DE10202935A1 - Operating process for removal of sulfur deposits from the pre-catalyst in an IC engine exhaust system by periodic inducing of high temperature with alternating lean and rich lambda conditions - Google Patents
Operating process for removal of sulfur deposits from the pre-catalyst in an IC engine exhaust system by periodic inducing of high temperature with alternating lean and rich lambda conditionsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entschwefelung eines Vorkatalysators von Verbrennungskraftmaschinen mit den in den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 31 genannten Merkmalen. The invention relates to a method and an apparatus for desulfurization Pre-catalyst of internal combustion engines with the in the preambles of independent claims 1 and 31 mentioned features.
Bekannte, zur Abgasreinigung eingesetzte Katalysatorsysteme umfassen häufig mindestens einen motornah angeordneten, kleinvolumigen Vorkatalysator und mindestens einen in einem Abgasweg weiter stromab angeordneten, größeren Hauptkatalysator. Die Katalysatorkomponenten können dabei als Oxidationskatalysatoren zur Konvertierung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen HC und Kohlenmonoxid CO ausgestaltet sein, als Reduktionskatalysatoren zur Reduzierung von Stickoxiden NOx oder als 3-Wege- Katalysatoren, welche die genannten oxidativen und reduktiven Konvertierungen gleichzeitig fördern. Im Falle magerlauffähiger Verbrennungskraftmaschinen kann der Hauptkatalysator zusätzlich mit einer NOx-Speicherkomponente ausgestattet sein, die in mageren Betriebsphasen, in denen die Verbrennungskraftmaschine mit einem sauerstoffreichen Luft- Kraftstoff-Gemisch mit λ > 1 beaufschlagt wird, nicht konvertierbare Stickoxide NOx in Form von Nitrat einspeichert und diese in zwischengeschalteten fetten Regenerationsintervallen wieder freisetzt und reduziert. Derartige Katalysatoren werden auch als NOx- Speicherkatalysatoren bezeichnet. Known catalytic converter systems used for exhaust gas purification often include at least one small-volume pre-catalytic converter arranged near the engine and at least one larger main catalytic converter arranged further downstream in an exhaust gas path. The catalyst components can be configured as oxidation catalysts for converting unburned hydrocarbons HC and carbon monoxide CO, as reduction catalysts for reducing nitrogen oxides NO x or as 3-way catalysts which simultaneously promote the oxidative and reductive conversions mentioned. In the case of lean-burn internal combustion engines, the main catalytic converter can additionally be equipped with a NO x storage component which, in lean operating phases in which the internal combustion engine is charged with an oxygen-rich air / fuel mixture with λ> 1, non-convertible nitrogen oxides NO x in the form of nitrate stored and released and reduced again in intermediate regeneration intervals. Such catalysts are also referred to as NO x storage catalysts.
Ein in der Abgasreinigung bekanntes Problem stellt in Kraftstoffen enthaltener Schwefel dar, der im Verbrennungsprozess nahezu vollständig zu Schwefeldioxid SO2 verbrannt wird und sich in unterschiedlichen Formen an den verschiedenen Komponenten des Katalysatorsystems einlagert. Dieses Problem betrifft am stärksten die NOx- Speicherkomponenten von NOx-Speicherkatalysatoren, die SO2 bei mageren Verbrennungslambdas mit einem nahezu 100%igen Einlagerungswirkungsgrad in Form von Sulfat speichern. Aufgrund seiner hohen thermischen Stabilität wird das Sulfat im Zuge der regelmäßig erfolgenden NOx-Regenerationen nicht aus dem Speicher entfernt. Die Folge ist eine schleichende Desaktivierung der NOx-Speicherfähigkeit des Speicherkatalysators (Schwefelvergiftung), welche eine Entwicklung verschiedener Entschwefelungsverfahren für NOx-Speicherkatalysatoren erforderlich gemacht hat. Zur Entschwefelung wird der Katalysator bei Katalysatortemperaturen von mindestens 600°C mit einer fetten Abgasatmosphäre beaufschlagt, um das eingespeicherte Sulfat zu desorbieren und hauptsächlich zu SO2 und Schwefelwasserstoff H2S zu reduzieren. Um einer Emission des geruchsintensiven H2S entgegenzuwirken, ist ferner etwa aus der DE 198 27 195 A oder der DE 198 35 808 A bekannt, statt der kontinuierlichen Fettbeaufschlagung des NOx- Speicherkatalysators die Entschwefelung in alternierenden Mager-Fett-Intervallen durchzuführen. Bei geeigneter Intervallauslegung lässt sich so die gegenüber der SO2- Bildung langsamere H2S-Bildung nahezu vollständig unterdrücken. A problem known in exhaust gas purification is sulfur contained in fuels, which is almost completely burned to sulfur dioxide SO 2 in the combustion process and is deposited in various forms on the various components of the catalyst system. This issue affects the NOx most - save in lean lambdas with a near 100% storage efficiency in the form of sulfate storage components of NO x storage catalytic converters, the SO 2. Due to its high thermal stability, the sulfate is not removed from the storage in the course of the regular NO x regeneration. The result is a gradual deactivation of the NO x storage capacity of the storage catalytic converter (sulfur poisoning), which has made it necessary to develop various desulfurization processes for NO x storage catalytic converters. For desulfurization, the catalyst is subjected to a rich exhaust gas atmosphere at catalyst temperatures of at least 600 ° C. in order to desorb the stored sulfate and mainly to reduce it to SO 2 and hydrogen sulfide H 2 S. In order to counteract an emission of the odor-intensive H 2 S, it is also known, for example from DE 198 27 195 A or DE 198 35 808 A, to carry out the desulphurization in alternating lean-fat intervals instead of continuously charging the NO x storage catalytic converter with fat. With a suitable interval design, the slower H 2 S formation compared to SO 2 formation can be almost completely suppressed.
Neben der Verschwefelung von NOx-Speicherkomponenten kommt es - allerdings in geringerem Ausmaß - auch zu einer Einlagerung von Schwefel in andere Komponenten des Katalysatorsystems. Dieses sind im Wesentlichen Edelmetalle (Pt, Pd, Rh) der katalytischen Beschichtungen sowie Sauerstoff speichernde Komponenten OSC ("oxygen storage components"). Bei Katalysatortemperaturen, die oberhalb einer komponentenspezifischen Schwefel-Desorptionstemperatur liegen (etwa 400 bis 450°C bei OSC und etwa 500°C bei Edelmetallen), und unter einer fetten Abgasatmosphäre kommt es zu einer Austreibung des eingelagerten Schwefels. Nachteilig hieran ist, dass der aus dem Vorkatalysator in Form von H2S und SO2 freigesetzte Schwefel zum Teil von dem nachgeschalteten Hauptkatalysator aufgrund des dort vorhandenen Sauerstoffs wieder eingelagert wird. Handelt es sich bei diesem um einen NOx-Speicherkatalysator, erfolgt die Einlagerung praktisch vollständig. Die Folge ist eine häufige Entschwefelungsnotwendigkeit des Hauptkatalysators und ein hierdurch verursachter hoher Kraftstoffmehrverbrauch. In addition to the sulfurization of NO x storage components, sulfur is also stored, albeit to a lesser extent, in other components of the catalyst system. These are essentially precious metals (Pt, Pd, Rh) of the catalytic coatings and oxygen-storing components OSC ("oxygen storage components"). At catalyst temperatures that are above a component-specific sulfur desorption temperature (about 400 to 450 ° C for OSC and about 500 ° C for precious metals), and under a rich exhaust gas atmosphere, the stored sulfur is expelled. The disadvantage of this is that the sulfur released from the pre-catalyst in the form of H 2 S and SO 2 is partly stored again by the downstream main catalyst due to the oxygen present there. If this is a NO x storage catalytic converter, the storage is practically complete. The result is a frequent need for desulfurization of the main catalytic converter and a resulting high additional fuel consumption.
Aus der älteren Patentanmeldung DE 100 59 791.2 ist ein Verfahren zur Entschwefelung eines Vorkatalysators bekannt, bei dem der eingelagerte Schwefel überwiegend in Form von Schwefelwasserstoff H2S ausgetrieben wird, welcher unter den vorherrschenden Betriebsbedingungen, insbesondere bei einem sauerstofffreien Hauptkatalysator, nicht in den nachgeschalteten Hauptkatalysator einlagert, sondern diesen überwiegend passiert. Dafür wird die Verbrennungskraftmaschine zunächst so lange mit einem fetten Verbrennungslambda betrieben, bis der Hauptkatalysator weitgehend sauerstofffrei ist. Anschließend wird bei einem nur leicht fetten Verbrennungslambda der in dem Vorkatalysator eingelagerte Schwefel ausgetrieben. Da zu diesem Zeitpunkt der Hautkatalysator sauerstofffrei ist, kann der so ausgetriebene Schwefel nicht durch den Hauptkatalysator oxidiert und eingelagert werden. Nachteilig an diesem Verfahren ist ein gewisser, mit dem fetten Betriebsmodus einhergehender Durchbruch der Reduktionsmittel HC und CO sowie die Emission von H2S. From the older patent application DE 100 59 791.2 a process for the desulfurization of a precatalyst is known, in which the stored sulfur is predominantly expelled in the form of hydrogen sulfide H 2 S, which, under the prevailing operating conditions, in particular in the case of an oxygen-free main catalyst, not in the downstream main catalyst stored, but mostly happens. For this purpose, the internal combustion engine is initially operated with a rich combustion lambda until the main catalytic converter is largely free of oxygen. Then, in the case of a lightly rich combustion lambda, the sulfur stored in the pre-catalyst is driven off. Since the skin catalyst is oxygen-free at this point in time, the sulfur that has been driven off in this way cannot be oxidized and stored by the main catalyst. Disadvantages of this process are a certain breakthrough of the reducing agents HC and CO associated with the rich operating mode and the emission of H 2 S.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entschwefelung eines Vorkatalysators zur Verfügung zu stellen, das zu einer möglichst geringen Verschwefelung eines nachgeschalteten Hauptkatalysators führt und eine Schadstoffemission von H2S, HC und CO möglichst weit reduziert. Ferner soll eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete und möglichst kostengünstige Vorrichtung vorgeschlagen werden. The present invention has for its object to provide a method for desulfurization of a pre-catalyst, which leads to the lowest possible sulfurization of a downstream main catalyst and reduces pollutant emissions of H 2 S, HC and CO as much as possible. Furthermore, a device that is suitable and as inexpensive as possible for carrying out the method is to be proposed.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entschwefelung
mindestens eines in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten
Vorkatalysators, dem mindestens ein weiterer Katalysator, insbesondere ein NOx-
Speicherkatalysator, nachgeschaltet ist, mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1
und 31 gelöst. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass bei Erreichen
oder mit einem vorgebbaren Vorlauf vor Erreichen einer Temperatur des Vorkatalysators,
die größer oder gleich einer minimalen Schwefel-Desorptionstemperatur des Vorkatalysators
ist,
- a) in einer ersten Phase die Verbrennungskraftmaschine mit einem ersten fetten Verbrennungslambda so lange betrieben wird, bis ein Sauerstoffspeicher des mindestens einen nachgeschalteten Katalysators zumindest weitgehend sauerstofffrei ist, und
- b) in einer anschließenden zweiten Phase die Verbrennungskraftmaschine alternierend in Magerintervallen mit einem mageren Verbrennungslambda und in Fettintervallen mit einem zweiten fetten Verbrennungslambda betrieben wird, wobei die Magerintervalle und/oder die Fettintervalle zeitgesteuert bemessen werden derart, dass in den Vorkatalysator eingelagerter Schwefel zu mindestens 25%, insbesondere mindestens 50%, in Form von Schwefeldioxid ausgetrieben wird.
- a) in a first phase the internal combustion engine is operated with a first rich combustion lambda until an oxygen store of the at least one downstream catalyst is at least largely oxygen-free, and
- b) in a subsequent second phase, the internal combustion engine is operated alternately in lean intervals with a lean combustion lambda and in fat intervals with a second rich combustion lambda, the lean intervals and / or the fat intervals being time-controlled in such a way that at least 25% of the sulfur stored in the pre-catalyst , in particular at least 50%, is expelled in the form of sulfur dioxide.
Das Verfahren macht sich den Umstand zunutze, dass schwefelhaltige Abgaskomponenten, wie Schwefeldioxid SO2, die unter einer fetten, sauerstoffarmen Abgasatmosphäre aus dem Vorkatalysator freigesetzt werden, in nennenswertem Umfang nur in Gegenwart von Sauerstoff in Sauerstoff speichernde Komponenten und/oder in einen NOx-Speicher des nachgeschalteten Katalysators eingespeichert werden, da die Speicherung in Form von Sulfat zunächst eine Oxidation des Schwefels in die sechswertige Oxidationsstufe erfordert. Daher erfolgt die Entschwefelung des Vorkatalysators in zwei Phasen, wobei in der ersten Phase des Verfahrens Sauerstoff aus dem gesamten Katalysatorsystem, insbesondere aus dem Sauerstoffspeicher des nachgeschalteten Katalysators, weitgehend entfernt wird und in der zweiten Phase der eigentliche Schwefelaustrieb aus den Vorkatalysator, speziell in Form von SO2, erfolgt. The process takes advantage of the fact that sulfur-containing exhaust gas components, such as sulfur dioxide SO 2 , which are released from the pre-catalyst under a rich, low-oxygen exhaust gas atmosphere, only to a significant extent in the presence of oxygen in oxygen-storing components and / or in a NO x - Storage of the downstream catalyst can be stored, since storage in the form of sulfate first requires an oxidation of the sulfur in the hexavalent oxidation state. Therefore, the desulphurization of the pre-catalyst takes place in two phases, whereby in the first phase of the process oxygen is largely removed from the entire catalyst system, in particular from the oxygen storage of the downstream catalyst, and in the second phase the actual sulfur expulsion from the pre-catalyst, especially in the form of SO 2 .
In der zweiten Phase erfolgt eine wechselnde Beaufschlagung des Vorkatalysators mit einer mageren und fetten Abgasatmosphäre. Diese alternierende Mager-Fett-Beaufschlagung hat gegenüber einer kontinuierlichen Fettbeaufschlagung den Vorteil, dass durch die zwischengeschalteten Magerintervalle stets eine gewisse Menge Sauerstoff in den Vorkatalysator eingetragen wird und somit der in den Fettintervallen freigesetzte Schwefel überwiegend in Form von SO2 ausgetragen wird. Hingegen kann eine Entstehung von geruchsbelästigendem Schwefelwasserstoff (H2S) auf diese Weise weitgehend unterdrückt werden. Dabei werden die Magerintervalle so ausgelegt, dass praktisch kein Sauerstoffdurchbruch durch den Vorkatalysator erfolgt, um eine erneute Sauerstoffeinlagerung in den oder die nachgeschalteten Katalysator/en zu vermeiden. In the second phase, the pre-catalytic converter is exposed to a lean and rich exhaust gas atmosphere. This alternating application of lean fat has the advantage over a continuous application of fat that the intermediate lean intervals always introduce a certain amount of oxygen into the pre-catalyst and thus the sulfur released in the fat intervals is mainly discharged in the form of SO 2 . In contrast, the formation of odor-causing hydrogen sulfide (H 2 S) can be largely suppressed in this way. The lean intervals are designed in such a way that there is practically no breakthrough of oxygen through the pre-catalytic converter in order to avoid renewed oxygen storage in the downstream catalytic converter (s).
Aufgrund der erfindungsgemäßen Zeitsteuerung der Mager- und Fettintervalle kann auf einen Einsatz einer dem Vorkatalysator nachgeschalteten Messeinrichtung, etwa einer Lambdasonde, verzichtet werden, wodurch das Verfahren sich besonders kostengünstig realisieren lässt. Dennoch kann eine optimale Auslegung der Intervalle hinsichtlich einer möglichst niedrigen Wiedereinlagerungsrate des freigesetzten Schwefels in den nachgeschalteten Katalysator und einer niedrigen Reduktionsmittel- und H2S-Emission erfolgen, indem anhand einer stromab des mindestens einen nachgeschalteten Katalysators gemessenen Sauerstoffkonzentration des Abgases in noch zu erläuternder Weise die Vorgaben für die Dauern der Mager- und Fettintervalle überprüft und gegebenenfalls adaptiert werden. Due to the time control of the lean and rich intervals according to the invention, the use of a measuring device, such as a lambda probe, connected downstream of the pre-catalyst can be dispensed with, as a result of which the method can be implemented particularly cost-effectively. Nevertheless, the intervals can be optimally interpreted with regard to the lowest possible re-storage rate of the released sulfur in the downstream catalytic converter and a low reducing agent and H 2 S emission by using an oxygen concentration of the exhaust gas measured downstream of the at least one downstream catalytic converter in a manner to be explained the specifications for the duration of the lean and fat intervals are checked and adapted if necessary.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden für die Dauern zumindest eines ersten Magerintervalls und/oder zumindest eines ersten Fettintervalls in der zweiten Phase der Entschwefelung zunächst variable Vorsteuerwerte vorgegeben, die vorzugsweise in Abhängigkeit einer Sauerstoffspeicherkapazität des Vorkatalysators bestimmt und in betriebspunktabhängigen Kennfeldern gespeichert werden. Dabei wird die Sauerstoffspeicherkapazität des Vorkatalysators, das heißt seine maximal einspeicherbare Sauerstoffmenge, in Abhängigkeit einer Sauerstoffspeicherkapazität des gesamten Katalysatorsystems und in Abhängigkeit eines bekannten Verhältnisses der Sauerstoffspeicherkapazitäten des Vorkatalysators und des mindestens einen nachgeschalteten Katalysators ermittelt. Für die Gesamt-Sauerstoffspeicherkapazität kann auf die bekannten Werte eines frischen Katalysatorsystems, das heißt eines sauerstoff- und schwefelfreien und unbeschädigten Katalysatorsystems, zurückgegriffen werden. Aufgrund der höheren Genauigkeit ist jedoch bevorzugt vorgesehen, eine aktuelle, aufgrund von Alterungsprozessen zumeist reduzierte Sauerstoffspeicherkapazität des gesamten Katalysatorsystems vor Beginn und/oder während der zweiten Phase des Verfahrens zu bestimmen, um die aktuelle Sauerstoffspeicherkapazität des Vorkatalysators mit Hilfe des bekannten und als konstant angenommenen Kapazitätenverhältnisses zu ermitteln. According to a particularly advantageous embodiment of the method, for the durations at least a first lean interval and / or at least a first fat interval in the second phase of the desulfurization, variable pre-control values are specified preferably depending on an oxygen storage capacity of the pre-catalyst determined and stored in operating point-dependent maps. The Oxygen storage capacity of the pre-catalyst, that is its maximum storable Amount of oxygen, depending on the total oxygen storage capacity Catalyst system and depending on a known ratio of Oxygen storage capacities of the pre-catalyst and the at least one downstream catalyst determined. For the total oxygen storage capacity can to the known values of a fresh catalyst system, that is, an oxygen and sulfur-free and undamaged catalyst system. by virtue of However, the higher accuracy is preferably a current one, based on Aging processes mostly reduced the total oxygen storage capacity Catalyst system before and / or during the second phase of the process determine the current oxygen storage capacity of the pre-catalyst using the known and assumed to be constant capacity ratio.
Die Dauern der Magerintervalle der zweiten Phase werden vorzugsweise derart bemessen, dass während eines Magerintervalls möglichst viel Sauerstoff in den Vorkatalysator bei gleichzeitig möglichst geringem Sauerstoffdurchbruch durch den Vorkatalysator eingelagert wird. Dies ist erforderlich, um einen Sauerstoffeintrag in den nachgeschalteten Katalysator mit der Folge einer nachfolgenden Schwefelumlagerung in den nachgeschalteten Katalysator zu vermeiden. Vorzugsweise wird während der Dauer eines Magerintervalls der Sauerstoffspeicher des Vorkatalysators zu mindestens 30% und maximal 99%, insbesondere zu mindestens 50% und maximal 95%, mit Sauerstoff aufgefüllt. Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass ein Ende des Magerintervalls im Wesentlichen spätestens einem Zeitpunkt entspricht, an dem ein Durchbruch mageren Abgases durch den Vorkatalysator einsetzt. The lean intervals of the second phase are preferably dimensioned in such a way that that as much oxygen as possible is added to the pre-catalyst during a lean interval at the same time, the lowest possible oxygen breakthrough stored by the pre-catalyst becomes. This is necessary in order to introduce oxygen into the downstream catalyst with the consequence of a subsequent sulfur rearrangement in the downstream To avoid catalyst. Preferably, during the lean interval At least 30% and a maximum of 99% oxygen storage of the pre-catalyst, in particular at least 50% and at most 95%, filled with oxygen. It is it is particularly preferably provided that one end of the lean interval essentially corresponds at the latest to a point in time when a breakthrough of lean exhaust gas by the Pre-catalyst used.
Auf der anderen Seite wird eine Dauer eines Fettintervalls vorzugsweise so bemessen, dass während des Fettintervalls der in den Vorkatalysator eingelagerte Schwefel überwiegend in Form von Schwefeldioxid SO2 ausgetrieben wird. Dafür sollte vorteilhaft ein Ende des Fettintervalls im Wesentlichen einem Zeitpunkt entsprechen, an dem der Sauerstoffspeicher des Vorkatalysators weitgehend entleert, also sauerstofffrei ist. On the other hand, a duration of a fat interval is preferably dimensioned such that during the fat interval the sulfur stored in the precatalyst is predominantly expelled in the form of sulfur dioxide SO 2 . For this purpose, an end of the rich interval should advantageously essentially correspond to a point in time at which the oxygen storage of the pre-catalyst is largely emptied, that is to say is oxygen-free.
Für die Ermittlung der Sauerstoffspeicherkapazität des gesamten Katalysatorsystems, das heißt der Summe der einzelnen maximalen Sauerstoffspeicherkapazitäten der einzelnen Katalysatoren, können unterschiedliche, auch kombiniert miteinander anwendbare Strategien zum Einsatz kommen. Nach einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens erfolgt die Bestimmung in Abhängigkeit einer Zeitspanne, die bei praktisch maximal sauerstoffbeladenem Katalysatorsystem vergeht, ehe nach einem Umschalten der Verbrennungskraftmaschine von einem mageren in einen fetten Betriebsmodus erstmalig fettes Abgas stromab des mindestens einen nachgeschalteten Katalysators detektiert wird. Dabei können zusätzlich noch aktuelle Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine, etwa eine Motorlast- oder -drehzahl, zur Bestimmung der Gesamt- Sauerstoffspeicherkapazität herangezogen werden. Diese Art der Bestimmung kann besonders vorteilhaft am Ende der ersten Phase und vor Einsetzen der alternierenden Abgasbeaufschlagung der zweiten Phase durchgeführt werden. Vorzugsweise wird hierfür das Katalysatorsystem zunächst mit leicht magerem Abgas, insbesondere mit λ = 1,005 bis 1,05, mindestens so lange beaufschlagt, bis stromab des nachgeschalteten Katalysators erstmalig mageres Abgas detektiert wird. Anschließend wird die Verbrennungskraftmaschine auf ein leicht fettes Abgaslambda umgeschaltet, insbesondere auf einen Lambdawert zwischen 0,95 bis 0,995, bis erstmalig fettes Abgas stromab des nachgeschalteten Katalysators detektiert wird. Aus dem Zeitverzug zwischen Umschaltung der Verbrennungskraftmaschine von mager auf fett bis zum Durchbruch des fetten Abgases durch den nachgeschalteten Katalysator kann dann die Gesamt-Sauerstoffspeicherkapazität ermittelt werden. Diese Vorgehensweise hat zudem den Vorteil, dass der nachgeschaltete Katalysator anschließend zumindest nahezu sauerstofffrei ist, so dass bei der nachfolgenden Schwefelaustreibung aus dem Vorkatalysator keine Wiedereinlagerung in den nachgeschalteten Katalysator erfolgt. Es ist daher vorteilhaft, diese Bestimmung der Sauerstoffspeicherkapazität des Gesamtsystems vor Erreichen der minimalen Schwefel- Desorptionstemperatur des Vorkatalysators, insbesondere etwa 20 K unterhalb dieser Temperatur, durchzuführen. Bei dieser Art der Bestimmung der aktuellen Gesamt- Sauerstoffspeicherkapazität können die betriebspunktabhängig gespeicherten Vorsteuerwerte noch vor Einsetzen der alternierenden Mager-Fett-Beaufschlagung verifiziert und gegebenenfalls korrigiert werden. Auf diese Weise ist eine besonders wirksame Unterdrückung der H2S-Emission sowie der Sauerstoffbeaufschlagung des nachgeschalteten Katalysators möglich. Different strategies, which can also be used in combination with one another, can be used to determine the oxygen storage capacity of the entire catalyst system, that is to say the sum of the individual maximum oxygen storage capacities of the individual catalysts. According to an advantageous embodiment of the method, the determination is carried out as a function of a period of time which passes in the case of a practically maximum oxygen-loaded catalyst system before, after the internal combustion engine has been switched from a lean to a rich operating mode, rich exhaust gas is detected for the first time downstream of the at least one downstream catalyst. Current operating parameters of the internal combustion engine, for example an engine load or engine speed, can also be used to determine the total oxygen storage capacity. This type of determination can be carried out particularly advantageously at the end of the first phase and before the alternating exhaust gas treatment in the second phase begins. For this purpose, the catalyst system is preferably initially exposed to slightly lean exhaust gas, in particular λ = 1.005 to 1.05, at least until lean exhaust gas is detected for the first time downstream of the downstream catalyst. The internal combustion engine is then switched over to a slightly rich exhaust gas lambda, in particular to a lambda value between 0.95 and 0.995, until rich exhaust gas is detected for the first time downstream of the downstream catalyst. The total oxygen storage capacity can then be determined from the time delay between switching the internal combustion engine from lean to rich to the breakthrough of the rich exhaust gas by the downstream catalytic converter. This procedure also has the advantage that the downstream catalytic converter is then at least almost oxygen-free, so that when the sulfur is subsequently expelled from the pre-catalytic converter, it is not re-stored in the downstream catalytic converter. It is therefore advantageous to carry out this determination of the oxygen storage capacity of the overall system before the minimum sulfur desorption temperature of the precatalyst has been reached, in particular approximately 20 K below this temperature. With this type of determination of the current total oxygen storage capacity, the pre-control values stored as a function of the operating point can be verified and, if necessary, corrected before the alternating lean-fat loading is started. In this way, a particularly effective suppression of the H 2 S emission and the exposure to oxygen of the downstream catalyst is possible.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt zusätzlich oder alternativ eine Bestimmung der Sauerstoffspeicherkapazität des Gesamt-Katalysatorsystems während der zweiten Phase der Entschwefelung, das heißt während der alternierenden Mager- und Fettintervalle. Dabei wird nach einem Fettintervall, also bei nahezu sauerstofffreiem Katalysatorsystem, ein verlängertes Magerintervall durchgeführt, und die Zeitspanne ausgewertet, die zwischen Umschalten der Verbrennungskraftmaschine in den Magerbetrieb und Detektion mageren Abgases stromab des mindestens einen nachgeschalteten Katalysators oder Überschreitung eines vorgebbaren Magerschwellenwertes vergeht. Dieser Magerschwellenwert wird dabei derart ausgelegt, dass der Zeitpunkt seiner Überschreitung mit einer zumindest annähernd vollständigen Auffüllung des Sauerstoffspeichers des nachgeschalteten Katalysators korreliert. According to another embodiment of the method, one is carried out additionally or alternatively Determination of the oxygen storage capacity of the overall catalyst system during the second phase of desulfurization, that is, during the alternating lean and Fat intervals. This is done after a fat interval, i.e. almost oxygen-free Catalyst system, an extended lean interval performed, and the length of time evaluated between switching the internal combustion engine to lean operation and detection of lean exhaust gas downstream of the at least one downstream one Catalyst or a predeterminable lean threshold value passes. This The lean threshold value is designed such that the time when it is exceeded with an at least approximately complete filling of the oxygen storage of the downstream catalyst correlated.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt während der alternierenden Mager- und Fettbeaufschlagung in der zweiten Phase eine zusätzliche Prüfung und Adaption des Vorsteuerwertes der Fettintervalle. Dafür wird eine Zeitspanne zwischen Umschaltung der Verbrennungskraftmaschine von einem Fettintervall in ein Magerintervall und Unterschreitung eines vorgegebenen Fettschwellenwertes durch das fallende Abgaslambda stromab des mindestens einen nachgeschalteten Katalysators in Richtung fetterer Lambdawerte gemessen und ausgewertet. Dabei wird der Fettschwellenwert derart ausgelegt, dass der Zeitpunkt seiner Unterschreitung mit einer zumindest annähernd vollständigen Entleerung des Sauerstoffspeichers des Vorkatalysators korreliert. According to a further advantageous embodiment of the method takes place during the alternating lean and fat loading in the second phase an additional Checking and adapting the pre-control value of the grease intervals. There will be a period of time for this between switching the internal combustion engine from a rich interval to one Lean interval and falling below a predetermined fat threshold value by the falling exhaust gas lambda downstream of the at least one downstream catalyst in Directed to fatter lambda values measured and evaluated. The Fat threshold value designed so that the time it is undershot with a at least approximately complete emptying of the oxygen storage of the pre-catalyst correlated.
Vorteilhafterweise wird in der ersten Phase das Verbrennungslambda möglichst niedrig, das heißt möglichst sauerstoffarm, gewählt. Dabei haben sich insbesondere Lambdawerte von 0,7 bis 0,95, vorzugsweise von 0,8 bis 0,9, bewährt. Diese Lambdawerte führen zu einem besonders schnellen und erschöpfenden Sauerstoffaustrag aus dem Katalysatorsystem. Für die Vorgabe des zweiten fetten Verbrennungslambdas der Fettintervalle haben sich hingegen leicht fette Lambdawerte besonders bewährt. Insbesondere führen Lambdawerte von 0,93 bis 0,995, vorzugsweise von 0,97 bis 0,99, zu besonders niedrigen Schadstoffdurchbrüchen und zu einer praktisch vollständigen Unterdrückung von H2S. Die Magerintervalle der zweiten Phase betragen bevorzugt zwischen 1,0 und 1,2, insbesondere zwischen 1,02 und 1,04. In the first phase, the combustion lambda is advantageously chosen to be as low as possible, that is to say as low as possible in oxygen. Lambda values from 0.7 to 0.95, preferably from 0.8 to 0.9, have proven particularly useful. These lambda values lead to particularly rapid and exhaustive oxygen discharge from the catalyst system. In contrast, slightly rich lambda values have proven particularly useful for specifying the second rich combustion lambda of the fat intervals. In particular, lambda values from 0.93 to 0.995, preferably from 0.97 to 0.99, lead to particularly low pollutant breakthroughs and to a virtually complete suppression of H 2 S. The lean intervals of the second phase are preferably between 1.0 and 1.2 , especially between 1.02 and 1.04.
Eine Sauerstoffspeicherkapazität des nachgeschalteten Katalysators sollte nach der ersten Phase der Sauerstoffentleerung höchstens zu 20%, vorzugsweise zu weniger als 10%, belegt sein. Der Verlauf der Sauerstoffaustragung kann in einfacher Weise mittels einer stromab des nachgeschalteten Katalysators angeordneten sauerstoffempfindlichen Messeinrichtung überwacht werden. Dabei kann es sich etwa um eine Lambdasonde oder, insbesondere im Falle eines NOx-Speicherkatalysators, um einen mit einer Lambdamessfunktion ausgestatteten NOx-Sensor handeln. Während dieser ersten Phase muss der Vorkatalysator noch nicht zwingend seine Schwefel-Desorptionstemperatur erreicht haben. An oxygen storage capacity of the downstream catalyst should be occupied by at most 20%, preferably less than 10%, after the first phase of oxygen evacuation. The course of the oxygen discharge can be monitored in a simple manner by means of an oxygen-sensitive measuring device arranged downstream of the downstream catalyst. This can be, for example, a lambda probe or, in the case of a NO x storage catalytic converter in particular, a NO x sensor equipped with a lambda measuring function. During this first phase, the pre-catalyst does not necessarily have to have reached its sulfur desorption temperature.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, die zweite Phase so lange aufrecht zu halten, bis der Vorkatalysator zumindest weitgehend schwefelfrei ist, ehe die Entschwefelung beendet und die Verbrennungskraftmaschine wieder in den regulären Betriebsmodus geschaltet wird. Dafür kann etwa der Schwefeleintrag und/oder der Schwefelaustrag des Vorkatalysators kontinuierlich modelliert werden, so dass eine Schwefel-Gesamtbeladung des Vorkatalysators ermittelt werden kann. Eine Beendigung der zweiten Phase und Umschaltung der Verbrennungskraftmaschine in den regulären Magerbetrieb erfolgt vorteilhaft dann, wenn die Modellrechnung eine vorgegebene, beispielsweise weitgehend vollständige Schwefelentleerung des Vorkatalysators anzeigt. Die Modellierung des Schwefeleintrags und des Schwefelaustrags kann in bekannter, hier nicht näher zu erläuternder Weise anhand aktueller Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere anhand der Verbrennungsparameter, erfolgen. According to a particularly advantageous embodiment of the method, the to maintain the second phase until the pre-catalyst is at least largely is sulfur-free before desulfurization has ended and the internal combustion engine is switched back to the regular operating mode. For example, the Sulfur input and / or the sulfur output of the pre-catalyst is continuously modeled are so that a total sulfur loading of the pre-catalyst can be determined. Completion of the second phase and switchover of the internal combustion engine to Regular lean operation is advantageously carried out when the model calculation predetermined, for example largely complete, sulfur emptying of the Indicates pre-catalyst. The modeling of the sulfur input and the sulfur output can in a known, not explained here based on current Operating parameters of the internal combustion engine, in particular based on the Combustion parameters.
Die Temperatur des Vorkatalysators kann entweder mittels eines am, vor oder nach dem Vorkatalysator angeordneten Temperatursensors gemessen werden oder anhand einer Modellrechnung unter Berücksichtigung geeigneter Betriebsparameter ermittelt werden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt zudem eine Hochrechnung (Prognose) der Vorkatalysatortemperatur für eine gewisse zukünftige Zeitspanne. Wird durch die Hochrechnung ein Erreichen der Schwefel- Desorptionstemperatur innerhalb der Zeitspanne aufgrund eines besonders schnellen Temperaturanstieges prognostiziert, so kann die erste Phase der Entschwefelung des Vorkatalysators bereits eingeleitet werden, ehe dieser die Desorptionstemperatur erreicht hat. Auf diese Weise kann die Sauerstoffentfernung der ersten Phase des Verfahrens bereits unterhalb der Desorptionstemperatur einer oder aller Vorkatalysatorkomponenten teilweise oder sogar vollständig abgewickelt werden. Die Hochrechnung der Vorkatalysatortemperatur erfolgt vorzugsweise unter Berücksichtigung einer Stellung eines Pedalwertgebers (PWG) eines Gaspedals, einer Dynamik des Pedalwertgebers, einer Motordrehzahl, einer eingespritzten Kraftstoffmenge, der aktuellen Vorkatalysatortemperatur, einer Dynamik der Vorkatalysatortemperatur, der modellierten Schwefelbeladung des Vorkatalysators und/oder einer Sauerstoffspeicheraktivität des Vorkatalysators. The temperature of the pre-catalyst can either be by means of an on, before or after Pre-catalytic converter arranged temperature sensor can be measured or using a Model calculation can be determined taking into account suitable operating parameters. According to a particularly advantageous embodiment of the method, a Extrapolation (forecast) of the pre-catalyst temperature for a certain future Period of time. If the extrapolation shows that the sulfur Desorption temperature within the period due to a particularly fast Predicted temperature rise, the first phase of desulfurization of the Pre-catalyst are introduced before it reaches the desorption temperature Has. In this way, oxygen removal can be the first phase of the process already below the desorption temperature of one or all of the pre-catalyst components partially or even completely. The extrapolation of the Pre-catalyst temperature is preferably carried out taking into account a position of a Pedal value transmitter (PWG) of an accelerator pedal, a dynamics of the pedal value transmitter, one Engine speed, an injected fuel quantity, the current Pre-catalyst temperature, a dynamic of the pre-catalyst temperature, the modeled Sulfur loading of the pre-catalyst and / or an oxygen storage activity of the Pre-catalyst.
Da in einem üblichen Betrieb magerlauffähiger Verbrennungskraftmaschinen fette Betriebsintervalle aus verschiedensten Gründen regelmäßig notwendig werden, ist bevorzugt vorgesehen, eine solche "natürliche" fette Betriebsphase für die erfindungsgemäße Entschwefelung des Vorkatalysators zu nutzen und entsprechend der genannten Vorgaben auszugestalten, sofern die Vorkatalysatortemperatur die Schwefel- Desorptionstemperatur überschreitet. Auf diese Weise kann die Entschwefelung des Vorkatalysators mit geringstem Kraftstoffverbrauch durchgeführt werden. Im Falle eines als NOx-Speicherkatalysator ausgestalteten Hauptkatalysators kann insbesondere ein NOx- Regenerationsintervall zur erfindungsgemäßen Entschwefelung des Vorkatalysators genutzt werden oder die Entschwefelung in unmittelbarem Anschluss an die Regeneration durchgeführt werden. Denkbar ist jedoch auch, Fettintervalle einer so genannten Zwangsamplitude eines stöchiometrischen Betriebes (λ = 1) bei 3-Wege- Katalysatorsystemen zu nutzen. Since in normal operation of lean-burn internal combustion engines, rich operating intervals are regularly necessary for various reasons, it is preferably provided to use such a "natural" rich operating phase for the desulfurization of the pre-catalyst according to the invention and to design it in accordance with the specifications mentioned, provided the pre-catalyst temperature exceeds the sulfur desorption temperature , In this way, the desulphurization of the pre-catalyst can be carried out with the lowest fuel consumption. In the case of a main catalytic converter configured as a NO x storage catalytic converter, in particular a NO x regeneration interval can be used for the desulphurization of the precatalyst according to the invention or the desulphurization can be carried out immediately after the regeneration. However, it is also conceivable to use fat intervals of a so-called forced amplitude of a stoichiometric operation (λ = 1) in 3-way catalyst systems.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens sieht vor, eine Schubabschaltung insbesondere in einem Betriebspunkt, bei dem ein durch einen Fahrer angefordertes Fahrwunschmoment kleiner als ein Schubmoment des Fahrzeuges ist, und/oder in Schaltpausen während eines Gangwechsels bei Getrieben mit Zugkraftunterbrechung während der Entschwefelung des Vorkatalysators zu unterdrücken. Auf diese Weise kann eine Beaufschlagung des Abgassystems mit dem sehr sauerstoffreichen Abgas der Schubabschaltung verhindert werden. Another advantageous embodiment of the method provides a fuel cut-off in particular at an operating point at which a driver requests Desired driving torque is less than a thrust torque of the vehicle, and / or in Shift pauses during a gear change in gearboxes with traction interruption suppress during the desulfurization of the pre-catalyst. That way an exposure of the exhaust system to the very oxygen-rich exhaust gas from the Thrust cut-out can be prevented.
Die Erfindung umfasst ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die eine stromab des mindestens einen nachgeschalteten Katalysators (Hauptkatalysators) angeordnete sauerstoffempfindliche Messeinrichtung vorsieht, und Mittel, mit denen die geschilderten Verfahrensschritte ausführbar sind. Diese Mittel umfassen eine Steuereinheit, in der ein Algorithmus zur Durchführung des Verfahrens in digitaler Form hinterlegt ist. Diese Steuereinheit kann besonders vorteilhaft auch in eine Motorsteuerung integriert sein. The invention further comprises an apparatus for performing the method, the one downstream of the at least one downstream catalyst (main catalyst) arranged oxygen-sensitive measuring device provides, and means with which the described process steps are executable. These means include a control unit, in which an algorithm for performing the method is stored in digital form. This Control unit can also be integrated into a motor control in a particularly advantageous manner.
Nach einer besonders bevorzugten Ausbildung der Vorrichtung ist der Vorkatalysator mit einer Speicherkomponente ausgestattet, die eine reversible Einlagerung von Schwefel aus einem mageren Abgas erlaubt. Durch die Verwendung einer solchen "Schwefelfalle", die in regelmäßigen Abständen durch das erfindungsgemäße Verfahren entschwefelt wird, wird erstmalig ein gezielter Schutz eines nachgeschalteten Katalysators, insbesondere eines NOx-Speicherkatalysators, vor der für diesen besonders nachteiligen Schwefelvergiftung erzielt. According to a particularly preferred embodiment of the device, the precatalyst is equipped with a storage component which allows sulfur to be stored reversibly from a lean exhaust gas. By using such a "sulfur trap", which is desulfurized at regular intervals by the process according to the invention, targeted protection of a downstream catalytic converter, in particular a NO x storage catalytic converter, is achieved for the first time against the particularly disadvantageous sulfur poisoning for it.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der übrigen Unteransprüche. Further advantageous refinements of the invention result from the features of other subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention is described below in exemplary embodiments on the basis of the associated Drawings explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine schematische Blockdarstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasanlage und Fig. 1 is a schematic block diagram of an internal combustion engine with an exhaust system and
Fig. 2 zeitliche Verläufe eines motorischen Lambdawertes, eines stromab eines Vorkatalysators und stromab eines Hauptkatalysators nach Fig. 1 gemessenen Abgaslambdas sowie Verläufe der Sauerstoffbeladungen von Vor- und Hauptkatalysator während einer Entschwefelung des Vorkatalysators nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Fig. 2 temporal courses of an engine lambda value, a downstream of a pre-catalytic converter and downstream of a main catalytic converter according to Fig. 1 measured exhaust gas lambda and courses of the oxygen loads of the pre-and main catalytic converter during desulfurization of the pre-catalyst according to the inventive method.
Der in Fig. 1 dargestellten Verbrennungskraftmaschine 10 ist eine insgesamt mit 12 bezeichnete Abgasanlage zugeordnet. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist besonders vorteilhaft mit einer nicht dargestellten Direkteinspritzung ausgestattet, mit welcher über Hochdruckeinspritzventile ein den Zylindern zuzuführender Kraftstoff direkt in die Zylinderbrennräume eingespritzt wird. Ferner ist die Verbrennungskraftmaschine 10 vorzugsweise schichtladefähig, wobei in einem Schichtladebetrieb sich der eingespritzte Kraftstoff zu einem Zündzeitpunkt im Wesentlichen im Bereich einer Zündkerze eines Zylinders in Form einer Schichtladungswolke konzentriert. Im Schichtladebetrieb lassen sich besonders magere Luft-Kraftstoff-Gemische darstellen, wodurch ein sehr niedriger Kraftstoffverbrauch erzielt werden kann. The internal combustion engine 10 shown in FIG. 1 is assigned an exhaust system, designated overall by 12. The internal combustion engine 10 is particularly advantageously equipped with a direct injection, not shown, with which a fuel to be supplied to the cylinders is injected directly into the cylinder combustion chambers via high-pressure injection valves. Furthermore, the internal combustion engine 10 is preferably capable of stratified charge, the injected fuel being concentrated at an ignition point essentially in the area of a spark plug of a cylinder in the form of a stratified charge cloud in stratified charge operation. In stratified charge mode, particularly lean air-fuel mixtures can be represented, as a result of which very low fuel consumption can be achieved.
Die Abgasanlage 12 umfasst einen Abgaskanal 14, in dem in einer motornahen Position ein kleinvolumiger Vorkatalysator 16, typischerweise ein 3-Wege-Katalysator, sowie in einer Unterbodenposition des Fahrzeuges ein großvolumiger Hauptkatalysator, insbesondere im Falle einer magerlauffähigen Verbrennungskraftmaschine 10 ein NOx-Speicherkatalysator 18, angeordnet ist. Der Vorkatalysator 16 ist ferner mit einer Schwefel-Speicherkomponente 20 ausgestattet, die in der Lage ist, in mageren Betriebsphasen der Verbrennungskraftmaschine 10 schwefelhaltige Abgaskomponenten einzulagern. Geeignete, an sich bekannte Schwefel-Speicherkomponenten umfassen beispielsweise Bariumsalze. Dabei kann die Speicherkomponente 20 den katalytischen Bestandteilen der Beschichtung in homogener Verteilung zugemischt sein oder als räumlich separierter Katalysatorbestandteil ausgestaltet sein. The exhaust system 12 comprises an exhaust duct 14 , in which a small-volume pre-catalytic converter 16 , typically a 3-way catalytic converter, in a position near the engine, and a large-volume main catalytic converter in an underbody position of the vehicle, in particular in the case of a lean-running internal combustion engine 10, a NO x storage catalytic converter 18 , is arranged. The pre-catalytic converter 16 is also equipped with a sulfur storage component 20 , which is able to store sulfur-containing exhaust gas components in lean operating phases of the internal combustion engine 10 . Suitable sulfur storage components known per se include, for example, barium salts. The storage component 20 can be mixed with the catalytic components of the coating in a homogeneous distribution or can be designed as a spatially separated catalyst component.
Neben dem Katalysatorsystem 16, 18 beherbergt der Abgaskanal 14 verschiedene Gassensoren 22, 24, die eine Konzentration mindestens einer Abgaskomponente im Abgas erfassen und der Regelung der Verbrennungskraftmaschine 10 dienen. Im Einzelnen ist stromauf des Speicherkatalysators 16 eine Lambdasonde 22, vorzugsweise eine Breitband- Lambdasonde, angeordnet. Diese misst eine Sauerstoffkonzentration des Abgases und dient der Regelung des der Verbrennungskraftmaschine 10 zuzuführenden Luft-Kraftstoff- Gemisches (Verbrennungslambda). Ein weiterer Gassensor 24 ist eine sauerstoffempfindliche Messeinrichtung und ist stromab des NOx-Speicherkatalysators 18 angeordnet. Hierbei kann es sich ebenfalls um eine Lambdasonde, insbesondere eine Sprungantwort-Lambdasonde, handeln oder aber, insbesondere wenn der Hauptkatalysator 18 wie hier ein NOx-Speicherkatalysator ist, um einen NOx-Sensor, der über eine Lambdamessfunktion verfügt. Die sauerstoffempfindliche Messeinrichtung 24 dient in noch zu erläuternder Weise der Steuerung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entschwefelung des Vorkatalysators 16 beziehungsweise seiner Schwefel- Speicherkomponente 20. In addition to the catalytic converter system 16 , 18 , the exhaust gas duct 14 houses various gas sensors 22 , 24 , which detect a concentration of at least one exhaust gas component in the exhaust gas and serve to regulate the internal combustion engine 10 . In detail, a lambda probe 22 , preferably a broadband lambda probe, is arranged upstream of the storage catalytic converter 16 . This measures an oxygen concentration of the exhaust gas and serves to regulate the air-fuel mixture (combustion lambda) to be supplied to the internal combustion engine 10 . Another gas sensor 24 is an oxygen-sensitive measuring device and is arranged downstream of the NO x storage catalytic converter 18 . This can also be a lambda sensor, in particular a step response lambda sensor, or, in particular if the main catalytic converter 18 is a NO x storage catalytic converter, as in this case, a NO x sensor that has a lambda measuring function. The oxygen-sensitive measuring device 24 serves, in a manner still to be explained, to control the method according to the invention for the desulfurization of the pre-catalyst 16 or its sulfur storage component 20 .
Der Abgaskanal 14 kann ferner Temperatursensoren beherbergen, die eine Abgas- oder eine Katalysatortemperatur messen. Die Katalysatortemperaturen können alternativ auch in Abhängigkeit geeigneter Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 10 modelliert werden. Alle, von den Sensoren bereitgestellten Signale sowie ausgewählte Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 10 finden Eingang in eine Motorsteuerung 28, welche die Signale digitalisiert und weiterverarbeitet und einen Betriebsmodus der Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere das Verbrennungslambda, den Schichtladebetrieb sowie eine Abgasrückführrate, in Abhängigkeit der Signale steuert. Eine Steuereinheit 26 ist in die Motorsteuerung 28 integriert und umfasst einen abgespeicherten Algorithmus zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entschwefelung des Vorkatalysators 16. The exhaust gas duct 14 can also house temperature sensors that measure an exhaust gas or a catalyst temperature. Alternatively, the catalyst temperatures can also be modeled as a function of suitable operating parameters of the internal combustion engine 10 . All signals provided by the sensors and selected operating parameters of the internal combustion engine 10 are input into an engine controller 28 , which digitizes and processes the signals and controls an operating mode of the internal combustion engine 10 , in particular the combustion lambda, the stratified charge mode and an exhaust gas recirculation rate, depending on the signals. A control unit 26 is integrated in the engine control 28 and comprises a stored algorithm for carrying out the method according to the invention for the desulfurization of the pre-catalyst 16 .
Während eines mageren Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere eines mageren Schichtladebetriebes, werden im Kraftstoff enthaltene Schwefelkomponenten nahezu vollständig zu Schwefeldioxid SO2 umgesetzt. Das SO2 wird an den katalytischen Edelmetallkomponenten des Vorkatalysators 16 im sauerstoffreichen Abgas weiter oxidiert und lagert mit annähernd 100%igem Wirkungsgrad in die Speicherkomponente 20 oder in andere Schwefel speichernde Bestandteile des Vorkatalysators 16 in Form von Sulfat ein. Wird eine Temperatur des Vorkatalysators 16 erkannt, die annähernd einer Schwefel- Desorptionstemperatur der Speicherkomponente 20 entspricht oder diese in Kürze erreichen wird, leitet die Steuereinheit 26 eine Entschwefelung des Vorkatalysators 16 ein. During lean operation of internal combustion engine 10 , in particular lean stratified charge operation, sulfur components contained in the fuel are converted almost completely to sulfur dioxide SO 2 . The SO 2 is further oxidized on the catalytic precious metal components of the pre-catalyst 16 in the oxygen-rich exhaust gas and is stored with approximately 100% efficiency in the storage component 20 or in other sulfur-storing components of the pre-catalyst 16 in the form of sulfate. If a temperature of the pre-catalytic converter 16 is recognized, which approximately corresponds to a sulfur desorption temperature of the storage component 20 or will shortly reach it, the control unit 26 initiates desulfurization of the pre-catalytic converter 16 .
Die Steuerung des Verfahrens ist in Fig. 2 anhand der zeitlichen Verläufe des mit der Lambdasonde 22 gemessenen Verbrennungslambdas λmot (motorisches Lambda), des stromab des Vorkatalysators 16 vorliegenden (und im Laufe des Verfahrens nicht gemessenen) Abgaslambdas λnVK sowie des mit der Lambdasonde 24 stromab des Hauptkatalysators 18 gemessenen Abgaslambdas λnHK dargestellt. Zusätzlich zeigt der mittlere Teil der Fig. 2 den Verlauf einer aktuellen Sauerstoffbeladung OVK des Vorkatalysators 19 und der untere Teil den Verlauf der Sauerstoffbeladung OHK des NOx- Speicherkatalysators 18. The control of the method in FIG. 2 is based on the time profiles of the combustion lambda λ mot (engine lambda) measured with the lambda probe 22 , the exhaust gas lambda λ nVK present downstream of the pre-catalytic converter 16 (and not measured in the course of the method) and that with the lambda probe 24 shown exhaust gas lambda λ nHK measured downstream of the main catalytic converter 18 . In addition, the middle part of FIG. 2 shows the course of a current oxygen loading O VK of the pre-catalyst 19 and the lower part shows the course of the oxygen loading O HK of the NO x storage catalytic converter 18 .
Zunächst wird die Verbrennungskraftmaschine 10 im üblichen Schichtladebetrieb mit einem mageren Verbrennungslambda betrieben (oder gegebenenfalls im stöchiometrischen Homogenbetrieb). Mit einem gewissen Vorlauf vor Erreichen der Schwefel- Desorptionstemperatur des Vorkatalysators 16 wird eine erste Phase T1 der Entschwefelung eingeleitet und die Verbrennungskraftmaschine 10 mit einem motorischen Lambda λmot entsprechend einem ersten fetten Verbrennungslambda λF1, welches vorzugsweise zwischen 0,8 und 0,9 liegt, betrieben (Zeitpunkt t0). First, the internal combustion engine 10 is operated in the usual stratified charge mode with a lean combustion lambda (or, if appropriate, in the stoichiometric homogeneous operation). With a certain advance before reaching the sulfur desorption temperature of the pre-catalyst 16 , a first phase T 1 of the desulfurization is initiated and the internal combustion engine 10 with a motorized lambda λ mot corresponding to a first rich combustion lambda λ F1 , which is preferably between 0.8 and 0.9 lies, operated (time t 0 ).
Unmittelbar nach Umschalten der Verbrennungskraftmaschine 10 auf λF1 beginnt die Sauerstoffbeladung OVK des Vorkatalysators 16, beginnend von einer einem maximalen Füllstand entsprechenden Sauerstoffspeicherkapazität OSCVK des Vorkatalysators 16 zu fallen. In dieser Phase wird der eingelagerte Sauerstoff für die Oxidation der Reduktionsmittel (HC, CO) des Abgases verbraucht. Sobald der Sauerstoffspeicher des Vorkatalysators 16 entleert ist (OVK = 0), bricht erstmalig fettes Abgas durch den Vorkatalysator 16, so dass das Abgaslambda λnVK stromab des Vorkatalysators 16 unter λ = 1 fällt. Infolgedessen beginnt auch die Entleerung des Sauerstoffspeichers des NOx- Speicherkatalysators 18 und seine aktuelle O2-Beladung OHK sinkt ebenfalls bis auf 0. Erst dann wird stromab des NOx-Speicherkatalysators 18 ein fettes Abgaslambda λnHK detektiert. Die erste Phase T1 wird beendet, sobald das mit dem Gassensor 24 gemessene Abgaslambda λnHK stromab des NOx-Speicherkatalysators 18 unterhalb eines ersten Fettschwellenwertes SF1 fällt (Zeitpunkt t1). Zu diesem Zeitpunkt ist sichergestellt, dass das gesamte Katalysatorsystem zumindest weitgehend oder vollständig sauerstofffrei ist, insbesondere die Sauerstoffbeladung OHK des NOx-Speicherkatalysators 18 höchstens 20%, insbesondere weniger als 10%, seiner maximalen Sauerstoffspeicherkapazität OSCHK beträgt. Dabei ist SF1 unter Berücksichtigung einer Abgaslaufzeit zwischen Verbrennungskraftmaschine 10 und NOx-Speicherkatalysator 18 so ausgelegt, dass das nach Umschaltung zum Zeitpunkt t1 vorliegende magere Abgas den NOx- Speicherkatalysator 18 erreicht, wenn dieser vollständig sauerstofffrei ist. Immediately after switching the internal combustion engine 10 to λ F1 , the oxygen loading O VK of the pre-catalytic converter 16 begins to drop, starting from an oxygen storage capacity OSC VK of the pre-catalytic converter 16 corresponding to a maximum fill level. In this phase, the stored oxygen is used for the oxidation of the reducing agents (HC, CO) of the exhaust gas. As soon as the oxygen reservoir of the pre-catalytic converter 16 is emptied (O VK = 0), rich exhaust gas breaks through the pre-catalytic converter 16 for the first time, so that the exhaust gas lambda λ nVK downstream of the pre-catalytic converter 16 falls below λ = 1. As a result, the oxygen storage of the NO x storage catalytic converter 18 also begins to be emptied and its current O 2 loading O HK also drops to 0. Only then is a rich exhaust gas lambda λ nHK detected downstream of the NO x storage catalytic converter 18 . The first phase T 1 is ended as soon as the exhaust gas lambda λ nHK measured with the gas sensor 24 downstream of the NO x storage catalytic converter 18 falls below a first fat threshold value S F1 (time t 1 ). At this time, it is ensured that the entire catalyst system is at least largely or completely oxygen-free, in particular the oxygen loading O HK of the NO x storage catalytic converter 18 is at most 20%, in particular less than 10%, of its maximum oxygen storage capacity OSC HK . S F1 is designed taking into account an exhaust gas runtime between internal combustion engine 10 and NO x storage catalytic converter 18 so that the lean exhaust gas present after switching at time t 1 reaches the NO x storage catalytic converter 18 when it is completely free of oxygen.
In einer anschließenden zweiten Phase T2, in welcher der Vorkatalysator 16 die minimale Schwefel-Desorptionstemperatur zumindest nahezu bereits erreicht hat, so dass der eigentliche Schwefelaustrag erfolgt, wird die Verbrennungskraftmaschine 10 wechselweise in Magerintervallen τM und Fettintervallen τF betrieben. Während der Magerintervalle τM wird das motorische Lambda λmot auf ein mageres Verbrennungslambda λM, das vorteilhaft 1,0 bis 1,2, vorzugsweise 1,02 bis 1,04, beträgt, eingestellt, um eine gewisse Sauerstoffeinlagerung in den Vorkatalysator 16 zu bewirken. Infolgedessen beginnt die Sauerstoffbeladung OVK des Vorkatalysators 16 und - mit einer gewissen Verzögerung - das Abgaslambda λnVK nach Vorkatalysator 16 anzusteigen. Erst nach Sauerstoffdurchbruch durch den Vorkatalysator 16 (λnVK > 1) beginnt eine langsame Auffüllung des Sauerstoffspeichers des NOx- Speicherkatalysators 18 und somit ein schwacher Anstieg von OHK. Wiederum mit einer gewissen Zeitverzögerung setzt ein Anstieg des hinter dem NOx-Speicherkatalysator 18 gemessenen Abgaslambdas λnHK ein. In a subsequent second phase T 2 , in which the pre-catalytic converter 16 has at least almost reached the minimum sulfur desorption temperature so that the actual sulfur discharge takes place, the internal combustion engine 10 is operated alternately in lean intervals τ M and rich intervals τ F. During the lean intervals τ M , the engine lambda λ mot is set to a lean combustion lambda λ M , which is advantageously 1.0 to 1.2, preferably 1.02 to 1.04, in order to ensure a certain oxygen storage in the pre-catalytic converter 16 cause. As a result, the oxygen load O VK of the pre-catalyst 16 and - with a certain delay - the exhaust gas lambda λ nVK after the pre-catalyst 16 begins to rise. Only after oxygen breakthrough through the pre-catalytic converter 16 (λ nVK > 1) does a slow filling of the oxygen store of the NO x storage catalytic converter 18 and thus a slight increase in O HK begin. Again with a certain time delay, an increase in the exhaust gas lambda λ nHK measured behind the NO x storage catalytic converter 18 begins .
Noch bevor der Anstieg von λnHK einsetzt, wird die Verbrennungskraftmaschine 10 zu einem Zeitpunkt t2 in ein Fettintervall τF mit einem zweiten fetten Verbrennungslambda λF2, das vorteilhaft 0,93 bis 0,995, vorzugsweise 0,97 bis 0,99, beträgt, umgeschaltet. Folglich sinkt die Sauerstoffbeladung OVK des Vorkatalysators 16. In dieser Phase wird das in der Schwefel-Speicherkomponente 20 eingelagerte Sulfat mittels der im Abgas vorhandenen Reduktionsmittel reduziert und freigesetzt. Durch den in dem vorausgegangenen Magerintervall τM eingelagerten Sauerstoff wird dabei gewährleistet, dass die Reduzierung auf der Oxidationsstufe des Schwefeldioxids SO2 (+IV) stehen bleibt und nicht vollständig bis zur Stufe des Schwefelwasserstoffs H2S (-II) abläuft. Ab einem gewissen Punkt des Fettintervalls τF werden die Reduktionsmittel des Abgases nicht mehr vollständig zur Umsetzung des Sulfats verbraucht, so dass das Abgaslambda λnVK hinter dem Vorkatalysator 16 allmählich auf einen fetten Lambdawert < 1 absinkt, um eine Entleerung des Sauerstoffspeichers des NOx-Speicherkatalysators 18 (OHK sinkt) zu bewirken. Even before the increase in λ nHK begins, the internal combustion engine 10 is at a time t 2 in a rich interval τ F with a second rich combustion lambda λ F2 , which is advantageously 0.93 to 0.995, preferably 0.97 to 0.99, switched. As a result, the oxygen load O VK of the pre-catalyst 16 drops. In this phase, the sulfate stored in the sulfur storage component 20 is reduced and released by means of the reducing agents present in the exhaust gas. The oxygen stored in the previous lean interval τ M ensures that the reduction remains at the oxidation level of the sulfur dioxide SO 2 (+ IV) and does not proceed completely to the level of the hydrogen sulfide H 2 S (-II). From a certain point in the fat interval τ F , the reducing agents of the exhaust gas are no longer completely used to convert the sulfate, so that the exhaust gas lambda λ nVK behind the pre-catalyst 16 gradually drops to a rich lambda value <1 in order to empty the oxygen store of the NO x - Storage catalyst 18 (O HK sinks) to cause.
Das während der zweiten Phase 12 beziehungsweise in den Fettintervallen τF aus dem Vorkatalysator 16 ausgetragene SO2 erreicht zwar den nachgeschalteten NOx- Speicherkatalysator 18, kann diesen jedoch ohne einzulagern passieren. Die Einlagerung des Schwefels in den NOx-Speicherkatalysator 18 in Form von Sulfat erfordert nämlich zunächst die Oxidation von SO2 zu SO3 und somit die Gegenwart von Sauerstoff. Dieser Sauerstoff steht jedoch nicht zur Verfügung, da während der ersten Phase T1 der Sauerstoffspeicher des NOx-Speicherkatalysators 18 entleert wurde und selbst in den anschließenden Magerintervallen τM der zweiten Phase T2 nahezu kein Sauerstoff in den Speicherkatalysator 18 einlagert. The SO 2 discharged from the pre-catalytic converter 16 during the second phase 12 or in the rich intervals τ F does indeed reach the downstream NO x storage catalytic converter 18 , but can pass through it without being stored. The storage of sulfur in the NO x storage catalyst 18 in the form of sulfate namely requires the oxidation of SO 2 to SO 3 and thus the presence of oxygen. However, this oxygen is not available because during the first phase T 1 the oxygen store of the NO x storage catalytic converter 18 was emptied and even in the subsequent lean intervals τ M of the second phase T 2 almost no oxygen was stored in the storage catalytic converter 18 .
Die Dauern der Magerintervalle τM und Fettintervalle τF werden wenigstens zu Beginn der zweiten Phase T2 zunächst vorgesteuert, indem in Abhängigkeit aktueller Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 10, beispielsweise einer Motorlast oder -drehzahl, gespeicherte Vorsteuerwerte vorgegeben werden. Die Vorsteuerwerte richten sich insbesondere nach der Sauerstoffspeicherkapazität OSCVK des Vorkatalysators 16 und können beispielsweise einem Frischzustand des Katalysators 16 oder einer in einer vorausgegangenen Entschwefelung bestimmten aktuellen Speicherkapazität entsprechen. Dabei sind die Dauern der Magerintervalle τM derart bemessen, dass ein Ende eines Magerintervalls τM mit einem Magerdurchbruch durch den Vorkatalysator 16 möglichst genau zusammenfällt. Auf diese Weise erreicht nur sehr wenig Sauerstoff den NOx- Speicherkatalysator 18, so dass dieser nur eine geringe Sauerstoffeinlagerung erfährt. Die Vorsteuerwerte für die Fettintervalle τF sind so bemessen, dass unter Berücksichtigung der Abgaslaufzeit eine praktisch vollständige Entleerung des Sauerstoffspeichers des NOx- Speicherkatalysators 18 erfolgt. The durations of the lean intervals τ M and rich intervals τ F are initially precontrolled, at least at the beginning of the second phase T 2 , by specifying stored precontrol values as a function of current operating parameters of the internal combustion engine 10 , for example an engine load or engine speed. The pilot control values depend in particular on the oxygen storage capacity OSC VK of the pre-catalytic converter 16 and can correspond, for example, to a fresh state of the catalytic converter 16 or to a current storage capacity determined in a previous desulfurization. The durations of the lean intervals τ M are dimensioned such that one end of a lean interval τ M coincides as precisely as possible with a lean breakdown through the pre-catalytic converter 16 . In this way, only very little oxygen reaches the NO x storage catalytic converter 18 , so that it experiences only a small amount of oxygen storage. The pilot control values for the grease intervals τ F are dimensioned such that, taking the exhaust gas runtime into account, the oxygen store of the NO x storage catalytic converter 18 is practically completely emptied.
Eine Prüfung und gegebenenfalls Adaption der gespeicherten Vorsteuerwerte für die Dauern der Mager- und Fettintervalle τM, τF erfolgt durch Messung des Zeitverzuges zwischen Umschaltung der Verbrennungskraftmaschine 10 von einem Magerintervall τM in ein Fettintervall τF (beispielsweise zum Zeitpunkt t2) bis zu einem Unterschreiten eines ersten vorgegebenen Fettschwellenwertes SF1 durch Abgaslambda λnHK hinter dem NOx- Speicherkatalysator 18 in Richtung niedrigerer Lambdawerte. Dabei ist SF1 unter Berücksichtigung der Abgaslaufzeit so ausgelegt, dass eine praktisch vollständige Entleerung des Sauerstoffspeichers des Vorkatalysators gewährleistet wird. Stellt sich hierbei heraus, dass der gemessene Zeitverzug größer ist als der bisherige Vorsteuerwert für die Dauer der Fettintervalle τF, erfolgt eine Adaption, indem die zukünftigen Fettintervalle τF um einen festen oder variablen Differenzwert verkürzt werden. Ist im umgekehrten Falle der gemessene Zeitverzug kürzer als die bisherige Dauer der Fettintervalle τF (in diesem Fall wird SF1 nicht unterschritten), werden die nachfolgenden Intervalle τF um den Differenzwert verlängert. The stored pilot control values for the durations of the lean and rich intervals τ M , τ F are checked and, if necessary, adapted by measuring the time delay between switching the internal combustion engine 10 from a lean interval τ M to a rich interval τ F (for example at time t 2 ) up to a falling below a first predetermined fat threshold value S F1 by exhaust gas lambda λ nHK behind the NO x storage catalytic converter 18 in the direction of lower lambda values. S F1 is designed taking into account the exhaust gas runtime so that a practically complete emptying of the oxygen storage of the pre-catalyst is guaranteed. If it turns out that the measured time delay is greater than the previous pre-control value for the duration of the fat intervals τ F , an adaptation is made by shortening the future fat intervals τ F by a fixed or variable difference value. If, in the opposite case, the measured time delay is shorter than the previous duration of the fat intervals τ F (in this case, the value does not fall below S F1 ), the subsequent intervals τ F are extended by the difference value.
Um eine Alterung der Katalysatoren und damit einhergehend eine Abnahme der Sauerstoffspeicherkapazitäten zu berücksichtigen, erfolgt im Laufe der zweiten Phase T2 und/oder am Ende der ersten Phase T1 eine Bestimmung der Sauerstoffspeicherkapazität OSCΣ des gesamten Katalysatorsystems 16, 18. Zu diesem Zweck wird innerhalb der zweiten Phase T2 ein verlängertes Magerintervall τM' durchgeführt, so lange, bis das Abgaslambda λnHK hinter dem Speicherkatalysator 18 eine vorgegebene Magerschwelle SM erreicht. Dabei ist der Magerschwellenwert SM so ausgelegt, dass seine Überschreitung einer 100%igen Sauerstoffbeladung des NOx-Speicherkatalysators 18 und somit des gesamten Katalysatorsystems 16, 18 entspricht. Tatsächlich erfolgt die Beendigung des verlängerten Magerintervalls τM' und Umschaltung der Verbrennungskraftmaschine 10 auf λF2 bereits bei Überschreitung eines zweiten Fettschwellenwertes SF2 durch λnHK. Hierdurch wird der Magerschwellenwert SM um die Abgaslaufzeit korrigiert, um einen zu großen Sauerstoffeintrag in den Speicherkatalysator 18 zu vermeiden. Aus dem gemessenen Zeitverzug zwischen motorischem Einleiten des verlängerten Magerintervalls τM' bis zum mit dem Gassensor 24 gemessenen Magerdurchbruch durch den NOx-Speicherkatalysator 18 kann die Sauerstoffspeicherkapazität OSCΣ als Summe der Speicherkapazitäten (OSCVK + OSCHK) ermittelt werden. In Abhängigkeit von OSCΣ und einem von den frischen Katalysatoren 16, 18 bekannten Verhältnis der Sauerstoffspeicherkapazitäten kann die maximale Sauerstoffspeicherkapazität OSCVK des Vorkatalysators 16 bestimmt werden. In Abhängigkeit der so ermittelten OSCVK des Vorkatalysators 16 werden dann die Dauern der Magerintervalle τM und Fettintervalle τF korrigiert. Ebenfalls erfolgt eine Adaption der Lambdaschwellenwerte SM, SF1 und SF2. In order to take into account aging of the catalysts and a decrease in the oxygen storage capacities associated therewith, the oxygen storage capacity OSC Σ of the entire catalyst system 16 , 18 is determined in the course of the second phase T 2 and / or at the end of the first phase T 1 . For this purpose, an extended lean interval τ M 'is carried out within the second phase T 2 until the exhaust gas lambda λ nHK behind the storage catalytic converter 18 reaches a predetermined lean threshold S M. The lean threshold value S M is designed such that its exceeding corresponds to 100% oxygen loading of the NO x storage catalytic converter 18 and thus of the entire catalytic converter system 16 , 18 . In fact, the extended lean interval τ M 'is ended and the internal combustion engine 10 is switched to λ F2 when λ nHK exceeds a second fat threshold value S F2 . As a result, the lean threshold value S M is corrected for the exhaust gas runtime in order to avoid an excessive introduction of oxygen into the storage catalytic converter 18 . The oxygen storage capacity OSC Σ can be determined as the sum of the storage capacities (OSC VK + OSC HK ) from the measured time delay between engine initiation of the extended lean interval τ M 'until the lean breakthrough measured by the gas sensor 24 through the NO x storage catalytic converter 18 . The maximum oxygen storage capacity OSC VK of the pre-catalyst 16 can be determined as a function of OSC Σ and a ratio of the oxygen storage capacities known from the fresh catalysts 16 , 18 . The durations of the lean intervals τ M and rich intervals τ F are then corrected depending on the OSC VK of the pre-catalytic converter 16 determined in this way. The lambda threshold values S M , S F1 and S F2 are also adapted.
Es ist besonders bevorzugt vorgesehen, bereits vor Beginn der alternierenden Abgasbeaufschlagung am Ende der ersten Phase T, eine Bestimmung der Sauerstoffspeicherkapazität OSCΣ des gesamten Katalysatorsystems 16, 18 durchzuführen (nicht dargestellt). Hierfür wird vorzugsweise 20 K unterhalb der minimalen Schwefel- Desorptionstemperatur des Vorkatalysators 16 das Katalysatorsystem zunächst mit leicht magerem Abgas zwischen 1,005 und 1,05 beaufschlagt, bis ein Sondensprung von λnHK ins "Magere" hinter dem Speicherkatalysator 18 detektiert wird. Ist dies der Fall, liegt eine maximale Sauerstoffbeladung des Katalysatorsystems 16, 18 vor. Anschließend erfolgt eine Beaufschlagung des Systems mit leicht fettem Abgas bei Lambdawerten zwischen 0,95 und 0,995, bis stromab des Speicherkatalysators 18 ein Sondensprung des Gassensors 24 ins "Fette" detektiert wird. Bei dieser Vorgehensweise wird der Zeitverzug von Umschaltung des motorischen Lambdas von mager auf fett bis zur Detektion des Fettdurchbruchs stromab des NOx-Speicherkatalysators 18 ausgewertet, um die gesamte Sauerstoffspeicherfähigkeit OSCΣ zu ermitteln. Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass bereits mit Beginn der zweiten Phase T2 die Dauern der Mager- und Fettintervalle τM, τF an den aktuellen Katalysatorzustand, insbesondere des Vorkatalysators 16, angepasst werden können. It is particularly preferred to carry out a determination of the oxygen storage capacity OSC Σ of the entire catalyst system 16 , 18 (not shown) before the beginning of the alternating exhaust gas application at the end of the first phase T. For this purpose, preferably 20 K below the minimum sulfur desorption temperature of the pre-catalyst 16, the catalyst system is initially subjected to a slightly lean exhaust gas between 1.005 and 1.05 until a probe jump from λ nHK into the " lean " behind the storage catalyst 18 is detected. If this is the case, there is a maximum oxygen loading of the catalyst system 16 , 18 . This is followed by actuation of the system with a slightly rich exhaust gas at lambda values from 0.95 to 0.995, to downstream of the storage catalyst 18, a probe jump of the gas sensor 24 to the "fats" is detected. With this procedure, the time delay from switching the engine lambda from lean to rich to the detection of the fat breakthrough downstream of the NO x storage catalytic converter 18 is evaluated in order to determine the total oxygen storage capacity OSC Σ . The advantage of this procedure is that the duration of the lean and rich intervals τ M , τ F can be adapted to the current catalytic converter state, in particular the pre-catalytic converter 16 , already at the beginning of the second phase T 2 .
Obwohl das Verfahren am besonders vorteilhaften Beispiel eines mit einer Schwefel- Speicherkomponente 20 ausgeführten Vorkatalysators 16 erläutert wurde, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Die Durchführung des Verfahrens bei herkömmlichen Vorkatalysatoren ohne "Schwefelfalle" unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise praktisch nicht. Although the method was explained using the particularly advantageous example of a pre-catalyst 16 designed with a sulfur storage component 20 , the invention is not restricted to this. The implementation of the process with conventional pre-catalysts without a "sulfur trap" practically does not differ from the procedure described above.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, dass nahezu der gesamte, in den
Vorkatalysator 16 eingelagerte Schwefel in Form von SO2 freigesetzt wird, ohne nachfolgend
zu einer erneuten Schwefeleinlagerung in den hierfür besonders empfindlichen NOx-
Speicherkatalysator 18 zu führen. Hierdurch werden die äußerst kraftstoffzehrenden
Entschwefelungen des NOx-Speicherkatalysators 18, die aufgrund der hierfür erforderlichen
sehr hohen Katalysatortemperaturen nämlich stets Motorwirkungsgrad vermindernde
Maßnahmen erfordern und somit zu einem erheblichen Kraftstoffmehrverbrauch führen, in
größeren Abständen notwendig. Ferner wird durch die diskontinuierliche Mager-Fett-
Beaufschlagung während der zweiten Phase T2 die Bildung und Emission von
geruchsintensivem und schädlichem H2S nahezu vollständig unterdrückt und auch der
Durchbruch von den Reduktionsmitteln HC und CO geringgehalten. Insgesamt zeichnet sich
das Verfahren daher durch äußerst geringe Schadstoffemissionen aus. Darüber erlaubt das
Verfahren erstmalig eine gezielte Auslegung des Vorkatalysators 16 als "Schwefelfalle".
Hierdurch kann der NOx-Speicherkatalysator 18 nahezu umfassend vor
Schwefelvergiftungen geschützt werden und praktisch vollständig auf die andernfalls
erforderlichen Entschwefelungen des Speicherkatalysators 18 verzichtet werden.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Verbrennungskraftmaschine
12 Abgasanlage
14 Abgaskanal
16 Vorkatalysator
18 nachgeschalteter Katalysator/NOx-Speicherkatalysator
20 Schwefel-Speicherkomponente
22 sauerstoffempfindliche Messeinrichtung/Lambdasonde
24 sauerstoffempfindliche Messeinrichtung/NOx-Sensor
26 Steuereinheit
28 Motorsteuergerät
λ Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda
τF Fettintervall
λF1 erstes fettes Verbrennungslambda
λF2 zweites fettes Verbrennungslambda
λM mageres Verbrennungslambda
τM Magerintervall
τM' verlängertes Magerintervall
λmot Verbrennungslambda/motorisches Lambda
λnHK Abgaslambda stromab des NOx-Speicherkatalysators
λnVK Abgaslambda stromab des Vorkatalysators
OHK Sauerstoffbeladung des NOx-Speicherkatalysators
OSCΣ Sauerstoffspeicherkapazität des gesamten Katalysatorsystems
OSCHK Sauerstoffspeicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators
OSCVK Sauerstoffspeicherkapazität des Vorkatalysators
OVK Sauerstoffbeladung des Vorkatalysators
SF1 erster Fettschwellenwert
SF2 zweiter Fettschwellenwert
SM Magerschwellenwert
t Zeit
T1 erste Phase (Sauerstoffentfernung)
T2 zweite Phase (Entschwefelung)
It is achieved by the method according to the invention that almost all of the sulfur stored in the pre-catalyst 16 is released in the form of SO 2 , without subsequently leading to a renewed sulfur incorporation in the NO x storage catalyst 18, which is particularly sensitive to this. As a result, the extremely fuel-consuming desulphurization of the NO x storage catalytic converter 18 , which, because of the very high catalytic converter temperatures required for this, always require measures to reduce engine efficiency and thus lead to a considerable increase in fuel consumption, are necessary at larger intervals. Furthermore, the discontinuous exposure to lean fat during the second phase T 2 almost completely suppresses the formation and emission of odor-intensive and harmful H 2 S and also minimizes the breakthrough of the reducing agents HC and CO. Overall, the process is characterized by extremely low pollutant emissions. In addition, the method allows for the first time a targeted design of the pre-catalyst 16 as a "sulfur trap". In this way, the NO x storing catalyst 18 can be almost fully protected from sulfur poisoning and virtually completely to dispense with the otherwise necessary desulfurization of the storage catalyst 18th REFERENCE SIGN LIST 10 internal combustion engine
12 exhaust system
14 exhaust duct
16 pre-catalytic converter
18 downstream catalytic converter / NO x storage catalytic converter
20 sulfur storage component
22 Oxygen-sensitive measuring device / lambda probe
24 oxygen-sensitive measuring device / NO x sensor
26 control unit
28 Engine control unit
λ air-fuel ratio lambda
τ F fat interval
λ F1 first rich combustion lambda
λ F2 second rich combustion lambda
λ M lean combustion lambda
τ M lean interval
τ M 'extended lean interval
λ mot combustion lambda / motor lambda
λ nHK exhaust lambda downstream of the NO x storage catalytic converter
λ nVK exhaust lambda downstream of the pre-catalyst
O HK oxygen loading of the NO x storage catalytic converter
OSC Σ oxygen storage capacity of the entire catalyst system
OSC HK Oxygen storage capacity of the NO x storage catalytic converter
OSC VK oxygen storage capacity of the pre-catalyst
O VK oxygen loading of the pre-catalyst
S F1 first fat threshold
S F2 second fat threshold
S M lean threshold
t time
T 1 first phase (oxygen removal)
T 2 second phase (desulfurization)
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