DE10349126A1

DE10349126A1 - Abgasnachbehandlungssysteme

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Publication number: DE10349126A1
Application number: DE10349126A
Authority: DE
Inventors: Clifford Norman Blackburn Montreuil; Michiel J. van Ann Arbor Nieuwstadt; Paul J. Oak Park Tennison
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2023-10-23
Also published as: US6892530B2; US20040098980A1; DE10349126B4

Abstract

Ein Verfahren für die Verbesserung des NO¶x¶-Umwandlungswirkungsgrades eines harnstoffbasierten SCR-Katalysators wird vorgestellt. Da durch das Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen im Katalysator der Wirkungsgrad vermindert wird, schlägt das Verfahren vor, den SCR-Katalysator durch Aufrechterhaltung seiner Temperatur während einer für die Reinigung der Katalysatorspeicherorte ausreichenden Zeitperiode oberhalb des Siedepunkts von Kohlenwasserstoffen zu regenerieren. Dem Regenerierungsprozeß folgt eine Übereinspritzung von Ammoniak, um das aufgrund der hohen Regenerierungstemperaturen aus dem SCR-Katalysator freigesetzte Ammoniak aufzufüllen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zur Verbesserung der Leistung einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung für Magermotoren und insbesondere auf das Regenerieren eines harnstoffbasierten Katalysators für die selektive katalytisch Reduktion (SCR-Katalysator), um den NO_x-Umwandlungswirkungsgrad zu verbessern.

Die aktuellen Abgasvorschriften erfordern in den Abgassystemen von Kraftfahrzeugen die Verwendung von Katalysatoren, um Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickoxide (NOx), die während des Motorbetriebes entstehen, in keinen Bestimmungen unterliegende Abgase umzuwandeln. Mit Diesel- oder sonstigen Magerbenzinmotoren ausgerüstete Fahrzeuge bieten den Vorteil verbesserter Kraftstoffökonomie. Diese Fahrzeuge müssen mit Abgasnachbehandlungsvorrichtungen für Magermotoren, wie z.B. einem harnstoffbasierten Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SRC-Katalysator), bei dem NOx durch aktives Einspritzen eines Reduktants, wie z.B. Harnstoff, in die in den Katalysator eintretende Abgasmischung kontinuierlich entfernt wird, ausgestattet werden. Ein typisches Abgasnachbehandlungssystem für Magermotoren kann auch einen Oxidationskatalysator aufweisen, welcher stromauf von dem SCR-Katalysator angeschlossen ist, um Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid in der Abgasmischung umzuwandeln. Die Erfinder haben erkannt, daß eine Möglichkeit, ein rasches Erwärmen des SCR-Katalysators zu erreichen und somit seinen NO_x- Umwandlungswirkungsgrad zu verbessern, darin liegt, die Kohlenwasserstoffkonzentration in der in den Oxidationskatalysator eintretenden Abgasmischung zu erhöhen, was entweder durch die Einspritzung von externem Kohlenwasserstoff (Kraftstoff) oder durch Anpassung von Motorbetriebsbedingungen, wie beispielsweise dem Einspritzzeitpunkt, erfolgen kann. Die zusätzlichen Kohlenwasserstoffe verbrennen im Oxidationskatalysator, und die dadurch erzeugte Hitze erwärmt den SCR-Katalysator.

Die Erfinder haben des weiteren erkannt, daß bei einem solchen System Ruß und nicht reduzierte Kohlenwasserstoffe aus dem Oxidationskatalysator auf der Oberfläche des SCR-Katalysators absorbiert werden können, womit der SCR-Katalysator kontaminiert und sein NO_x-Umwandlungswirkungsgrad gemindert wird. Die Erfinder haben ebenso erkannt, daß sich der SCR-Katalysator regeneriert, wenn er für eine vorbestimmte Zeitperiode bei einer Temperatur oberhalb des Siedepunktes von Kohlenwasserstoffen oder der Regenerierungstemperatur von Ruß gehalten wird. Ferner haben die Erfinder erkannt, daß die NO_x-Umwandlung im SCR-Katalysator verbessert wird, wenn gespeichertes Ammoniak vorhanden ist. Demzufolge ist der NO_x-Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators nach der Regenerierung nicht optimal, da der Regenerierungsprozeß bewirkt, daß einiges im SCR-Katalysator gespeichertes Ammoniak freigegeben wird.

Wie nachstehend beschrieben wird ein Verfahren für die Regenerierung eines SCR-Katalysators offenbart, welches Ruß- und Kohlenwasserstoffkontamination beseitigt, solange die Speicherung des für den optimalen NO_x-Umwandlungswirkungsgrad erforderlichen Ammoniaks aufrechterhalten bleibt.

Zusammenfassung der Erfindung

Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für die Steuerung einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung für Magermotoren für einen Innenverbrennungsmotor geliefert. Das Verfahren wird dazu verwendet, die Vorrichtung zu regenerieren, wenn sich ihr NO_x-Umwandlungswirkungsgrad verschlechtert. Dies wird durch die Aufrechterhaltung der Temperatur der Vorrichtung oberhalb einer vorbestimmten Temperatur während einer für die Beseitigung von eingelagerten Schadstoffen ausreichenden Zeit erreicht. Des weiteren verbessert das Erhöhen einer Menge von im Anschluß an die Regenerierung eingespritztem Reduktant, um die Einlagerung von Reduktant in der Vorrichtung zu erlauben, ihren NO_x-Umwandlungswirkungsgrad weiter.

Nach einer Ausführungsform umfaßt ein Verfahren für die Regenerierung eines stromab eines Innenverbrennungsmotors angeschlossenen SCR-Katalysators: Lieferung einer Anzeige, daß der SCR-Katalysator regeneriert werden sollte, um Schadenstoffe zu entfernen, als Reaktion auf die genannte Anzeige, Regenerieren des SCR-Katalysators durch Betrieb desselben oberhalb einer vorbestimmten Temperatur während eines vorbestimmten Intervalls. Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren für die Steuerung einer stromab eines Innenverbrennungsmagermotors angeschlossene Abgasnachbehandlungsvorrichtung: einen ersten Betriebsmodus, bei dem die Vorrichtung bei einer Temperatur während eines vorbestimmten Intervalls oberhalb einer ersten Temperatur betrieben wird, um die Vorrichtung zu regenerieren, und einen zweiten Betriebsmodus, bei dem die Vorrichtung bei einer Temperatur unterhalb der genannten ersten Temperatur betrieben wird und der in die Vorrichtung eintretenden Abgasmischung Reduktant zugeführt wird, um während der genannten Regenerierung aus der Vorrichtung freigegebenes Reduktant auszugleichen.

Nach einer weiteren Ausführungsform umfaßt ein Verfahren für die Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems für Magermotoren, welches System mindestens eine erste Vorrichtung und eine stromab von der ersten Vorrichtung angeschlossene zweite Vorrichtung aufweist: Lieferung einer Anzeige, daß die zweite Vorrichtung beeinträchtigt ist, als Reaktion auf die genannte Anzeige Einleiten einer ersten Substanz in die erste Vorrichtung in der Weise, daß eine exotherme Reaktion auf die genannte Einleitung eine Temperatur der genannten zweiten Vorrichtung während einer vorbestimmten Zeitperiode oberhalb eines vorbestimmten Wertes hält, und Einleiten einer zweiten Substanz in die zweite Vorrichtung, wodurch die Speicherung eines Anteils der genannten zweiten Substanz in der ge nannten zweiten Vorrichtung bewirkt wird. Nach einer Ausführungsform ist die erste Vorrichtung ein Oxidationskatalysator, die erste Substanz Kohlenwasserstoff, die zweite Vorrichtung ein SCR-Katalysator und die zweite Substanz Ammoniak. Somit wird, wenn sich die SCR-Katalysatorleistung aufgrund der Kohlenwasserstoffkontaminierung verschlechtert, durch eine solche Anordnung eine zusätzliche Menge an Kohlenwasserstoffen in den Oxidationskatalysator eingespritzt, um die Temperatur des SCR-Katalysators über den Siedepunkt von Kohlenwasserstoffen zu erhöhen, womit ihre Desorbierung herbeigeführt wird. Alternativ kann die SCR-Katalysator-Temperatur über eine Temperatur hinaus erhöht werden, bei der Ruß mit NO_x oder Sauerstoff reagiert, wodurch sowohl Ruß als auch Kohlenwasserstoffe aus der Vorrichtung entfernt werden. Dem Regenerierungsprozeß folgt ein Übereinspritzen von Ammoniak in den SCR-Katalysator, um das aufgrund der hohen Regenerierungstemperatur freigesetzte Ammoniak auszugleichen.

Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren für die Reduzierung einer Abgaskomponente einer durch einen Innenverbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges erzeugten Abgasmischung: Einleiten einer anfänglichen Menge von Reduktant in eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, welcher die durch den Motor erzeugte Abgasmischung zugeführt wird, wodurch die Abgaskomponente reduziert wird, Erhöhen der anfänglichen Menge von in die genannte Abgasnachbehandlungsvorrichtung während der Regenerierung der Vorrichtung eingeleitetem Reduktant und Erhöhen der genannten anfänglichen Menge von in die genannte Abgasnachbehandlungsvorrichtung während eines vorbestimmten Intervalls im Anschluß an die genannte Regenerierung eingeleitetem Reduktant, wodurch die Speicherung von Reduktant in der genannten Abgasnachbehandlungsvorrichtung bewirkt wird. Nach einer Ausführungsform ist die Vorrichtung ein SCR-Katalysator und das Reduktant Ammoniak. Somit wird durch eine solche Anordnung eine anfängliche Menge von Ammoniak während normalem Betrieb in den SCR-Katalysator eingeleitet, um die kontinuierliche NO_x-Umwandlung in der Vorrichtung zu erleichtern. Wenn die Vorrichtung regeneriert wird, wird die anfängliche Menge reduziert, um die Regenerierung zu berücksichtigen. Im Anschluß an die Regenerierung wird eine erhöhte Menge an Reduktant in den Katalysator eingeleitet, um die Speicherung von etwas Ammoniak in der Vorrichtung zu ermöglichen und somit ihren Umwandlungswirkungsgrad zu verbessern. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Ammoniakeinspritzung während der Regenerierung unterbrochen.

Die vorliegende Erfindung bietet eine Reihe von Vorteilen. Insbesondere wird, wenn sich der NO_x-Umwandlungswirkungsgrad des Katalysators verschlechtert, durch die Regenerierung des SCR-Katalysators die Abgasreinigung verbessert, um gespeicherte Kohlenwasserstoffe und Ruß zu entfernen. Der NO_x-Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators wird des weiteren durch Auffüllen des Ammoniakspeichers im Katalysator nach der Regenerierung verbessert.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:
1A und 1B schematische Diagramme eines Motors, bei dem die Erfindung vorteilhaft eingesetzt wird;
2 ein Beispiel einer Ausführungsform eines Abgasreinigungssystems, bei dem die Erfindung vorteilhaft genutzt wird;
3 ein Diagramm eines Beispiels eines Reduktantzuführsystems nach der vorliegenden Erfindung; und
4 ein Übersichtsflußdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Ein Innenverbrennungsmotor 10, welcher eine Mehrzahl von Zylindern aufweist, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt wird, wird von einem elektronischen Motorsteuergerät 12 gesteuert. Der Motor 10 weist einen Verbrennungsraum 30 und Zylinderwände 32 mit darin angeordneten und mit der Kurbelwelle 40 verbunde nem Kolben 36 auf. Der Verbrennungsraum 30 steht über jeweilige Einlaßventile 52 und Auslaßventile 54 mit einem Ansaugkrümmer 44 und einem Auspuffkrümmer 48 in Verbindung. Der Ansaugkrümmer 44 wird weiter so dargestellt, daß damit ein Kraftstoffinjektor 80 verbunden ist, um proportional zur Impulsbreite eines Signals FPW aus dem Steuergerät 12 Kraftstoff zuzuführen. Sowohl durch die das Signal FPW geregelte Kraftstoffmenge als auch der Einspritzzeitpunkt können angepaßt werden. Kraftstoff wird dem Kraftstoffinjektor 80 durch ein (nicht gezeigtes) Kraftstoffsystem zugeführt, welches einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und ein (nicht gezeigtes) Kraftstoffverteilerrohr aufweist.
Das Steuergerät 12 wird in 1A als ein an sich bekannter Mikrocomputer dargestellt, welcher aufweist: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 104, einen nicht löschbaren Festwertspeicher 106, einen Direktzugriffsspeicher 108 und einen herkömmlichen Datenbus. Das Steuergerät 12 erhält zusätzlich zu den vorstehend erörterten Signalen verschiedene Signale aus den mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren, einschließlich: Motorkühlmitteltemperatur (ECT) durch den mit dem Kühlmantel 114 verbundenen Temperatursensor 112, eine Messung des Krümmerdrucks (MAP) durch den mit dem Ansaugkrümmer 44 verbundenen Drucksensor 116, eine Messung (AT) der Krümmertemperatur durch den Temperatursensor 117; ein Motordrehzahlsignal (RPM) durch den mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Motordrehzahlsensor 118.
Ein Abgasreinigungssystem 20, das mit einem Auspuffkrümmer 48 verbunden ist, und mehrere beispielhafte Ausführungsformen des Systems nach der vorliegenden Erfindung werden unter besonderer Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 1B wird nun ein alternatives Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Motor 10 ein Motor mit Direkteinspritzung ist, wobei der Injektor 80 so angeordnet ist, daß er Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 einspritzt.
Es wird auf 2 Bezug genommen. Das Abgasreinigungssystem 20 weist einen harnstoffbasierten Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR-Katalysator) 14 auf, welcher in einer sauerstoffreichen Umgebung NO_x reduzieren kann. Ein Reduktant, wie z.B. wäßriger Harnstoff, ist in einem (nicht gezeigten) Vorratsbehälter untergebracht und wird einem (nachstehend unter besonderer Bezugnahme auf die 3A bis 3C beschriebenen) stromauf vom SCR-Katalysator 14 mit dem Auspuffkrümmer 48 verbundenen Reduktantzuführsystem 16 zugeführt. Das Reduktant wird über eine Pumpe herangeführt und durch ein Steuerventil dosiert, wobei sowohl die Pumpe als auch das Ventil durch das Steuergerät 12 gesteuert werden. Alternativ können beliebige andere dem Fachmann bekannte Mittel herangezogen werden, um einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung Reduktant zuzuführen. NO_x-Sensoren NOx₁ (17) stromauf und NOx₂ (18) stromab vom SCR-Katalysator sind in dem Weg des in den SCR-Katalysator eintretenden und diesen verlassenden Abgases angeschlossen. Die Werte dieser Sensoren werden vom Steuergerät 12 ausgelesen und können dazu verwendet werden, den NO_x-Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators zu bestimmen. Alternativ kann der NOx₁-Sensor 17 wegbleiben, und die Menge an NO_x in der in den SCR-Katalysator eintretenden Abgasmischung kann auf der Grundlage von Motordrehzahl, Motorlast, Abgastemperatur oder eines beliebigen anderen Parametern geschätzt werden, von dem der Fachmann weiß, daß er die NO_x-Erzeugung des Motors beeinflußt. Der Oxidationskatalysator 13 ist stromauf von dem SCR-Katalysator angeschlossen und kann ein Edelmetallkatalysator, vorzugsweise ein Platin enthaltender Katalysator sein. Der Oxidationskatalysator verbrennt exothermisch Kohlenwasserstoffe (HC) im aus dem Motor eintretenden Abgas, womit Hitze für das rasche Aufwärmen des SCR-Katalysators 14 zugeführt wird. Die Temperatur des SCR-Katalysators kann durch eine Verstellung des Einspritzzeitpunktes nach spät, durch Erhöhung der Abgasrückführung und der Ansaugdrosselung oder beliebige andere Mittel, von denen der Fachmann weiß, daß sie die Temperatur im Abgas erhöhen, erhöht werden. Alternativ können bei einem Motor mit Direkteinspritzung dem Oxidationskatalysator für das Aufwärmen des SCR-Katalysators zusätzliche Kohlenwasserstoffe durch Einspritzung in den Zylinder entweder während des Arbeits- oder des Auspuffhubs des Motors oder während beider Hübe zugeführt werden. Bei einer (nicht gezeigten) alternativen Ausführungsform kann ein Reduktantzuführsystem, wie z.B. das unter besonderer Bezugnahme auf die 3a bis 3c beschriebene System, dazu verwendet werden, die Kohlenwasserstoffkonzentration in der in den Oxidationskatalysator eintretenden Abgasmischung zu erhöhen.
3A stellt allgemein ein Beispiel eines Reduktantzuführsystems, das bei der Erfindung eingesetzt wird, um dem SCR-Katalysator Reduktant zuzuführen. Das System weist eine Verdampfereinheit 21 auf, welche ein längliches Heizelement 22 umschließt. In diesem Beispiel ist das Heizelement ein elektrisch beheiztes zylinderförmiges Heizelement. Alternativ könnte das Heizelement rechteckig geformt sein, um seine Oberflächenkontaktfläche mit der eingespritzten Reduktant- und Luftmischung zu vergrößern. Bei noch einem weiteren (nicht gezeigten) alternativen Ausführungsbeispiel könnte eine hydrolysierende Katalysatorbeschichtung zur Verdampfereinheit hinzugefügt werden, wie z.B. eine Beschichtung auf der Innenfläche des Heizelementgehäuses, oder eine katalytische Kappe an dem Punkt, an dem die verdampfte Reduktant- und Luftmischung in den Auspuffkrümmer eintritt. Die große Nähe des hydrolysierenden Katalysators dient dazu, die Gesamtproduktion von NH₃ zu erhöhen, indem HNCO in NH₃ umgewandelt wird. Das Steuergerät 12 regelt die Temperatur des Heizelements durch Lieferung eines PWM-Signals mit verschiedenen Einschaltzyklen. Der Einschaltzyklus des PWM-Steuersignals an das Heizelement wird aufgrund einer abgespeicherten Tabelle basierend auf Betriebsbedingungen festgelegt, um die gewünschte Heizelementtemperatur für ein optimales Verdampfen/Zerlegen des eingespritzten Harnstoffs zu erreichen. Die Mischeinheit 23 weist einen Reduktanteinlaß und einen Lufteinlaß sowie einen Auslaß 24 auf, der mit der Verdampfereinheit verbunden ist und über den eine Mischung aus Reduktant und Luft in das Gehäuse eingespritzt wird und anschließend mit der Oberfläche des Heizelements 22 in Kontakt kommt. Bei einem (nicht gezeigten) alternativen Ausführungsbeispiel können sowohl Luft als auch Reduktant durch einen einzelnen Einlaß eingespritzt werden. Das Reduktant wird durch eine Pumpe über ein Steuerventil dosiert, wobei sowohl die Pumpe als auch das Ventil durch das Steuergerät 22 gesteuert werden. Die Luftpumpe 25 liefert Druckluft an die Mischeinheit 23, wodurch eine Mischung von Reduktant und Luft geschaffen wird. Der Auslaß 24 ist so ausgebildet, daß er die Reduktant- und Luftmischung zu mehr als einer Fläche auf der Oberfläche des Heizelements führt. Das Steuergerät 12 kann abhängig von Betriebsbedingungen, wie z.B. Mo tordrehzahl, Motorlast, Abgastemperatur usw., wahlweise die Einspritzung der Mischung in diese Bereiche aktivieren und deaktivieren. Beispielsweise kann es, wenn die erforderliche Reduktantmenge groß ist, wie z.B. bei Zuständen hoher Last, notwendig sein, die Zuführung der Reduktant- und Luftmischung zu mehr als einem Bereich auf der Oberfläche des Heizelements zu aktivieren. Alternativ kann der Auslaß 24 so konfiguriert sein, daß er die Reduktant- und Luftmischung zu einem bestimmten Bereich auf der Oberfläche des Heizelements führt.
3B zeigt eine alternative Konstruktion des Heizelementgehäuses. Wie in der Das Heizelement wird von einem Zuführrohr umschlossen, dessen Innendurchmesser groß genug ist, um das Heizelement aufzunehmen. Das Zuführrohr weist einen engen, in dasselbe gebohrten Kanal auf, der als Durchlaß für die Luft- und Reduktantmischung dient. Die Luft- und Reduktantmischung wird in den engen Kanal eingespritzt und wird durch die durch das eingeschlossene Heizelement gelieferte Hitze rasch verdampft, ohne in direkten Kontakt mit seiner Oberfläche zu kommen. Bei dieser Ausführungsform wird die Lebensdauer des Heizelements weiter verbessert, da die Reduktant- und Luftmischung niemals in direkten Kontakt mit seiner Oberfläche kommt, und somit treten Lack- und Rußablagerungen nicht auf. Das Zuführrohr weist an seinem Ende eine oder mehrere Öffnungen auf, durch die die verdampfte Reduktant- und Luftmischung in den Auspuffkrümmer eintritt.
3C zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des in 3B gezeigten Heizelementgehäuses, bei dem ein poröser oxidierender katalytischer Einsatz am Kopf des Zuführrohrs angeordnet wird, und eine oder mehrere Öffnungen werden in das Zuführrohr längs seiner Länge gebohrt und mit porösem katalytischen Material verschlossen, um die NH₃-Erzeugung zu vereinfachen.
Unter Bezugnahme auf 4 wird nunmehr eine beispielhafte Routine für die Regenerierung des SCR-Katalysators nach der vorliegenden Erfindung vorgestellt. Wie für den Fachmann leicht erkennbar ist, kann die Routine eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie z.B. ereignisgetriebene, unterbrechungsgetriebene, Multi-Tasking-, Multi-Threading- und ähnli che Strategien darstellen. Entsprechend können verschiedene dargestellte Schritte oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel ausgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Analog muß die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt eingehalten werden, um die Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung zu erreichen, diese werden lediglich für Zwecke der Erläuterung und Beschreibung geliefert. Obwohl dies nicht ausdrücklich dargestellt wurde, wird der Fachmann erkennen, daß einer oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen abhängig von der besonderen jeweils genutzten Strategie mehrfach ausgeführt werden können.
Zunächst wird im Schritt 100 der NO_x-Umwandlungswirkungsgrad des Katalysators entsprechend der folgenden Gleichung geschätzt.
Als nächstes wird im Schritt 200 η_NO _x mit einem Basisumwandlungswirkungsgrad η_base verglichen, um festzustellen, ob die SCR-Katalysatorleistung nachgelassen hat. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Entscheidung über die SCR-Regenerierung auf der Grundlage der Anzahl der gefahrenen Kilometer, der Anzahl von Kaltstarts oder einer geschätzten Gesamtmenge von HC im dem SCR-Katalysator seit der letzten Regenerierung zugeführten Gas erfolgen, womit das Erfordernis von NO_x-Sensoren stromauf und stromab des SCR-Katalysators entfällt. Lautet die Antwort im Schritt 200 NEIN, ist die Katalysatorleistung nicht beeinträchtigt, und die Routine endet. Lautet die Antwort im Schritt 200 JA, d.h. die Katalysatorleistung ist beeinträchtigt, geht die Routine weiter um Schritt 300, bei dem die Temperatur des SCR-Katalysators über eine Regenerierungstemperatur T_reg erhöht wird. Die Regenerierungstemperatur kann auf den Siedepunkt von Kohlenwasserstoffen oder auf die Temperatur gesetzt werden, bei der Ruß durch Reagieren mit NO_x oder Sauerstoff in der in den SCR-Katalysator eintretenden Abgasmischung oxidiert wird. Die Erhöhung der Temperatur kann beispielsweise durch Schaffen einer exothermen Reaktion im Oxidationskatalysator durch Einspritzen einer vorbestimmten Menge von Kohlenwasserstoffen oder durch motorbezogene Maßnahmen, wie z.B. Verstellung des Zündzeitpunktes nach spät, Erhöhung der Abgasrückführung, Schließen einer Ansaugdrosselklappe, oder mittels eines elektrischen Heizgerätes erreicht werden. Die Gesamtmenge an Reduktant und die Dauer der Einspritzung, welche erforderlich sind, um die Katalysatortemperatur auf die gewünschte Temperatur zu erhöhen und während einer ausreichenden Zeitdauer bei der genannten Temperatur zu halten, um die Regenerierung abzuschließen, kann aufgrund eines abgespeicherten Kennfeldes bestimmt werden, das auf Motorbetriebsbedingungen, wie z.B. Motordrehzahl, Motorlast, Katalysatortemperatur, Abgastemperatur, Kühlmitteltemperatur oder einem beliebigen anderen Faktor beruht, von dem der Fachmann weiß, daß er die Menge von Kohlenwasserstoffen beeinflußt, welche erforderlich ist, die gewünschte exotherme Reaktion für eine gewünschte Zeitdauer zu schaffen. Während die SCR-Regenerierung läuft, wird die Menge von Reduktant, die während des normalen Betriebs in den SCR-Katalysator eingespritzt wird, angepaßt, da bei den Regenerierungstemperaturen weniger Ablagerung von Ammoniak im SCR-Katalysator entsteht. Nachdem die Regenerierung abgeschlossen ist, geht die Routine weiter zum Schritt 400, bei dem der SCR-Katalysator auf einen normalen Temperaturbereich beispielsweise durch Absenken oder Unterbrechen der Kohlenwasserstoffeinspritzung in den Oxidationskatalysator oder durch Veränderung von Motorparametern, wie z.B. Verstellung des Zündzeitpunktes nach früh, abgekühlt wird. Als nächstes wird im Schritt 500 die Menge des in den SCR-Katalysator eingespritzten Reduktants angepaßt, um das Ammoniak aufzufüllen, das von den SCR-Katalysatorspeicherorten aufgrund der Regenerierung freigesetzt wurde. Motorbetriebsbedingungen, wie z.B. Drehzahl, Last, Katalysatortemperatur, Luftmassendurchsatz usw., werden evaluiert, um eine Zusatzmenge von Ammoniak zu ermitteln, die in den SCR-Katalysator über die anfängliche Menge von Ammoniak einzuspritzen ist, welche erforderlich ist, im SCR-Katalysator NO_x kontinuierlich zu reduzieren. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Ammoniak-Einspritzmenge kontinuierlich als Funktion der SCR-Katalysatortemperatur angepaßt werden, so daß bei Regenerierungstemperaturen weniger oder kein Ammoniak eingespritzt wird und die Menge der Einspritzung progressiv in dem Maße zunimmt, wie die Temperatur des Katalysators im Anschluß an die Regenerierung abfällt. Auf diese Weise stellt die kontinuierliche Einspritzung in dem Maße, wie Kohlenwasserstoff und Ruß durch den Regenerierungsprozeß aus den SCR-Katalysatorspeicherorten desorbiert werden, Ammoniakeinlagerung an den betreffenden Speicherorten sicher, womit der NO_x-Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators optimiert wird. Die Änderung bei der Menge des eingespritzten Ammoniaks wird in dem Maße, wie sich die Katalysatortemperatur ändert, durch die Katalysatorchemie ebenso geregelt wie durch Motorbetriebsparameter, und kann aufgrund einer kalibrierbaren Tabelle bestimmt werden.
Demzufolge ist es erfindungsgemäß möglich, den NO_x-Umwandlungswirkungsgrad eines SCR-Katalysators durch Entfernen von eingelagerten Schadstoffen, wie z.B. Kohlenwasserstoffen und Ruß, aus seinen Speicherorten zu verbessern. Dies kann durch einen Regenerierungsprozeß erreicht werden, bei dem die Temperatur des Katalysators während einer ausreichenden Zeitdauer oberhalb einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird, um absorbierte Kohlenwasserstoffe abzulösen und Rußablagerungen zu beseitigen. Des weiteren verbessert eine Übereinspritzung von Ammoniak zur Auffüllung von eingelagertem Ammoniak, das während des Regenerierungsprozesses aus dem Katalysator freigesetzt wurde, den NO_x-Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators weiter.
Damit ist die Beschreibung der Erfindung abgeschlossen. Ihre Lektüre durch den Fachmann führt zur Entdeckung zahlreicher Änderungen und Modifizierungen, ohne Geist und Rahmen der Erfindung zu verlassen. Demzufolge ist beabsichtigt, daß der Rahmen der Erfindung durch die nachstehenden Patentansprüche definiert wird.

Claims

Verfahren für die Regenerierung eines stromab eines Innenverbrennungsmotors angeschlossenen SCR-Katalysators, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt: Lieferung einer Anzeige, daß der SCR-Katalysator regeneriert werden sollte, um Schadstoffe zu entfernen, als Reaktion auf die genannte Anzeige Regenerieren des SCR-Katalysators durch Betreiben desselben während eines vorbestimmten Intervalls oberhalb einer vorbestimmten Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anzeige der Regenerierung auf einem NO_x-Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Intervall ein Zeitintervall ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Schadstoffe Kohlenwasserstoff umfassen.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Schadstoffe des weiteren Ruß umfassen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Zeitintervall ungefähr 60 Sekunden dauert.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Zeitintervall ungefähr 10 Minuten dauert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte vorbestimmte Temperatur bei ungefähr 400°C liegt.
Verfahren für die Steuerung einer stromab eines Innenverbrennungsmagermotors angeschlossenen Abgasnachbehandlungsvorrichtung, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt: einen ersten Betriebsmodus, bei dem die Vorrichtung während eines vorbestimmten Intervalls bei einer Temperatur oberhalb einer ersten Temperatur betrieben wird, um die Vorrichtung zu regenerieren; und einen zweiten Betriebsmodus, bei dem die Vorrichtung bei einer Temperatur unterhalb der genannten ersten Temperatur betrieben und einer in die Vorrichtung eintretenden Abgasmischung Reduktant hinzugefügt wird, um während der genannten Regenerierung aus der Vorrichtung freigesetztes Reduktant auszugleichen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasnachbehandlungsvorrichtung ein SCR-Katalysator ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Dieselmotor ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten gespeicherten Schadstoffe Kohlenwasserstoffe umfassen.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten gespeicherten Schadstoffe des weiteren Ruß umfassen.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Temperatur eine Siedetemperatur der genannten Kohlenwasserstoffe ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Temperatur eine Temperatur ist, bei der Ruß mit NO_x reagiert.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Temperatur eine Temperatur ist, bei der Ruß mit Sauerstoff reagiert.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Reduktant Ammoniak ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Intervall ein Zeitintervall ist.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Zeitintervall ungefähr 60 Sekunden dauert.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Temperatur bei ungefähr 400°C liegt.
Verfahren für die Steuerung einer stromab eines Innenverbrennungsmotors angeschlossenen Abgasnachbehandlungsvorrichtung, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt: Lieferung einer Anzeige, daß sich die Leistung der Vorrichtung verschlechtert hat, als Reaktion auf die genannte Anzeige Regenerieren der Vorrichtung durch Aufrechterhalten ihrer Temperatur während eines vorbestimmten Intervalls oberhalb einer vorbestimmten Temperatur, und Einspritzen einer vorbestimmten Reduktantmenge in die Vorrichtung, wodurch die Speicherung von Reduktant in der Vorrichtung bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Dieselmotor ist.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasnachbehandlungsvorrichtung ein SCR-Katalysator ist.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anzeige der verschlechterten Leistung aufgrund einer geschätzten Gesamtmenge einer seit dem letzten Regenerierungsvorgang in die Vorrichtung eintretenden Abgaskomponente geliefert wird.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Abgaskomponente Kohlenwasserstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Abgaskomponente NO_x ist.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anzeige der verschlechterten Leistung auf einem Signal aus einem stromab der Vorrichtung angeschlossenen NO_x-Sensor beruht.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anzeige der verschlechterten Leistung des weiteren auf einem Ausgangswert eines stromauf der Vorrichtung angeschlossenen NO_x-Sensor beruht.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anzeige der verschlechterten Leistung auf einer vom Fahrzeug zurückgelegten Gesamtstrecke basiert.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anzeige der verschlechterten Leistung auf einer Anzahl von Fahrzeugkaltstarts seit dem letzten Regenerierungsvorgang der Vorrichtung beruht.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte vorbestimmte Temperatur eine Siedetemperatur von Kohlenwasserstoffen ist.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Temperatur eine Temperatur ist, bei der Ruß mit NO_x reagiert.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Temperatur eine Temperatur ist, bei der Ruß mit Sauerstoff reagiert.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Reduktant Ammoniak ist.
System für die Steuerung eines Innenverbrennungsmagermotors, welches System dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt: einen ersten stromab vom Motor angeschlossenen Katalysator, bei dem eine Temperatur einer den genannten ersten Katalysator verlassenden Abgasmischung durch Anpassen einer Menge einer in den genannten ersten Katalysator eintretenden ersten Substanz geregelt wird, einen zweiten mit der genannten den genannten ersten Katalysator verlassenden Abgasmischung in Verbindung stehenden Katalysator, bei dem eine zweite Substanz in den genannten Katalysator eingeleitet wird, um eine Komponente der genannten Abgasmischung zu reduzieren, ein Steuergerät für die Lieferung einer Anzeige, daß sich die Fähigkeit des zweiten Katalysators, die genannte Abgaskomponente zu reduzieren, verschlechtert hat, als Reaktion auf die genannte Anzeige Anpassen einer Menge der genannten ersten in den genannten ersten Katalysator eintretenden Substanz, um die genannte Temperatur des austretenden Abgases während eines vorbestimmten Intervalls oberhalb eines vorbestimmten Wertes zu halten, wobei das Steuergerät im Anschluß daran eine Menge der genannten zweiten, in den genannten Katalysator eingeleiteten Substanz anpaßt, wodurch die Speicherung der genannten zweiten Substanz in dem genannten zweiten Katalysator bewirkt wird.
System nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte erste Katalysator ein Oxidationskatalysator ist.
System nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Substanz Kohlenwasserstoff ist.
System nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte zweite Vorrichtung ein SCR-Katalysator ist.
System nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte zweite Substanz Ammoniak ist.
System nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Abgaskomponente NO_x ist.
Verfahren für die Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems für Magermotoren für einen Innenverbrennungsmotor, welches System mindestens eine erste Vorrichtung und eine stromab von der ersten Vorrichtung angeschlossene zweite Vorrichtung aufweist, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt: Lieferung einer Anzeige, daß die zweite Vorrichtung beeinträchtigt ist, als Reaktion auf die genannte Anzeige Einleiten einer ersten Substanz in die erste Vorrichtung in der Weise, daß eine exotherme Reaktion auf die genannte Einleitung eine Temperatur der zweiten Vorrichtung während eines vorbestimmten Intervalls oberhalb einer vorbestimmten Temperatur hält, und Einleiten einer zweiten Substanz in die zweite Vorrichtung, wodurch die Speicherung eines Anteils der genannten zweiten Substanz in der genannten zweiten Vorrichtung bewirkt wird.
Verfahren für die Reduzierung einer Abgaskomponente einer durch einen Innenverbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges erzeugten Abgasmischung, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren umfaßt: Einleiten einer anfänglichen Menge von Reduktant in eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, welcher die durch den Motor erzeugte Abgasmischung zugeführt wird, wodurch die Abgaskomponente reduziert wird, Verringern der genannten anfänglichen Menge von während der Regenerierung der Vorrichtung in die genannte Abgasnachbehandlungsvorrichtung eingeleitetem Reduktant, und Erhöhen der genannten anfänglichen Menge von während eines vorbestimmten Intervalls im Anschluß an die genannte Regenerierung in die genannte Abgasnachbehandlungsvorrichtung eingeleitetem Reduktant, wodurch die Speicherung von Reduktant in der genannten Abgasnachbehandlungsvorrichtung bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Abgasnachbehandlungsvorrichtung ein SCR-Katalysator ist.
Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Reduktant Ammoniak ist.