Bei den im Abgasrohr eines modernen Benzin-oder Diesel- motors mit Direkteinspritzung sitzenden Oxidationskata- lysator verschlechtern SOx-Ablagerungen im Oxidations- katalysator die gewünschte N02-Bildung bis hin zur Inaktivität des Katalysatorsystems. N02 wird bei NOX- Speicherkatalysatoren für den Einlagerungsprozess benötigt. Bei Partikelfiltern, die nach dem CRT-Verfahren (CRT : Continuously Regeneration Trap) arbeiten, wird N02 für den kontinuierlich ablaufenden Oxidations-Regenera- tions-Prozess der Rußpartikel benötigt. Im Falle der Schwefelkontaminierung des NOx-Speicherkatalysators wird die gewünschte N02-Speicherung aufgrund der SOx- Ablagerungen im NOx-Adsorber, die aus dem Kraftstoff- schwefel hervorgehen bis zur völligen Inaktivität des Systems verringert. Der Abbau dieser Schwefelverbindung

durch Regenerierung des Speicherkatalysators ist durch ein kurzzeitiges Aufprägen erhöhter Abgastemperaturen möglich (bei Benzin-Direkteinspritzungsmotoren wird eine Temperatur größer 650° C verwendet). Die Realisierung solcher Abgastemperaturen bei Dieselmotoren wird im Stand der Technik als nicht aussichtsreich angesehen.

Partikelfilter, die nach dem oben erwähnten CRT-Verfahren arbeiten, benötigen für den kontinuierlich verlaufenden Regenerationsprozess Abgastemperaturen, die 230° C über- steigen. Diese Bedingungen können beim direkt ein- spritzenden Dieselmotor nicht immer erfüllt werden. In Folge kann sich eine kritische Filterbeladung einstellen, die unter Umständen zur Zerstörung des Partikelfilters führen kann.

Für den Regenerationsprozess von NOx-Speicher- katalysatoren muss C0, das aus dem Kraftstoff-Kohlen- wasserstoff stammt, zugegeben und zugleich eine fette Abgaszusammensetzung (X<l) erzeugt werden. Die inner- motorische Bereitstellung der für eine Regenerierung erforderlichen Kohlenwasserstoffe (HC) ist bei Diesel- motoren jedoch prinzipbedingt untypisch und äußerst kritisch und auch mit hohen Verbrauchseinbußen verbunden.

Im Unterschied zum Benzinmotor sind beim Dieselmotor die Prozessgasdurchsätze nämlich sehr viel höher, und dadurch können die zur Regenerierung erforderlichen Temperaturen nicht in allen Betriebspunkten erreicht werden.

Ebenso gestaltet sich die nachmotorische Bereitstellung einer"fetten"Abgaszusammensetzung beim Dieselmotor problematisch, da ein Oxidationskatalysator für die CO- Bildung notwendig, ein Abgastemperaturprofil teilweise unzureichend ist und Zyklen mit fettem Abgas nur über ein Bypasssystem erreichbar sind.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, die oben erwähnten Schwierigkeiten bei der Abgasnachbehandlung in modernen Magermotoren, insbesondere Benzin-und Dieselmotoren mit Direkteinspritzung in Kraftfahrzeugen, zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgasnach- behandlung des von einem Verbrennungsmotor erzeugten Abgases so anzugeben, dass bei Bedarf die Abgastemperatur erhöht, die Abgasqualität insgesamt und besonders bei bestimmten Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors verbessert, gleichzeitig die Motorakkustik nicht ver- schlechtert und eine Regenerierung eines Speicher- katalysators und/oder eines Partikelfilters in regel- mäßigen Intervallen und/oder nach einer Schwefelver- giftung an den Oxidationsstufen eines NOx-Speicher- katalysators und Partikelfilters ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Abgasnachbehandlung eine Hydrolyseeinheit zur Gewinnung von Wasserstoff bereit- gestellt, die einerseits mit einem Wasserreservoir und andererseits mit einer Dosiereinrichtung verbunden ist, die zur Dosierung der dem Rohabgas und/oder dem durch einen Oxidationskatalysator behandelten Abgas zugeführten Wasserstoffmenge in Abhängigkeit von einem, bei bestimmten Betriebszuständen und/oder Katalysator- funktionen auftretenden Bedarf an Wasserstoff einge- richtet ist.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens kann die jeweils benötigte Wasserstoffmenge auf Anforderung d. h. dis- kontinuierlich in der Hydrolyseeinheit erzeugt und dann direkt für die Dosierung zur Verfügung gestellt werden.

Bei einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens kann ein Wasserstoffreservoir vorgesehen sein, der eine bestimmte Menge des von der Hydrolyseeinheit erzeugten Wasserstoffs zwischenspeichert.

Dabei kann die Größe des Wasserstoffreservoirs und damit die Menge des zwischengespeicherten Wasserstoffs so bemessen sein, dass sie zur Erwärmung und Regenerierung eines NOx-Speicherkatalysators ausreicht.

Bei entsprechender Auslegung der Verbindungsrohre zwischen der Dosiereinrichtung und der Hydrolyseeinheit

kann das Reservoir durch das Innenlumen der Rohrleitung dargestellt sein.

Bevorzugt werden zur Dosierung des zuzuführenden Wasserstoffs die Temperatur des Rohabgases, der B-Wert und außerdem bestimmte Betriebszustände des Katalysator- systems erfasst.

Im Falle eines Dieselmotors, insbesondere mit Direkt- einspritzung, wird die Zugabe von Wasserstoff zum Abgas aktiviert, wenn eine innermotorische Kohlenwasserstoff- erzeugung nicht möglich ist.

Im Falle eines Benzinmotors, insbesondere eines solchen mit Direkteinspritzung, wird die Zugabe von Wasserstoff zum Abgas aktiviert, wenn der momentane Motorbetriebs- punkt eine innermotorische Kohlenwasserstoffbereit- stellung bei ausreichender Temperatur nicht zuläßt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich zur Wieder- herstellung einer ausreichenden Konvertierungsrate nach einer Schwefelvergiftung an den Oxidationsstufen eines NOx-Speicherkatalysators oder eines Partikelfilters durch die Regenerierung der Oxidationsstufen des Speicher- katalysators bzw. des Partikelfilters mittels Wasser- stoffreduktion verwenden. Dabei kann die Regenerierung durch Wasserstoffzugabe immer dann aktiviert werden, wenn eine Abnahme der Konvertierungsrate NOx-Speicher- katalysators bzw. des Partikelfilters erfasst wird.

Im temperaturkritischen Schwachlastbetrieb eines Ver- brennungsmotors kann durch die erfindungsgemäß erfolgende Wasserstoffzugabe die Abgastemperatur angehoben werden, um im Schwachlastbereich die Regenerierungsbedingungen beim Betrieb eines Partikelfilters zu gewährleisten.

Bei einer die obige Aufgabe lösenden Vorrichtung zur Nachbehandlung des Abgases eines Verbrennungsmotors, insbesondere im Kraftfahrzeug, sind eine Hydrolyseeinheit und eine über eine Wasserstoffleitung mit ihr in Verbindung stehende Dosiereinrichtung zur dosierten Zugabe des Wasserstoffs zum Rohabgas und/oder zu dem durch einen Oxidationskatalysator behandelten Abgas und eine Steuer-und Regeleinheit vorgesehen, die mit der Hydrolyseeinheit und der Dosiereinrichtung in funktioneller Verbindung steht, um die Wasserstoff- erzeugung in der Hydrolyseeinheit und die Dosier- einrichtung abhängig von bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors und von erfassten Parametern des Abgassystems zu steuern bzw. zu regeln.

Die Dosiereinrichtung ist bevorzugt ein Dosier-und Absperrventil.

Bevorzugt weist die Steuer/Regeleinheit eine mit einer Abgassensorik in funktioneller Verbindung stehende Katalysator-Überwachungsfunktion auf.

Die obigen und weitere vorteilhafte Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen

Vorrichtung werden in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren erläutert.

Zeichnung Figur 1 zeigt schematisch in Form von Funktionsblöcken ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem das erfindungs- gemäße Verfahren zur Abgasnachbehandlung Verwendung bei einem mit NOx-Speicherkatalysator im Abgassystem ausge- statteten Verbrennungsmotor findet.

Figur 2 zeigt ebenfalls schematisch in Form eines Funktionsblockschaltbildes ein zweites Ausführungsbei- spiel, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Abgasnachbehandlung bei einem mit einem CRT-Partikel- filter im Abgassystem ausgestatteten Verbrennungsmotor Anwendung findet.

Ausführungsbeispiele Figur 1 zeigt schematisch Blöcke, die die wesentlichen Funktionen und Elemente eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulichen. Aus von einem Wassertank 19 entnommenem Wasser erzeugt eine Hydrolyseeinheit 10 auf Anforderung Wasserstoff (H2) in einer bestimmten Menge, der durch eine Wasserstoffleitung 17 über ein Druckreduzierventil 14 zu einem Dosier-und

Absperrventil 15 und von dort dem Rohabgas an einem Punkt 6 beigemischt wird und/oder dem von einem Oxidationskatalysator 3 behandelten Abgas an einem Punkt 7 in einer von einem Verbrennungsmotor 1 führenden Abgasleitung 2 zugegeben wird. Der Pfeil A deutet die Strömungsrichtung des Abgases an. Im Abgasrohr 2 liegt, dem Oxidationskatalysator 3 nachgeschaltet, ein NOX- Speicherkatalysator 4.

Das H2-Gas, das von der Hydrolyseeinheit 10 erzeugt wird, kann entweder in der jeweils benötigten Menge auf Anforderung erzeugt werden, oder es kann ein Wasser- stoffreservoir 11 zwischen die Hydrolyseeinheit 10 und das Druckreduzierventil 14 geschaltet sein, von dem ein Kondensatrücklauf RK über ein Absperrventil 16 zum Wasserbehälter 19 führt. Verbunden mit dem als Zwischen- speicher dienenden Wasserstoffreservoir 11 ist ein Drucksensor 13. Ferner ist ein Sicherheitsventil 12 am Wasserstoffreservoir 11 angebracht. Gegebenenfalls kann das Wasserstoffreservoir 11 auch durch das Innenlumen der H2-Leitung 17 dargestellt sein.

Das Dosier-und Absperrventil kann so ausgelegt sein, dass bei Bedarf der zum Punkt 6 strömende Wasserstoff, d. h. der dem Rohabgas beigemischte Wasserstoffanteil und der nach dem Oxidationskatalysator 3 (am Punkt 7) dem Abgas beigemischte Wasserstoffanteil getrennt dosiert werden können.

Figur 1 zeigt ferner, dass eine Steuer/Regeleinheit 18 eine Schnittstelle aufweist, die mit der Hydrolyseeinheit 10, dem Drucksensor 13 des Wasserstoffreservoirs 11, dem Dosier-und Absperrventil 15, dem Absperrventil 16 und mit einem die Abgastemperatur TA messenden Temperatur- sensor 5 in Verbindung steht. Die Steuer/Regeleinheit 18 ist dazu eingerichtet, die Wasserstofferzeugung in der Hydrolyseeinheit 10 und die Dosiereinrichtung 15 abhängig von bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 1 und von erfassten Parametern des Abgassystems, wozu die Abgastemperatur TA gehört, zu steuern und regeln.

Wenn der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Nach- behandlung des Abgases ausgerüstete Verbrennungsmotor 1 z. B. ein direkt einspritzender Benzinmotor ist, läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auf-verschiedene Weisen anwenden : 1. Zugabe von H2 in das Rohabgas (am Punkt 6) zur Darstellung der Regenerierungsphasen beim NOx-Speicher- katalysator 4 (Abstand ungefähr l x pro Minute), falls der momentane Motorbetriebspunkt eine motorseitige Bereitstellung von HC bei ausreichender Temperatur nicht zuläßt. Die Steuerung der Regenerierung durch die Steuer/Regeleinheit 18 erfolgt in Analogie zur NOx- Katalysatorsteuerung beim Benzin-Direkteinspritzmotor.

2. Wiederherstellung einer ausreichenden Konver- tierungsrate nach einer Schwefelvergiftung an den Oxidationsstufen des NOx-Speicherkatalysators 4. Dies

ist, z. B. nach einigen Betriebsstunden, in Abhängigkeit vom Schwefelgehalt des Kraftstoffs erforderlich. Die Steuerung der Regenerierung durch die Steuer/Regeleinheit 18 erfolgt nach erkannter Abnahme der Konvertierungsrate.

Dazu hat die Steuer/Regeleinheit 18, die mit einer entsprechenden Katalysatorsensorik in Verbindung steht, eine Katalysatorüberwachungsfunktion.

Figur 2 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel dar, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren bei einem mit einem CRT-Partikelfilter ausgestatteten Kraftfahrzeugmotor, z. B. einem Dieselmotor mit Direkteinspritzung, zur Abgasnachbehandlung verwendet wird. Ein derartiger Partikelfilter 8, wie er in Figur 2 gezeigt ist, ist im Abgasrohr 2 des direkt einspritzenden Dieselmotors 1 enthalten. Dem CRT-Partikelfilter 8 ist ein Oxidations- katalysator 3 vorgeschaltet. Der von der Hydrolyseeinheit 10 erzeugte und durch das Dosier-und Absperrventil 15 in entsprechender Menge dosierte Wasserstoff wird am Punkt 6 dem Rohabgas zugemischt, das durch das Abgasrohr 2 strömt (Pfeil A). Sämtliche anderen apparativen Details der dargestellten Vorrichtung sind in Figur 2 gleichartig wie bei der oben beschriebenen, in Figur l dargestellten Vorrichtung.

Auch hier werden mehrere Anwendungsfälle unterschieden : l. Beim Dieselmotor wird H2 dem Rohabgas zur Dar- stellung der Regenerierungsphasen des Partikelfilters 8 zugegeben, falls eine innermotorische HC-Generierung

nicht möglich ist. Die Regenerierung wird in Analogie zur NOx-Katalysatorsteuerung bei Benzin-Direkteinspritzungs- motoren gesteuert.

2. Beim Dieselmotor kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine ausreichende Konvertierungsrate nach einer Schwefelvergiftung des Partikelfilters 8 durch das erfindungsgemäße Verfahren wieder hergestellt werden.

Dies ist z. B. nach einigen Betriebsstunden in Abhängig- keit vom Schwefelgehalt des Kraftstoffs erforderlich. Die Steuerung der Regenerierung des Partikelfilters 8 kann nach erkannter Abnahme der Konvertierungsrate einsetzen, wozu in der Steuer/Regeleinheit 18 eine Katalysator- überwachungsfunktion integriert ist.

3. Die Abgastemperatur kann durch die erfindungsgemäße Einleitung von Wasserstoff zur Gewährleistung der Regenerationsbedingungen beim Betrieb des Partikelfilters 8 in temperaturkritischen Schwachlastgebieten angehoben werden.

Auch in Figur 2 gilt, dass das H2-Reservoir 11 lediglich optionell vorhanden ist, und statt dessen ein H2-Rohr mit ausreichendem Innenlumen das als Zwischenspeicher dienende H2-Reservoir 11 ersetzen kann.

Zusammengenommen dient das erfindungsgemäße Verfahren zur Nachbehandlung des Abgases eines Verbrennungsmotors, insbesondere im Kraftfahrzeug, der Erhöhung von Abgas- und Katalysatortemperatur, was insbesondere beim

Kaltstart und im Schwachlastbetrieb erforderlich ist.

Ferner kann mit. dem erfindungsgemäßen Verfahren Wasser- stoff"On-Board"und im transienten Betrieb erzeugt und je nach Bedarf und Anwendungsfall über das Dosier-und Absperrventil 15 dem Katalysator bzw. Partikelfilter zugesetzt werden. Im Gegensatz zur innermotorischen HC- Generierung, die ein"Common Rail"Einspritzsystem voraussetzt, werden die Abgasqualität, insbesondere die Partikelrate, und die Motorakkustik nicht zusätzlich verschlechtert. Zudem ist das Ansprechverhalten der Systeme bei der Zugabe von Wasserstoff ungleich schneller.

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Abgasnachbehandlung des von einem Verbrennungsmotor (l), insbesondere in einem Kraftfahr- zeug, erzeugten Abgases, gekennzeichnet durch -Bereitstellen einer mit einem Wasserreservoir (19) verbundenen Hydrolyseeinheit (10) zur Gewinnung von Wasserstoff, und -Dosierung der dem Rohabgas (A) und/oder dem durch einen Oxidationskatalysator (3) behandelten Abgas zuge- führten Wasserstoffmenge abhängig von einem bei bestimmten Betriebszuständen und/oder Katalysatorfunk- tionen auftretenden Bedarf an Wasserstoff.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils benötigte Wasserstoffmenge auf Anforde- rung in der Hydrolyseeinheit (10) erzeugt und direkt für die Dosierung zur Verfügung gestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Bereitstellung eines Wasserstoffreservoirs (11), das eine bestimmte Menge des von der Hydrolyseeinheit (10) erzeugten Wasserstoffs speichert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Wasserstoffs im Reservoir (11) so bemessen ist, dass sie zur Erwärmung und Regenerierung eines Nox-Speicherkatalysators (4) ausreicht.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (TA) des Rohabgases (A) und bestimmte Betriebszustände des Kata- lysatorsystems (3,4) erfasst werden.

6. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Darstellung von Regenerierungsphasen bei einem NOx-Speicherkatalysator, wobei Wasserstoff in bestimmten Zeitintervallen und in jeweils erforderlicher Menge dem Rohabgas zugesetzt wird.

7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines Dieselmotors die Zugabe von Wasser- stoff zum Abgas aktiviert wird, wenn eine innermotorische Kohlenwasserstofferzeugung nicht möglich ist.

8. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines Benzinmotors die Zugabe von Wasser- stoff zum Abgas aktiviert wird, wenn der momentane Motorbetriebspunkt eine innermotorische Kohlenwasser- stoffbereitstellung bei ausreichender Temperatur nicht zuläßt.

9. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Wiederherstellung einer ausreichenden Konver- tierungsrate nach einer Schwefelvergiftung an den Oxidationsstufen eines NOx-Speicherkatalysators (4) oder eines Partikelfilters (8) durch Regenerierung der

Oxidationsstufen des Speicherkatalysators (4) bzw. des Partikelfilters. (8) mittels Wasserstoffreduktion.

10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Regenerierung nach einer Erfassung der Abnahme der Konvertierungsrate des NOx-Speicherkatalysators (4) bzw. des Partikelfilters (8) aktiviert wird.

11. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Anhebung der Abgastemperatur (TA), um die Regenerierungsbedingungen beim Betrieb eines Partikel- filters (8) im temperaturkritischen Schwachlastbetrieb zu gewährleisten.

12. Vorrichtung zur Nachbehandlung des Abgases eines Verbrennungsmotors (1), insbesondere in einem Kraft- fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hydrolyse- einheit (10) und eine über eine Wasserstoffleitung (17) mit ihr verbundene Dosiereinrichtung (15) zur dosierten Zugabe von Wasserstoff zum Rohabgas (A) und/oder zu dem durch einen Oxidationskatalysator (3) behandelten Abgas und eine Steuer/Regeleinheit (18) vorgesehen sind, die in funktioneller Verbindung mit der Hydrolyseeinheit (10) und der Dosiereinrichtung (15) steht, um die Wasser- stofferzeugung in der Hydrolyseeinheit (10) und die Dosiereinrichtung (15) abhängig von bestimmten Betriebs- zuständen des Verbrennungsmotors (1) und von erfassten Parametern des Abgassystems zu steuern bzw. zu regeln.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Dosiereinrichtung (15) ein Dosier-und Absperrventil ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydrolyseeinheit (10) ein Wasserstoffzwischenspeicher (11) nachgeschaltet ist, um eine bestimmte Menge Wasserstoff zu speichern.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer/Regeleinheit (18) eine in funktioneller Verbindung mit einer Abgassensorik (5) stehende Katalysator-Überwachungsfunktion aufweist.