Inhalt dieser Arbeit stellte die Konzipierung und Untersuchung eines neuartigen Abgasnachbehandlungskonzeptes zur Stickoxidminderung unter Vermeidung eines zusätzlichen Betriebsstoffes sowie die Erarbeitung eines statistischen Modells zu dessen mathematischer Beschreibung dar. Ziel der Arbeit war es, Grundlagen für eine Betriebsstrategie im Fahrzeug zu entwickeln. Dazu wurde ein zweistufiges DeNOx-System zur nachmotorischen Stickoxidminderung bestehend aus einem NOx-Speicherkatalysator (NSK) sowie einem nachgeschalteten SCR-Katalysator (SCR) angewendet. Im Vordergrund steht die gezielte Erzeugung des Reduktionsmittels Ammoniak für die SCR-Reaktion in der Regenerationsphase des NOx-Speicherkatalysators. Zur Einhaltung der Partikelgrenzwerte ist das DeNOx-System in einer möglichen Nutzfahrzeuganwendung nach derzeitigem Stand der Technik um ein Partikelfiltersystem zu ergänzen. Die durchgeführten Experimente unterteilten sich in Laboruntersuchungen an einer Modellabgasanlage und Motoruntersuchungen an einem Nutzfahrzeugmotorenprüfstand.
Die Laboruntersuchungen an den einzelnen Katalysatoreinheiten NOx-Speicher- und SCR-Katalysator dienten der Identifikation und systematischen Untersuchung wichtiger Einflussgrößen bzw. Betriebsparameter sowie der Auswahl geeigneter Katalysatormaterialien. Für die Grundlagenuntersuchungen am NOx-Speicherkatalysator standen Erkenntnisse zur NH3-Bildung in der fetten Regenerationphase im Vordergrund, am SCR-Katalysator Erkenntnisse zum transienten Umsatzverhalten im Mager-Fett-Wechselbetrieb. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse an den einzelnen Katalysatoreinheiten wurde das Gesamtsystem auf seine Wirksamkeit überprüft. Die wichtigsten Betriebsparameter wurden mit Hilfe statistischer Versuchsplanung systematisch variiert und die Effizienz des Gesamtsystems im Mager-Fett-Wechselbetrieb unter realitätsnahen Laborbedingungen bestimmt. Dadurch konnten zahlreiche Synergieeffekte zwischen den Katalysatoren NOx-Speicher- und SCR-Katalysator sowie deren Reaktionsprodukten nachgewiesen werden. Durch Anpassung polynomialer Ausgleichsfunktionen an die experimentellen Versuchsdaten wurde ein statistisches Modell zur mathematischen Beschreibung des Systemverhaltens erarbeitet, welches u.a. die Berechnung des NOx-Umsatzes in Abhängigkeit der wichtigsten Betriebsparameter erlaubt. Zur Validierung wurden Prüfstandsuntersuchungen an einem Nutzfahrzeugmotorenprüfstand durchgeführt und die erhaltenen Realabgasergebnisse mit den Prognoserechnungen des Modells verglichen.
Aus den erhaltenen Ergebnissen wurden unter Anwendung des statistischen Modells Betriebsstrategien für die Nutzfahrzeuganwendung entwickelt und optimiert, welche zusätzlich zum NOx-Umsatz die Kenngrößen HC-Umsatz, Kraftstoffmehrverbrauch sowie NH3-Schlupf berücksichtigen.
Abschließend kann festgestellt werden, dass das kombinierte Abgasnachbehandlungssystem "NSK-Advanced" hinsichtlich NOx-Umsatz, Kraftstoffmehrverbrauch, erforderlichem Katalysatorvolumen und Sekundäremissionen deutliche Vorteile gegenüber einem reinen NOx-Speicherkatalysator-System aufweist. Dadurch können zahlreiche Nachteile, welche zu einer Bevorzugung von harnstoffbasierten SCR-Systemen geführt haben, überwindet werden. Die "NSK-Advanced-Technologie" stellt somit eine attraktive Lösung zur zukünftigen Emissionsminderung bei Dieselnutzfahrzeugen dar. Eine Weiterentwicklung ist im Bereich der NH3-Einspeicherfähigkeit des SCR-Katalysators bei erhöhten Abgastemperaturen sowie hinsichtlich thermischer Dauerhaltbarkeit der Katalysatoren erforderlich.