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EP1079079A2 - Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors - Google Patents

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Publication number
EP1079079A2
EP1079079A2 EP00113356A EP00113356A EP1079079A2 EP 1079079 A2 EP1079079 A2 EP 1079079A2 EP 00113356 A EP00113356 A EP 00113356A EP 00113356 A EP00113356 A EP 00113356A EP 1079079 A2 EP1079079 A2 EP 1079079A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mode
diesel engine
exhaust gas
storage
catalytic converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP00113356A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1079079A3 (de
EP1079079B1 (de
Inventor
Holger Adler
Frank Dr. Duvinage
Stefan Dr. Kurze
Michael Lenz
Thomas Liebscher
Ulrich Merten
Norbert Ruzicka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1079079A2 publication Critical patent/EP1079079A2/de
Publication of EP1079079A3 publication Critical patent/EP1079079A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1079079B1 publication Critical patent/EP1079079B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0828—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
    • F01N3/0842—Nitrogen oxides
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    • F01N2240/16—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an electric heater, i.e. a resistance heater
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    • F01N2570/04—Sulfur or sulfur oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/32—Air-fuel ratio control in a diesel engine

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a Diesel engine with a storage catalytic converter in its exhaust line is arranged with the features of the preamble of Claim 1.
  • DE 197 50 226 C1 discloses a method of the type mentioned at the outset, in which a diesel engine, in whose exhaust tract a NO x storage catalytic converter is arranged, in an overstoichiometric operation (lean operation) and in a substoichiometric operation (rich operation ) can be operated.
  • a diesel engine in whose exhaust tract a NO x storage catalytic converter is arranged, in an overstoichiometric operation (lean operation) and in a substoichiometric operation (rich operation ) can be operated.
  • the NO x salts contained in its exhaust gases are stored in the NO x storage catalytic converter by adsorption.
  • this adsorption mode or storage mode a large part of the nitrogen oxides emitted by the diesel engine can be removed from the exhaust gas.
  • the diesel engine is switched to rich operation for a certain time, in which the unburned diesel fuel acts as a reducing agent for the NO x salts adsorbed in the NO x storage catalytic converter, which reduces the nitrogen oxides for desorption from the NO x storage catalytic converter , During this desorption operation or regeneration operation, the stored nitrogen oxides are removed from the NO x storage catalytic converter.
  • SO x sulfur oxides
  • SO x salts thermodynamically more stable and therefore have a higher chemical binding energy than the NO x salts (nitrates), with the result that a previously described regeneration process is sufficient to desorb the adsorbed nitrogen oxides, but not is sufficient to desorb the adsorbed sulfur oxides.
  • the sulfur oxides accumulate in the NO x storage catalytic converter over time, as a result of which the storage capacity of the NO x storage catalytic converter for nitrogen oxides gradually decreases.
  • the increasing accumulation of sulfur oxides in the NO x storage catalytic converter can lead to irreversible damage and is generally also referred to as Sulfur poisoning "of the NO x storage catalyst.
  • the present invention addresses the problem an operating method of the type mentioned in that regard to design that salts, z. B. sulfates, the are thermodynamically more stable than nitrates from which Storage catalyst can be desorbed.
  • the diesel engine in desalination mode permanently sub-stoichiometric, i.e. with ⁇ ⁇ 1, operated, then one between the diesel engine and the storage catalytic converter connected to the exhaust system Secondary air supply is switched on and off alternately.
  • the secondary air supply is switched off, Storage catalyst then that of the diesel engine in the generated substoichiometric operation, reducing effect Exhaust gas available while on Secondary air supply of the supplied oxygen to the exhaust gas Storage catalyst gives the desired oxidizing effect.
  • this points into the storage catalytic converter introduced exhaust gas-secondary air mixture superstoichiometric air-fuel ratio.
  • the temperature in the storage catalytic converter is during the Desalination mode preferably at least 500 to 600 ° C to the To support desalination.
  • the change is preferably made between reducing and oxidizing atmosphere in the Storage catalytic converter with a frequency of approximately 1 to 10 Hz instead of.
  • a temperature increase can be caused, for example, by a late fuel post-injection can be achieved.
  • the controller operates the diesel engine only after operation in the regeneration mode in the desalination mode, ie that desorption of salts with a relatively high chemical binding energy, such as. B. SO x , is only carried out if the salts with relatively low chemical binding energy, such as. B. NO x , have been desorbed from the storage catalyst. This procedure enables a particularly efficient desorption of the salts with a relatively high chemical binding energy.
  • an exhaust gas turbocharger 1 draws in fresh air on its compressor inlet side in accordance with arrow a.
  • another charging device for. B. a mechanical loader and / or a so-called
  • the sucked-in fresh air flows through a heat exchanger 2, which serves as charge air cooler, at a correspondingly increased pressure, and reaches a throttle point 3 in an intake line 4 of a diesel engine 10.
  • a throttle valve 5 is arranged, which via an actuator 6 can be actuated by an auxiliary actuator 7.
  • the fresh air first passes through a suction pipe 16 and then reaches an air collection chamber 8, from where it is fed to the combustion areas of the diesel engine 10 via separate inlet ducts 9.
  • Throttle valves 11 are arranged which, according to the exemplary embodiment, can be actuated by a servo-operated actuator 13 via a common actuator 12.
  • Downstream of the diesel engine 10 are those during combustion Exhaust gases formed in an exhaust gas collection chamber 14 with a Exhaust gas recirculation line 15, which in the intake manifold 16, d. H. here after the throttle 3 and before the air collection chamber 8 in the Air intake line 4 opens.
  • the exhaust gas recirculation line 15 upstream of the Throttle point 3 on the intake tract of the diesel engine 10 be connected.
  • an exhaust gas recirculation valve 17 arranged via an actuator 18 by an auxiliary operator Actuator 19 is actuated.
  • a heat exchanger 20 in heat exchange, so that optionally cooling of the recirculated exhaust gas is achieved can be.
  • the turbine inlet cross-section and / or the turbine Exhaust gas volume flow flowing through is by means of a Actuator 21 changeable by an auxiliary operator Actuator 22 is actuated.
  • a Actuator 21 changeable by an auxiliary operator Actuator 22 is actuated.
  • After flowing through the Turbine of the exhaust gas turbocharger 1 is the exhaust gas according to the Arrow b fed to an exhaust gas purification device 28, which in Fig. 1 shown by a broken line Frame is marked and described in more detail below becomes.
  • the diesel engine 10 is operated by an engine controller or Motor control 23 controlled or regulated, for which purpose this Lines with the corresponding units of the diesel engine 10 is connected. 1 is a line 24, for example shown, which the engine control with a Injection system 25 of the diesel engine 10 connects. Further Lines 34, 35, 36 and 37 connect the controller 23 to the Actuators 22, 13, 19 and 7.
  • the exhaust gas purification device 28 has an adsorber or storage catalytic converter 29, which is preferably designed as a NO x storage catalytic converter. Furthermore, the exhaust gas purification device 28 comprises an oxidation catalytic converter 30 arranged upstream or downstream of the NO x storage catalytic converter 29.
  • the two catalytic converters 29 and 30 are connected to one another by at least one possibly insulated pipe 31, which is, for example, air-gap or mat-insulated.
  • a first ⁇ probe 32 is arranged in the exhaust line of the diesel engine 10, which is connected to the controller 23 via a corresponding signal line 33.
  • a first temperature sensor 38 is arranged downstream of the storage catalytic converter 29 and is connected to the controller 23 via a signal line 39.
  • a second ⁇ probe 40 and a second temperature sensor 41 are arranged upstream of the storage catalytic converter 29, which likewise communicate with the controller 23 in a corresponding manner.
  • further ⁇ probes, not shown here, and temperature sensors can be accommodated in the exhaust line of the diesel engine 10.
  • at least one NO x sensor 42 is provided, which communicates with the exhaust line downstream of the storage catalytic converter 29 and is also connected to the controller 23.
  • a secondary air supply 43 can be provided be the fresh air via one to the exhaust line connected supply line 44 downstream of the diesel engine 10, here downstream of the turbocharger 1, and upstream of the Storage catalyst 29 introduces into the exhaust system.
  • the amount of secondary air supplied is controllable Feed valve 45 adjustable, via a corresponding Control line 46 is connected to the engine control 23.
  • the secondary air can, for example, from the pressure side of the Exhaust gas turbocharger 1 are branched.
  • the Secondary air is available in another suitable way be put.
  • the storage catalytic converter 29 can be equipped with a heating device 27 be equipped, which in Fig. 1 by one in the Storage catalyst symbolizes 29 integrated heating spiral is.
  • control according to the invention works as follows:
  • the controller 23 actuates the diesel engine 10 so that it is operated in a storage mode in which the diesel engine 10 operates in a stoichiometric manner. In such a lean operation, there is an excess of atmospheric oxygen for the combustion of the diesel fuel, so that ⁇ > 1 applies.
  • the diesel engine 10 is operated in its storage mode with ⁇ values from 1.3 to 10, the change in the ⁇ value being able to be implemented by varying the amount of fuel injected.
  • the exhaust gases of the diesel engine 10 are mainly salts with a relatively low chemical binding energy, usually NO x , and significantly fewer salts with a relatively high chemical binding energy, such as. B. SO x .
  • both the NO x salts and the SO x salts are adsorbed by the storage catalytic converter 29.
  • the storage capacity of the storage catalytic converter 29 decreases over time, so that the storage catalytic converter 29 must be regenerated.
  • the point in time at which such a regeneration has to be carried out can be determined using computing models or, for example, using the NO x sensor 42.
  • the controller 23 switches the actuation of the diesel engine 10 to a regeneration mode in which the diesel engine 10 works with a substoichiometric ratio of atmospheric oxygen and fuel.
  • this Fat operation "cannot completely burn the injected fuel in the diesel engine 10, so that unburned fuel is still contained in the exhaust gas.
  • the diesel engine 10 is operated in its regeneration mode, for example, with a ⁇ value of 0.85.
  • the unburned fuel in Exhaust gas serves as a reducing agent, so that the exhaust gas supplied to the storage catalytic converter 29 has a reducing effect, and the nitrates stored in the storage catalytic converter 29 can be desorbed and transported away due to this reducing atmosphere Since the sulfates have a higher chemical binding energy than the nitrates, they are thermodynamically more stable, so that during the denitrification or denitration in the regeneration mode there is virtually no desorption of the SO x salts, which are occupied by the sulfates However, the surface of the storage catalytic converter 29 is no longer available for storing the nitrates.
  • the controller 23 decides that desulfurization or desulfation of the NO x storage catalytic converter 29 must be carried out.
  • the controller 23 Before such a desulfation, the controller 23 first a denitration by the operation of the Diesel engine 10 is switched to the regeneration mode.
  • the controller 23 switches diesel engine operation either directly on one Desalination mode or initially back to storage mode and then to desalination mode.
  • this Desalination mode is the storage catalytic converter 29 alternately reducing exhaust gas and oxidizing exhaust gas fed.
  • the ⁇ values are always in fat mode in the desalination mode are greater than the ⁇ values in the rich mode of the Regeneration mode.
  • the ⁇ values are in the Lean operation of the desalination mode is always less than the ⁇ values in lean mode of storage mode.
  • To im Storage catalytic converter 29 can increase the temperature for example, the heating coil 27 can be activated.
  • it is possible through a targeted late post-injection of Fuel an increase in temperature in the exhaust system, to generate in particular in the storage catalytic converter 29.
  • the alternating one Alternation between oxidizing exhaust gas and reducing acting exhaust gas can be achieved in that the diesel engine 10 is operated permanently in the desalination mode, where alternately the secondary air supply 43 is switched on and is switched off. With secondary air supply switched on 43 is then so much atmospheric oxygen in the rich exhaust gas initiated that upstream of the storage catalyst 29th gives a lean exhaust gas composition.
  • This alternating reducing and oxidizing atmosphere at an overall elevated temperature in the storage catalytic converter 29 makes it possible to reduce the salts in the reduction phases and to oxidize them in the oxidation phases. Harmful secondary emissions, such as B. H 2 S can be avoided. It is clear that the storage catalytic converter 29 also has an oxidation and reduction function or reducing and oxidizing properties to some extent in order to implement the above-described reduction and oxidation processes.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für einen Dieselmotor, in dessen Abgasstrang ein Speicherkatalysator angeordnet ist, wobei die Steuerung einen Betrieb des Dieselmotors in einem Speichermodus ermöglicht, in dem aus dem Abgas des Dieselmotors NOx-Salze und SOx-Salze im Speicherkatalysator adsorbiert werden.
Um den Speicherkatalysator hinsichtlich der NOx-Salze zu regenerieren, ermöglicht die Steuerung einen Betrieb des Dieselmotors in einem Regenerationsmodus, in dem ein reduzierend wirkendes Abgas erzeugt wird, wodurch zumindest die NOx-Salze aus dem Speicherkatalysator desorbiert werden.
Um den Speicherkatalysator auch hinsichtlich der SOx-Salze zu regenerieren, ermöglicht die erfindungsgemäße Steuerung auch einen Betrieb des Dieselmotors in einem Entsalzungsmodus, in dem im Speicherkatalysator eine höhere Temperatur erzeugt wird als im Speichermodus und Regenerationsmodus und in dem abwechselnd ein reduzierend wirkendes Abgas und ein oxidierend wirkendes Abgas erzeugt wird, wodurch zumindest die SOx-Salze aus dem Speicherkatalysator desorbiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors, in dessen Abgasstrang ein Speicherkatalysator angeordnet ist, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus der DE 197 50 226 C1 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem ein Dieselmotor, in dessen Abgasstrang ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet ist, in einem überstöchiometrischen Betrieb (Mager-Betrieb) und in einem unterstöchiometrischen Betrieb (Fett-Betrieb) betrieben werden kann. Im Mager-Betrieb des Dieselmotors werden die in seinen Abgasen enthaltenen NOx-Salze im NOx-Speicherkatalysator durch Adsorption gespeichert. In diesem Adsorptionsbetrieb oder Speicherbetrieb kann ein Großteil der vom Dieselmotor emittierten Stickoxide aus dem Abgas entfernt werden. Zur Aufrechterhaltung der Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators ist es erforderlich, die gespeicherten Stickoxide wieder aus dem NOx-Speicherkatalysator zu entfernen. Zu diesem Zweck wird der Dieselmotor für eine bestimmte Zeit auf den Fett-Betrieb umgeschaltet, in dem der unverbrannte Dieselkraftstoff als Reduktionsmittel für die im NOx-Speicherkatalysator adsorbierten NOx-Salze wirkt, das die Stickoxide zur Desorption aus dem NOx-Speicherkatalysator reduziert. Während dieses Desorptionsbetriebs oder Regenerationsbetriebs werden die gespeicherten Stickoxide aus dem NOx-Speicherkatalysator entfernt.
Bei schwefelhaltigen Dieselkraftstoffen kommt es während des Mager-Betriebs des Dieselmotors neben der erwünschten Adsorption von Stickoxiden auch zu einer unerwünschten Adsorption von im Abgas enthaltenen Schwefeloxiden (SOx). Diese Schwefeloxide entstehen durch Verbrennung von im Dieselkraftstoff vorhandenen schwefelhaltigen Kohlenwasserstoffen und werden im Speicherkatalysator als SOx-Salze, insbesondere als Sulfat, gespeichert. Diese SOx-Salze (Sulfate) sind jedoch thermodynamisch stabiler und weisen daher eine höhere chemische Bindungsenergie auf als die NOx-Salze (Nitrate), mit der Folge, daß ein zuvor beschriebener Regenerationsvorgang zwar ausreicht, die adsorbierten Stickoxide zu desorbieren, jedoch nicht dazu ausreicht, die adsorbierten Schwefeloxide zu desorbieren. Auf diese Weise kommt es im Laufe der Zeit zu einer Anreicherung der Schwefeloxide im NOx-Speicherkatalysator, durch die die Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators für Stickoxide allmählich abnimmt. Die zunehmende Anreicherung von Schwefeloxiden im NOx-Speicherkatalysator kann bei diesem zu einer irreversiblen Schädigung führen und wird im allgemeinen auch als
Figure 00020001
Schwefelvergiftung" des NOx-Speicherkatalysators bezeichnet.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten, daß auch Salze, z. B. Sulfate, die thermodynamisch stabiler sind als Nitrate, aus dem Speicherkatalysator desorbiert werden können.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die erhöhte Temperatur ist es in Verbindung mit einem reduzierend wirkenden Abgas möglich, Salze mit relativ hoher chemischer Bindungsenergie, wie z. B. SOx, aus dem Speicherkatalysator zu desorbieren. Durch das oxidierend wirkende Abgas kann dann das desorbierte Salz oxidiert werden, so daß einerseits eine erneute Adsorption im Speicherkatalysator verhindert und andererseits die Ausbildung schädlicher Sekundärprodukte, wie z. B. H2S, vermieden werden kann. Es hat sich gezeigt, daß mit Hilfe des erfindungsgemäß durchgeführten Entsalzungsmodus eine effiziente Desulfatisierung eines NOx-Speicherkatalysators durchführbar ist, so daß eine Schwefelvergiftung des NOx-Speicherkatalysators verhindert werden kann.
Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform wird dadurch gebildet, daß der Dieselmotor im Entsalzungsmodus abwechselnd überstöchiometrisch, d. h. mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ>1, und unterstöchiometrisch, d. h. mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ<1 betrieben wird. Durch den überstöchiometrischen Betrieb wird das oxidierend wirkende Abgas erzeugt, während der unterstöchiometrische Betrieb das reduzierend wirkendes Abgas verursacht.
Alternativ zur vorgenannten Weiterbildung kann der Dieselmotor im Entsalzungsmodus permanent unterstöchiometrisch, also mit λ<1, betrieben werden, wobei dann eine zwischen dem Dieselmotor und dem Speicherkatalysator an den Abgasstrang angeschlossene Sekundärluftzuführung abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird. Bei ausgeschalteter Sekundärluftzuführung steht im Speicherkatalysator dann das vom Dieselmotor im unterstöchiometrischen Betrieb erzeugte, reduzierend wirkende Abgas zur Verfügung, während bei eingeschalteter Sekundärluftzuführung der zugeführte Sauerstoff dem Abgas im Speicherkatalysator die erwünschte oxidierende Wirkung gibt. Insbesondere weist dann das in den Speicherkatalysator eingeleitete Abgas-Sekundärluft-Gemisch ein überstöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf.
Als besonders vorteilhaft hat sich bei einem Dieselmotor, der im Speichermodus überstöchiometrisch mit λ-Werten > 1 betrieben wird, eine Ausführungsform herausgestellt, bei der die λ-Werte im Entsalzungsmodus stets kleiner sind als im Speichermodus. Ein mager betriebener Dieselmotor arbeitet üblicherweise mit λ-Werten von 1,3 bis 10. Im Unterschied dazu bewirkt die erfindungsgemäße Steuerung im Entsalzungsmodus einen Betrieb mit λ-Werten < 1,3. Vorzugsweise arbeitet der erfindungsgemäß ausgestaltete Dieselmotor im Entsalzungsmodus mit λ-Werten < 1,1, insbesondere ≤ 1,05, z.B. λ = 1,03.
Bei einem Dieselmotor, der im Regenerationsmodus unterstöchiometrisch, d. h. mit λ < 1, betrieben wird, betätigt die erfindungsgemäße Steuerung den Dieselmotor im Entsalzungsmodus so, daß die λ-Werte stets größer sind als im Regenerationsmodus des Dieselmotors. Zur Denitratisierung arbeiten herkömmliche Dieselmotoren im Regenerationsbetrieb mit λ-Werten von 0,75 bis 0,85. Im Unterschied dazu betätigt die erfindungsgemäße Steuerung den Dieselmotor so, daß dieser im Entsalzungsmodus λ-Werte aufweist, die stets größer sind als 0,85. Vorzugsweise arbeitet der erfindungsgemäß betätigte Dieselmotor im Entsalzungsmodus mit λ-Werten ≥ 0,88, insbesondere mit λ ≥ 0,9, z.B. λ = 0,97.
Wenn die erfindungsgemäße Steuerung den Dieselmotor im Entsalzungsmodus betreibt, erfolgt somit vorzugsweise ein permanenter Wechsel von Betriebsphasen mit etwa λ = 1,05 und etwa λ = 0,95. Es hat sich gezeigt, daß ein derartiger Betrieb mit λ-Sprüngen um den stöchiometrischen Betriebspunkt (λ=1) besonders vorteilhaft ist für die Durchführung einer Entsalzung, insbesondere einer Desulfatisierung.
Die Temperatur im Speicherkatalysator beträgt während des Entsalzungsmodus vorzugsweise mindestens 500 bis 600°C, um die Entsalzung zu unterstützen. Vorzugsweise findet der Wechsel zwischen reduzierender und oxidierender Atmosphäre im Speicherkatalysator mit einer Frequenz von etwa 1 bis 10 Hz statt. Eine Temperaturerhöhung kann beispielsweise durch eine späte Kraftstoff-Nacheinspritzung erreicht werden.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Steuerung den Dieselmotor nur im Anschluß an einen Betrieb im Regenerationsmodus im Entsalzungsmodus betreibt, d. h., daß eine Desorption von Salzen mit relativ hoher chemischer Bindungsenergie, wie z. B. SOx, erst dann durchgeführt wird, wenn zuvor die Salze mit relativ niedriger chemischer Bindungsenergie, wie z. B. NOx, aus dem Speicherkatalysator desorbiert worden sind. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine besonders effiziente Desorption der Salze mit relativ hoher chemischer Bindungsenergie.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmalen nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann.
    • Entsprechend Fig. 1 saugt ein Abgasturbolader 1 auf seiner Verdichtereintrittsseite Frischluft entsprechend dem Pfeil a an. Anstelle eines Abgasturboladers 1 kann auch eine andere Aufladeeinrichtung, z. B. ein mechanischer Lader und/oder ein sogenannter Booster", verwendet werden. Die angesaugte Frischluft durchströmt bei entsprechend erhöhtem Druck einen Wärmetauscher 2, der als Ladeluftkühler dient, und erreicht eine Drosselstelle 3 in einer Ansaugleitung 4 eines Dieselmotors 10. In der Drosselstelle 3 ist eine Drosselklappe 5 angeordnet, die über ein Stellglied 6 von einem hilfskraftbetätigten Stellantrieb 7 betätigbar ist. Nach der Drosselstelle 3 durchquert die Frischluft zunächst ein Saugrohr 16 und erreicht dann eine Luftsammelkammer 8, von wo aus sie über separate Einlaßkanäle 9 den Brennbereichen des Dieselmotors 10 zugeführt wird. In den Einlaßkanälen 9 sind jeweils einzelne Drosselklappen 11 angeordnet, die entsprechend dem Ausführungsbeispiel über ein gemeinsames Stellglied 12 von einem hilfskraftbetätigten Stellantrieb 13 betätigbar sind.
    Stromab des Dieselmotors 10 werden die während der Verbrennung gebildeten Abgase in einer Abgassammelkammer 14 mit einer Abgasrückführungsleitung 15, die im Saugrohr 16, d. h. hier nach der Drosselstelle 3 und vor der Luftsammelkammer 8 in der Luftansaugleitung 4 mündet. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Abgasrückführungsleitung 15 auch stromauf der Drosselstelle 3 an den Ansaugtrakt des Dieselmotors 10 angeschlossen sein.
    Im Mündungsbereich der Abgasrückführungsleitung 15 ist im Saugrohr 16 ein Abgasrückführungsventil 17 angeordnet, das über ein Stellglied 18 von einem hilfskraftbetätigten Stellantrieb 19 betätigbar ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel steht die Abgasrückführungsleitung 15 mit einem Wärmetauscher 20 im Wärmeaustausch, so daß gegebenenfalls eine Kühlung des rückgeführten Abgases erreicht werden kann.
    Der Turbineneintrittsquerschnitt und/oder der die Turbine durchströmende Abgasvolumenstrom ist mit Hilfe eines Stellglieds 21 veränderbar, das von einem hilfskraftbetätigten Stellantrieb 22 betätigbar ist. Nach dem Durchströmen der Turbine des Abgasturboladers 1 wird das Abgas entsprechend dem Pfeil b einer Abgasreinigungseinrichtung 28 zugeleitet, die in Fig. 1 durch einen mit unterbrochenen Linien dargestellten Rahmen gekennzeichnet ist und weiter unten genauer beschrieben wird.
    Der Dieselmotor 10 wird von einer Motorsteuerung oder Motorregelung 23 gesteuert bzw. geregelt, wozu diese über Leitungen mit den entsprechenden Aggregaten des Dieselmotors 10 verbunden ist. Beispielsweise ist in Fig. 1 eine Leitung 24 dargestellt, welche die Motorsteuerung mit einer Einspritzanlage 25 des Dieselmotors 10 verbindet. Weitere Leitungen 34, 35, 36 und 37 verbinden die Steuerung 23 mit den Stellantrieben 22, 13, 19 und 7.
    Die Abgasreinigungseinrichtung 28 weist einen Adsorber- bzw. Speicherkatalysator 29 auf, der vorzugsweise als NOx-Speicherkatalysator ausgebildet ist. Des weiteren umfaßt die Abgasreinigungseinrichtung 28 einen stromauf oder stromab des NOx-Speicherkatalysators 29 angeordneten Oxidationskatalysator 30. Die beiden Katalysatoren 29 und 30 sind durch wenigstens ein unter Umständen wärmeisoliertes Rohr 31 miteinander verbunden, das beispielsweise luftspalt- oder mattenisoliert ist. Stromab des Speicherkatalysators 29 ist eine erste λ-Sonde 32 im Abgasstrang des Dieselmotors 10 angeordnet, die über eine entsprechende Signalleitung 33 mit der Steuerung 23 verbunden ist. Des weiteren ist stromab des Speicherkatalysators 29 ein erster Temperatursensor 38 angeordnet, der über eine Signalleitung 39 an die Steuerung 23 angeschlossen ist. Außerdem ist stromauf des Speicherkatalysators 29 eine zweite λ-Sonde 40 sowie ein zweiter Temperatursensor 41 angeordnet, die ebenfalls in entsprechender Weise mit der Steuerung 23 kommunizieren. Zusätzlich können weitere, hier nicht dargestellte λ-Sonden und Temperatursensoren im Abgasstrang des Dieselmotors 10 untergebracht sein. Außerdem ist wenigstens ein NOx-Sensor 42 vorgesehen, der hier stromab des Speicherkatalysators 29 mit dem Abgasstrang kommuniziert und ebenfalls mit der Steuerung 23 verbunden ist.
    Des weiteren kann eine Sekundärluftzuführung 43 vorgesehen sein, die Frischluft über eine an den Abgasstrang angeschlossene Zuführungsleitung 44 stromab des Dieselmotors 10, hier stromab des Turboladers 1, und stromauf des Speicherkatalysators 29 in den Abgasstrang einleitet. Die Menge der zugeführten Sekundärluft ist über ein steuerbares Zuführungsventil 45 einstellbar, das über eine entsprechende Steuerleitung 46 an die Motorsteuerung 23 angeschlossen ist. Die Sekundärluft kann beispielsweise von der Druckseite des Abgasturboladers 1 abgezweigt werden. Ebenso kann die Sekundärluft auf eine andere geeignete Weise zur Verfügung gestellt werden.
    Der Speicherkatalysator 29 kann mit einer Heizeinrichtung 27 ausgestattet sein, die in Fig. 1 durch eine in den Speicherkatalysator 29 integrierte Heizspirale symbolisiert ist.
    Die erfindungsgernäße Steuerung arbeitet wie folgt:
    Für einen normalen Betrieb des Dieselmotors 10 betätigt die Steuerung 23 den Dieselmotor 10 so, daß er in einem Speichermodus betrieben wird, in dem der Dieselmotor 10 überstöchiometrisch arbeitet. In einem derartigen Mager-Betrieb herrscht somit für die Verbrennung des Dieselkraftstoffs ein Überschuß an Luftsauerstoff, so daß λ>1 gilt. Der Dieselmotor 10 wird in seinem Speichermodus mit λ-Werten von 1,3 bis 10 betrieben, wobei die Veränderung des λ-Werts durch Variieren der eingespritzten Kraftstoffmenge realisiert werden kann. In den Abgasen des Dieselmotors 10 sind hauptsächlich Salze mit relativ niedriger chemischer Bindungsenergie, in der Regel NOx, sowie deutlich weniger Salze mit relativ hoher chemischer Bindungsenergie, wie z. B. SOx. Beim Durchströmen des NOx-Speicherkatalysators 29 werden sowohl die NOx-Salze als auch die SOx-Salze vom Speicherkatalysator 29 adsorbiert. Im Laufe der Zeit läßt die Speicherkapazität des Speicherkatalysators 29 nach, so daß eine Regeneration des Speicherkatalysators 29 durchgeführt werden muß. Der Zeitpunkt, zu dem eine derartige Regeneration durchgeführt werden muß, kann mittels Rechenmodellen oder beispielsweise mit Hilfe des NOx-Sensors 42 bestimmt werden.
    Zur Durchführung einer Regeneration schaltet die Steuerung 23 die Betätigung des Dieselmotors 10 auf einen Regenerationsmodus um, in dem der Dieselmotor 10 mit einem unterstöchiometrischen Verhältnis von Luftsauerstoff und Kraftstoff arbeitet. In diesem Fett-Betrieb" kann im Dieselmotor 10 keine vollständige Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs realisiert werden, so daß im Abgas noch unverbrannter Kraftstoff enthalten ist. Der Dieselmotor 10 wird in seinem Regenerationsmodus beispielsweise mit einem λ-Wert von 0,85 betrieben. Der unverbrannte Kraftstoff im Abgas dient als Reduktionsmittel, so daß das dem Speicherkatalysator 29 zugeführte Abgas reduzierend wirkt. Aufgrund dieser reduzierenden Atmosphäre können die im Speicherkatalysator 29 gespeicherten Nitrate desorbiert und wegtransportiert werden. Der Regenerationsmodus wird dabei so lange betrieben, bis die im Speicherkatalysator 29 adsorbierten Nitrate nahezu vollständig desorbiert sind. Da die Sulfate relativ zu den Nitraten eine höhere chemische Bindungsenergie aufweisen, sind sie thermodynamisch stabiler, so daß während der Entstickung oder Denitratisierung im Regenerationsmodus so gut wie keine Desorption der SOx-Salze stattfindet. Die von den Sulfaten besetzte Oberfläche des Speicherkatalysators 29 steht jedoch zur Speicherung der Nitrate nicht mehr zur Verfügung. Im Laufe der Zeit reichern sich die Salze mit relativ hoher chemischer Bindungsenergie, also in der Regel die Sulfate, im Speicherkatalysator 29 mehr und mehr an, wodurch dessen NOx-Speicherfähigkeit mehr und mehr abnimmt. Ab einem bestimmten Schwellenwert entscheidet die Steuerung 23, daß eine Entschwefelung oder Desulfatisierung des NOx-Speicherkatalysators 29 durchgeführt werden muß.
    Vor einer solchen Desulfatisierung veranlaßt die Steuerung 23 zunächst eine Denitratisierung, indem der Betrieb des Dieselmotors 10 auf den Regenerationsmodus umgeschaltet wird.
    Nach Beendigung der Denitratisierung schaltet die Steuerung 23 den Dieselmotorbetrieb entweder direkt auf einen Entsalzungsmodus oder zunächst wieder auf den Speichermodus und anschließend auf den Entsalzungsmodus um. In diesem Entsalzungsmodus wird dem Speicherkatalysator 29 abwechselnd reduzierend wirkendes Abgas und oxidierend wirkendes Abgas zugeführt.
    In einer ersten Alternative erfolgt dieser alternierende Wechsel zwischen Reduktion und Oxidation dadurch, daß ständig zwischen einem Mager-Betrieb und einem Fett-Betrieb des Dieselmotors 10 umgeschaltet wird. Hierbei ist zu beachten, daß die λ-Werte im Fett-Betrieb des Entsalzungsmodus stets größer sind als die λ-Werte im Fett-Betrieb des Regenerationsmodus. Beispielsweise wird der Dieselmotor 10 in einer Fett-Betriebsphase des Entsalzungsmodus mit λ=0,88 oder 0,90 oder 0,97 betrieben. Des weiteren sind die λ-Werte im Mager-Betrieb des Entsalzungsmodus stets kleiner als die λ-Werte im Mager-Betrieb des Speichermodus. Beispielsweise arbeitet der Dieselmotor 10 in den Mager-Betriebsphasen des Entsalzungsmodus mit λ=1,1 oder 1,05 oder 1,03. Um im Speicherkatalysator 29 die Temperatur zu erhöhen, kann beispielsweise die Heizspirale 27 aktiviert werden. Ebenso ist es möglich, durch eine gezielte späte Nacheinspritzung von Kraftstoff eine Temperaturerhöhung im Abgasstrang, insbesondere im Speicherkatalysator 29, zu erzeugen.
    Entsprechend einer zweiten Alternative kann der alternierende Wechsel zwischen oxidierend wirkendem Abgas und reduzierend wirkendem Abgas dadurch erreicht werden, daß der Dieselmotor 10 im Entsalzungsmodus permanent fett betrieben wird, wobei abwechselnd die Sekundärluftzuführung 43 eingeschaltet und abgeschaltet wird. Bei eingeschalteter Sekundärluftzuführung 43 wird dann so viel Luftsauerstoff in das fette Abgas eingeleitet, daß sich stromauf des Speicherkatalysators 29 eine magere Abgaszusammensetzung ergibt.
    Durch diese abwechselnd reduzierend und oxidierend wirkende Atmosphäre bei insgesamt erhöhter Temperatur im Speicherkatalysator 29 gelingt es, in den Reduktionsphasen die Salze zu reduzieren und in den Oxidationsphasen zu oxidieren. Schädliche Sekundäremissionen, wie z. B. H2S, können dadurch vermieden werden. Es ist klar, daß der Speicherkatalysator 29 zur Realisierung der vorbeschriebenen Reduktions- und Oxidationsvorgänge in gewisser Weise auch eine Oxidations- und Reduktionsfunktion bzw. reduzierende und oxidierende Eigenschaften aufweist.

    Claims (10)

    1. Steuerung für einen Dieselmotor (10), in dessen Abgasstrang ein Speicherkatalysator (29) angeordnet ist,
      wobei die Steuerung einen Betrieb des Dieselmotors (10) in einem Speichermodus ermöglicht, in dem aus dem Abgas des Dieselmotors (10) erste Salze mit relativ niedriger chemischer Bindungsenergie, z. B. NOx, und zweite Salze mit relativ hoher chemischer Bindungsenergie, z. B. SOx, im Speicherkatalysator (29) adsorbiert werden,
      wobei die Steuerung (23) einen Betrieb des Dieselmotors (10) in einem Regenerationsmodus ermöglicht, in dem ein reduzierend wirkendes Abgas erzeugt wird, wodurch zumindest die ersten Salze aus dem Speicherkatalysator (29) desorbiert werden,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Steuerung (23) einen Betrieb des Dieselmotors (10) in einem Entsalzungsmodus ermöglicht, in dem im Speicherkatalysator (29) eine höhere Temperatur erzeugt wird als im Speichermodus und im Regenerationsmodus und in dem abwechselnd ein reduzierend wirkendes Abgas und ein oxidierend wirkendes Abgas erzeugt werden, wodurch zumindest die zweiten Salze aus dem Speicherkatalysator (29) desorbiert werden.
    2. Motorsteuerung nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Dieselmotor (10) im Entsalzungsmodus abwechselnd überstöchiometrisch (λ>1) und unterstöchiometrisch (λ<1) betrieben wird.
    3. Motorsteuerung nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Dieselmotor (10) im Entsalzungsmodus unterstöchiometrisch (λ<1) betrieben wird, wobei eine zwischen Dieselmotor (10) und Speicherkatalysator (29) an den Abgasstrang angeschlossene Sekundärluftzuführung (43) abwechselnd eingeschaltet und ausgeschaltet wird.
    4. Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Dieselmotor (10) im Speichermodus überstöchiometrisch (λ>1) betrieben wird und daß die λ-Werte im Entsalzungsmodus stets kleiner sind als im Speichermodus.
    5. Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die λ-Werte im Entsalzungsmodus stets kleiner sind als 1,3.
    6. Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Dieselmotor (10) im Regenerationsmodus unterstöchiometrisch (λ<1) betrieben wird und daß die λ-Werte im Entsalzungsmodus stets größer sind als im Regenerationsmodus.
    7. Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die λ-Werte im Entsalzungsmodus stets größer sind als 0,85.
    8. Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß im Entsalzungsmodus mit einer Frequenz von etwa 1 bis 10 Hz zwischen den reduzierend wirkenden Abgasen und den oxidierend wirkenden Abgasen umgeschaltet wird.
    9. Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Temperatur im Speicherkatalysator (29) während des Entsalzungsmodus größer ist als 500°C.
    10. Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Dieselmotor (10) nur im Anschluß an einen Betrieb im Regenerationsmodus im Entsalzungsmodus betrieben wird.
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