zuführungsleitung (14) dem NOx-Speicherkatalysator (10), insbesondere zur Einspeicherung und Umsetzung von Stickoxiden, und/oder dem Oxidationskatalysator (18) Sauerstoff und insbesondere Luft, vorzugsweise gefilterte Umgebungsluft, zuführbar ist.
15. Ottomotoranordnung, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
dass die Abgasnachbehandlungsanlage (2) einen SCR-Katalysator umfasst, dass der SCR-Katalysator nach dem Hauptkatalysator (3), nach dem Oxidationskatalysator (18) und/oder nach dem Ottomotorpartikelfilter (4) angeordnet ist,
dass die Ottomotoranordnung eine oder die in die
Abgasnachbehandlungsanlage (2) mündende, insbesondere unidirektional durchströmbare, Zuführungsleitung (14) umfasst,
und dass über die Zuführungsleitung (14) dem SCR-Katalysator, insbesondere zur Reduktion von Stickoxiden, Sauerstoff und insbesondere Luft,
vorzugsweise gefilterte Umgebungsluft zuführbar ist.
16. Ottomotoranordnung, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass vor dem SCR-Katalysator und insbesondere nach dem
Oxidationskatalysator (18) eine Dosierungsvorrichtung zur Einbringung eines Betriebsstoffs, insbesondere von sogenanntem AdBlue®, vorgesehen ist.
17. Verfahren zum Betreiben einer Ottomotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
dass die Ottomotoranordnung einen Ottomotor (1 ) und eine
Abgasnachbehandlungsanlage (2) mit einem Hauptkatalysator (3), einem Ottomotorpartikelfilter (4) und einem NOx-Speicherkatalysator (10) umfasst, und dass das Abgas zuerst den Hauptkatalysator (3), dann den
Ottomotorpartikelfilter (4) und anschließend den NOx-Speicherkatalysator (10) durchströmt.
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