DE10023793B4

DE10023793B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Entschwefelung einer Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10023793B4
Application number: DE10023793A
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Pott
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2020-05-16
Also published as: DE10023793A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Entschwefelung mindestens einer in einem Abgastrakt (12) einer Verbrennungskraftmaschine (10) angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung (16), wobei die mindestens eine Abgasreinigungsvorrichtung (16) nach Feststellung einer Entschwefelungsnotwendigkeit mit einer Mindesttemperatur und zumindest zeitweise mit einer stöchiometrischen oder fetten Abgasatmosphäre beaufschlagt wird, und wobei ein Gehalt mindestens einer schwefelhaltigen Komponente des Abgases aus einem von mindestens einer schwefelempfindlichen Messeinrichtung (22) bereitgestellten Signal bestimmt wird und die Entschwefelung der Abgasreinigungsvorrichtung in Abhängigkeit des Gehaltes der mindestens einen schwefelhaltigen Komponente des Abgases gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das von der schwefelempfindlichen Messeinrichtung (22) bereitgestellte Signal in einem mit einer Temperiervorrichtung (24) ausgestatteten Bypass (20) des Abgastraktes (12) und/oder des Kraftstoffsystems erfasst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Steuerung einer Entschwefelung mindestens einer in einem Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Es ist bekannt, dass NO_x-Absorber und NO_x-Speicherkatalysatoren eine Desaktivierung ihrer NO_x-Speicherfähigkeit durch unerwünschte Einlagerung von Schwefel in Form von Sulfat erfahren. Um ihre ursprüngliche NO_x-Speicherkapazität wiederherzustellen, werden NO_x-Absorber und NO_x-Speicherkatalysatoren in wiederkehrenden Abständen einer Entschwefelung unterzogen. Hierfür wird der Absorber beziehungsweise der Speicherkatalysator mit einer für die Entschwefelung erforderlichen Mindesttemperatur und mit einer stöchiometrischen bis fetten Abgasatmosphäre beaufschlagt, wobei das eingelagerte Sulfat hauptsächlich in Form von Schwefeldioxid SO₂ ausgetragen wird. Jedoch werden nicht nur NO_x-Speicherelemente durch schwefelhaltiges Abgas in ihrer Funktion beeinträchtigt, sondern auch Edelmetallkatalysatoren. So werden die Konvertierungsaktivitäten etwa von Oxidationskatalysatoren oder 3-Wege-Katalysatoren, aber auch von NO_x-Speicherkatalysatoren, mit wachsender Betriebsdauer vermutlich durch Edelmetallsulfidbildung zunehmend gemindert.
Da der Schwefelgehalt im Abgas bislang nicht direkt erfassbar ist, konnte der Schwefeleintrag in den genannten Abgasreinigungsvorrichtungen nur über indirekte Verfahren ermittelt werden. Beispielsweise wird eine Schwefelvergiftung eines NO_x-Speicherkatalysators über seine nachlassende NO_x-Speicheraktivität oder über einen modellierten Schwefeleintrag ermittelt. Beide Verfahren sind mit Nachteilen behaftet. Problematisch bei der Detektion einer nachlassenden NO_x-Speicheraktivität ist, dass nicht zwischen einer Desaktivierung durch Schwefelvergiftung und einer Desaktivierung durch irreversible Schädigungen unterschieden werden kann. Folglich werden Entschwefelungen mit einer unzureichenden Korrelation mit einer tatsächlichen Schwefelbeladung des NO_x-Speicherkatalysators durchgeführt, so dass auch dann entschwefelt wird, wenn der Hauptanteil des Aktivitätsverlustes nicht durch Schwefel, sondern durch thermische Schädigungen bedingt ist. Wird auf der anderen Seite die Schwefelbeladung durch Modellierung ermittelt, müssen die Berechnungen auf der Grundlage eines festen Schwefelgehaltes des Kraftstoffes, üblicherweise in Höhe der gesetzlich zulässigen Grenzwerte, durchgeführt werden. Wird in diesem Fall die Verbrennungskraftmaschine mit einem Kraftstoff niedrigeren Schwefelgehaltes betankt, werden die Entschwefelungen zu häufig durchgeführt. Die Folge ist ein erhöhter Kraftstoffverbrauch sowie eine unnötig hohe thermische Belastung des Katalysators. Wird dagegen hochschwefelhaltiger Kraftstoff verwendet, wird zu selten und unvollständig entschwefelt. Dies bewirkt eine vermehrte Emission von Schadstoffen sowie langfristig eine Schädigung von Speicher und Katalysator infolge irreversibler Schwefeleinlagerungen durch Sulfatkombildung. Genau wie der Schwefeleintrag ließ sich bislang auch der Schwefelaustrag während einer Entschwefelung nicht erfassen, so dass auch die Dauer einer Entschwefelung nicht auf den tatsächlichen Bedarf abgestimmt werden konnte.
Aus der EP 0 858 837 A2 ist ein Verfahren zur Entschwefelung eines einer Brennkraftmaschine nachgeschalteten No_x-Speicherkatalysators bekannt, bei dem nach Feststellung einer Entschwefelungsnotwendigkeit der Katalysator mit einer Mindesttemperatur und einem fetten Abgas beaufschlagt wird. Die Feststellung der Entschwefelungsnotwendigkeit erfolgt in Abhängigkeit von einem Schfefelgehalt des Kraftstoffes, welcher entweder mittels eines Schwefelsensors, der dem Speichkatalysator vorgeschaltet ist und den Schwefelgehalt des Abgases mitbestimmt werden kann oder aus einer vorgegebenen Tabelle ausgelesen wird. Über den Schwefelgehalt des Kraftstoffes sowie den kumulierten Kraftstoffverbrauch wird die Schwefelbeladung des Speicherkatalysators ermittelt und bei Überschreitung einer vorgegebenen maximalen Beladung die Entschwefelung ausgelöst. Ein ähnliches Verfahren wird in der JP 2000 045 753 A vorgeschrieben, außer dass dort der Schwefelsensor stromab des No_x-Speicherkatalysators angeordnet ist.
Die DE 197 81 739 T1 offenbart ebenfalls ein vergleichbares Verfahren, wobei zusätzlich ein Bestandteilerfassungssensor bzw. Schwefelsensor in einem Kraftstoffsystem der Verbrennungsmaschine angeordnet ist.
Die DE 197 53 718 C1 betrifft die Steuerung der Umschaltung zwischen Mager- und Fettbetrieb eines Dieselmotors zu Zwecken der No_x-Regeneration eines nachgeschalteten No_x-Speicherkatalysators. Zu diesem Zweck ist dem No_x-Speicherkatalysator jeweils ein No_x-Sensor vor- bzw. nachgeschaltet. Ein Verfahren zur Entschwefelung des No_x-Speicherkatalysators wird hier nicht beschrieben.
Die 31 12 218 A1 beschreibt eine Sonde zur Messung eines Schwefelgehalts in Materialien, beispielsweise geschmolzenen Metallen oder in Gasen. Eine Anwendung der Sonden in einem Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine oder in einem Kraftstoffsystem wird nicht beschrieben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, durch welches/welche eine Entschwefelung einer gattungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung mit hoher Genauigkeit auf den tatsächlichen Schwefelbeladungszustand abgestimmt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 11 gelöst. Bei dem Verfahren zur Steuerung einer Entschwefelung mindestens einer in einem Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung, wobei die mindestens eine Abgasreinigungsvorrichtung nach Feststellung einer Entschwefelungsnotwendigkeit mit einer Mindesttemperatur und zumindest zeitweise mit einer stöchiometrischen oder fetten Abgasatmosphäre beaufschlagt wird, und wobei ein Gehalt mindestens einer schwefelhaltigen Komponente des Abgases aus einem von mindestens einer schwefelempfindlichen Messeinrichtung bereitgestellten Signal bestimmt wird und die Entschwefelung der Abgasreinigungsvorrichtung in Abhängigkeit des Gehalts der mindestens einer schwefelhaltigen Komponente des Abgases gesteuert wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das von der schwefelempfindlichen Messeinrichtung bereitgestellte Signal in einem mit einer Temperiervorrichtung ausgestatteten Bypass des Abgastraktes und/oder des Kraftstoffsystems erfasst wird. Durch Anordnung der schwefelempfindlichen Messeinrichtung in dem Abgastrakt und/oder in dem Kraftstoffsystem lässt sich der Gehalt der mindestens einen schwefelhaltigen Abgaskomponente mit hoher Genauigkeit erfassen und die Entschwefelung der Abgasreinigungsvorrichtung exakt auf den tatsächlichen Bedarf abstimmen. Benötigt die Messeinrichtung eine gewisse Mindestarbeitstemperatur, ist ihre Anordnung in einem beheizbaren Bypass des Kraftstoffsystems sinnvoll. Der thermische Schutz einer im Abgastrakt angeordneten Messeinrichtung kann jedoch auch durch ihre Montage in einem mit einer Kühlvorrichtung ausgestattetem Bypass des Abgastraktes erreicht werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich die Entschwefelung aller Abgasreinigungsvorrichtungen steuern, die durch Schwefelein- oder -anlagerung beeinträchtigt werden. Dies sind vorzugsweise NO_x-Speicherkatalysatoren, NO_x-Absorber, Oxidationskatalysatoren und/oder 3-Wege-Katalysatoren.
Beispielsweise kann eine Entschwefelungsnotwendigkeit und/oder eine Entschwefelungsdauer in Abhängigkeit des Gehaltes der schwefelhaltigen Komponente bestimmt werden. Zu diesem Zweck ist die Messung von Schwefeldioxid SO₂, zu welchem schwefelhaltige Verbindungen des Kraftstoffes beim Verbrennungsprozss praktisch vollständig umgesetzt wird, sinnvoll. Das Verfahren kann ferner eingesetzt werden, um eine alternierende Mager-Fett-Beaufschlagung der Abgasreinigungsvorrichtung, die in bekannter Weise während der Entschwefelung von NO_x-Speicherkatalysatoren zur Unterdrückung einer H₂S-Emission eingesetzt wird, zu steuern. In diesem Fall ist die Erfassung der Konzentration von Schwefelwasserstoff H₂S stromab der Abgasreinigungsvorrichtung zweckmäßig.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird in Abhängigkeit eines stromauf der Abgasreinigungsvorrichtung bestimmten Gehaltes der mindestens einen schwefelhaltigen Komponente des Abgases und mittels eines Beladungsmodells eine Schwefelbeladung der Abgasreinigungsvorrichtung ermittelt und die Entschwefelungsnotwendigkeit anhand der Schwefelbeladung festgestellt. Dabei wird vorzugsweise durch Integration des Schwefelgehaltes beziehungsweise eines Schwefelmassenstroms zunächst eine Schwefelgesamtemission ermittelt und aus dieser anhand des Beladungsmodells, das im einfachsten Fall von einem 100%igen Wirkungsgrad der Schwefelspeicherung ausgeht, die Schwefelbeladung berechnet. In alternativen Ausgestaltungen wird die Entschwefelungsnotwendigkeit anhand eines stromab der Abgasreinigungsvorrichtung bestimmten Gehaltes der schwefelhaltigen Komponente, also eines Schwefeldurchbruchs, ermittelt. Die Bestimmung der Entschwefelungsnotwendigkeit wird noch genauer, wenn eine Differenz des stromauf und des stromab der Abgasreinigungsvorrichtung bestimmten Gehaltes der Komponente zugrunde gelegt wird.
Die Regenerationsdauer kann entweder anhand der ermittelten Schwefelbeladung bestimmt werden oder in Abhängigkeit eines während der Entschwefelung stromab der Abgasreinigungsvorrichtung bestimmten Gehaltes der mindestens einen schwefelhaltigen Komponente, vorzugsweise SO₂, gesteuert werden. Letztere Variante ermöglicht eine unmittelbare Verfolgung des Schwefelaustrags während der Entschwefelung und damit eine exakte Abstimmung der Entschwefelungsdauer auf den tatsächlichen Bedarf.
Der Gehalt der mindestens einen schwefelhaltigen Komponente an einem beliebigen Ort im Abgastrakt lässt sich in direkter Weise aus einem von einer an der entsprechenden Position des Abgastraktes angeordneten schwefelempfindlichen Messeinrichtung bereitgestellten Signal bestimmen. Hierfür ist lediglich die Kenntnis einer Kennlinie der Messeinrichtung erforderlich, welche die Höhe des Signals mit dem Gehalt beziehungsweise der Konzentration der Komponente korreliert. Für die Ermittlung des Gehaltes der schwefelhaltigen Komponente stromauf der Abgasreinigungsvorrichtung, also der Schwefelrohemission der Verbrennungskraftmaschine, besteht ferner die Möglichkeit, die schwefelempfindliche Messeinrichtung in einem Kraftstoffsystem, beispielsweise in einem Kraftstofftank oder einem Kraftstoffvorlauf oder -rücklauf einer Kraftstoffförderung, anzuordnen. Der Schwefelgehalt im Abgas kann dann in Abhängigkeit eines von dieser Messeinrichtung bereitgestellten Signals und von mindestens einem Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine bestimmt werden. Dabei umfasst der mindestens eine Betriebsparameter vorzugsweise ein zugeführtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, einen Volumen- oder Massenstrom einer Kraftstoffzufuhr, eine Motordrehzahl, eine Motorlast und/oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Anordnung der Messeinrichtung im Kraftstoffsystem kann für Messeinrichtungen sinnvoll sein, die der aggressiven und heißen Abgasatmosphäre nicht standhalten.
Die Vorrichtung zur Steuerung einer Entschwefelung mindestens einer in einem Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung, wobei die mindestens einer Abgasreinigungsvorrichtung nach Feststellung einer Entschwefelungsnotwendigkeit mit einer Mindesttemperatur und zumindest zeitweise mit einer stöchiometrischen oder fetten Abgasatmosphäre beaufschlagt wird, und wobei eine Steuereinheit zur Steuerung der Entschwefelung der Abgasreinigungsvorrichtung in Abhängigkeit einer von mindestens einer für mindestens eine schwefelhaltige Komponente empfindliche Messeinrichtung bereitgestellten Signals oder einer von dem Signal abgeleiteten Größe vorgesehen ist, sieht erfindungsgemäß vor, dass die mindestens eine schwefelempfindliche Messeinrichtung in einem Bypass des Abgastraktes und/oder in einem Bypass des Kraftstoffsystems angeordnet ist und im Bypass eine Thermostatisiervorrichtung ist. Als Sensorelement der mindestens einen schwefelhaltigen Messeinrichtung lassen sich elektrochemische Zellen einsetzen, bei denen eine elektromotorische Kraft in Abhangigkeit einer Schwefelkonzentration in der Umgebung der Messelektroden erfasst wird, oder Widerstandszellen, bei denen ein von der Schwefelkonzentration abhängiger Widerstand eines Sensorelementes beziehungsweise seine Leitfähigkeit gemessen wird. Derartige Sensorelemente sind beispielsweise aus der DE 31 122 18 beziehungsweise der EP 0 700 517 B1 bekannt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch eine Anordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung einer Entschwefelung eines NO_x-Speicherkatalysators;
2 ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens und
3 den Verlauf einer NO_x-Speicheraktivität eines NO_x-Speicherkatalysators in Abhängigkeit von seiner Schwefelbeladung.
Der in 1 dargestellten Verbrennungskraftmaschine 10 ist ein Abgastrakt 12 zugeordnet, der einen kleinvolumigen Vorkatalysator 14 und in einer motorfernen Position einen NO_x-Speicherkatalysator 16 beherbergt. Stromab des NO_x-Speicherkatalysators 16 befindet sich optional ein NO_x-Sensor 18, der in bekannter Weise eine NO_x-Konzentration erfasst, um NO_x-Regenerationszyklen des NO_x-Speicherkatalysators 16 zu steuern. In einem Bypass 20 des Abgastraktes 12 stromauf des NO_x-Speicherkatalysators 16 ist eins schwefelempfindliche Messeinrichtung 22 angeordnet, die vorteilhaft als ein SO₂-Sensor ausgestaltet ist. Stromauf der schwefelempfindlichen Messeinrichtung 22 befindet sich eine Thermostatisiervorrichtung 24, die ein mit dem Sensor in Kontakt kommendes Abgas auf eine für die Messeinrichtung 22 geeignete Arbeitstemperatur kühlt. Auf diese Weise kann ein empfindlicher Sensor vor thermischer Schädigung geschützt werden. Die schwefelempfindliche Messeinrichtung 22 übermittelt ein dem Schwefelgehalt des Abgases proportionales Signal an eine Steuereinheit 26, die in ein Motorsteuergerät 28 integriert ist. Hier wird das Signal digitalisiert und anhand einer abgespeicherten Kennlinie der Messeinrichtung 22 der Schwefelgehalt des Abgases bestimmt. Neben dem Signal der Messeinrichtung 22 finden ausgewählte Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 10 Eingang in die Steuereinheit 26. Ermittelt die Steuereinheit 26 anhand dem von der Messeinrichtung 22 bereitgestellten Signal eine Entschwefelungsnotwendigkeit, steuert die Steuereinheit 26 beziehungsweise das Motorsteuergerät 28 die Verbrennungskraftmaschine 10 an, um eine Abgastemperatur zu erhöhen und eine fette Abgasatmosphäre einzustellen. Letzteres geschieht beispielsweise durch ein Schließen einer in einem Ansaugstutzen 30 angeordneten Drosselklappe 32.
2 zeigt einen beispielhaften Ablauf eines Algorithmus, mit welchem die Steuereinheit 26 eine Entschwefelung des in 1 dargestellten NO_x-Speicherkatalysators 16 steuert. Das Verfahren startet nach einer erfolgreichen Entschwefelung mit dem Schritt 100, in dem der Parameter der Schwefelrohemission SRE, der nachfolgend erläutert wird, gleich Null gesetzt wird. In dem anschließenden Schritt 102 wird das Signal SIG der schwefelempfindlichen Messeinrichtung 22 eingelesen und digitalisiert. Im folgenden Schritt 104 ermittelt die Steuereinheit 26 anhand einer abgespeicherten Kennlinie der Messeinrichtung 22 (rechts dargestellt) den aktuellen Schwefelgehalt CS des Abgases. Aus dem Schwefelgehalt CS wird in Schritt 106 unter Berücksichtigung eines Abgasmassenstroms der aktuelle Schwefelmassenstrom MS berechnet. Im anschließenden Schritt 108 wird die Schwefelrohemission SRE durch Integration beziehungsweise Summation des Schwefelmassenstroms MS berechnet. Dies geschieht beispielsweise, indem der in Schritt 106 ermittelte aktuelle Schwefelmassenstrom MS mit dem Zeitintervall Δt multipliziert wird und zu der Schwefelrohemission SRE des vorausgegangenen Verfahrenszyklus (diese ist im ersten Zyklus gleich Null) addiert wird. Dabei entspricht Δt dem reziproken Wert der Frequenz, mit welcher der dargestellte Verfahrenszyklus wiederholt wird, das heißt der Dauer eines Verfahrenszyklus. Die in diesem Schritt berechnete Schwefelrohemission SRE ist damit die Schwefelgesamtmasse, die seit der letzten Entschwefelung des NO_x-Speicherkatalysators 16 von der Verbrennungskraftmaschine 10 emittiert wurde. Im Schritt 110 wird die Schwefelbeladung SB des NO_x-Speicherkatalysators 16 in Abhängigkeit von der Schwefelrohemission SRE ermittelt. Hierfür wird ein Beladungsmodell zugrunde gelegt, des im einfachsten Fall von einem linearen Zusammenhang zwischen Schwefelbeladung SB und der Schwefelrohemission SRE ausgeht. Ein solcher linearer Zusammenhang ist in der Abbildung rechts dargestellt. Bei einem NO_x-Speicherkatalysator kann beispielsweise mit hinreichender Genauigkeit von einer konstanten Schwefeleinspeicheraktivität von 100% ausgegangen werden, so dass hier die Schwefelbeladung SB gleich der Schwefelrohemission SRE zu setzen ist. Tatsächlich ist die Schwefeleinspeicheraktivität von NO_x-Speicherkatalysatoren immer größer als 95%. Genauere Beladungsmodelle berücksichtigen die mit zunehmender Schwefelbeladung nachlassende Schwefelspeicheraktivität des NO_x-Speicherkatalysators 16. Nachfolgend wird in Schritt 112 die NO_x-Speicheraktivität NOXA des NO_x-Speicherkatalysators 16 eingelesen. Die NO_x-Speicheraktivität NOXA ist der Wirkungsgrad, mit dem NO_x in den NO_x-Speicherkatalysator 16 eingelagert wird. Sie wird in dem in 1 gezeigten Beispiel mittels des von dem NO_x-Sensor 18 erfassten NO_x-Gehaltes hinter dem NO_x-Speicherkatalysator 16 und einer modellierten NO_x-Rohemission der Verbrennungskraftmaschine 10 ermittelt. In Schritt 114 wird eine erste Abfrage durchgeführt, in welcher geprüft wird, ob die aktuelle NO_x-Speicheraktivität NOXA einen vorgegebenen Schwellenwert SW unterschreitet. Wird diese Abfrage verneint, weist der NO_x-Speicherkatalysator 16 also noch eine hinreichende NO_x-Speicheraktivität NOXA auf, geht das Verfahren zu Schritt 102 zurück, um die Integration der Schwefelrohemission SRE fortzuführen. Wird die Abfrage 114 hingegen bejaht, folgt in Schritt 116 eine zweite Abfrage mit dem Ziel festzustellen, ob der Verlust der NO_x-Speicheraktivität NOXA im Wesentlichen auf eine Schwefelschädigung oder auf eine irreversible Schädigung, beispielsweise durch thermische Belastung, zurückzuführen ist. Dafür wird abgefragt, ob die aktuelle Schwefelbeladung SB laut einer Kennlinie NOXAS einer hypothetischen Schwefelbeladung entspricht, die für einen ansonsten ungeschädigten NO_x-Speicherkatalysator 16 mit dem gefundenen Verlust der NO_x-Speicheraktivität NOXA korreliert. Diese Abfrage soll anhand der 3 verdeutlicht werden.
Der Zusammenhang zwischen der NO_x-Speicheraktivität NOXA und der Schwefelbeladung SB eines NO_x-Speicherkatalysators ist in 3 dargestellt. In diesem Diagramm zeigt die durchgezogene Linie NOXAS eine Soll-NO_x-Speicheraktivität in Abhängigkeit von der Schwefelbeladung SB eines Speicherkatalysators, der keinerlei irreversible Schädigungen aufweist. Die Messpunkte X in dieser Grafik stellen beispielhafte Betriebspunkte mit den jeweiligen Koordinaten NOXA und SB dar, für welche in dem Verfahrensschritt 114 bereits ein Unterschreiten des Schwellenwertes SW für die NO_x-Speicheraktivität NOXA festgestellt wurde. Für diese Punkte wird nun in der Abfrage in Schritt 116 überprüft, ob die aktuelle Schwefelbeladung SB laut der Sollkennlinie NOXAS mit der Schwefelbeladung übereinstimmt, die bei einem ungeschädigten Speicherkatalysator bei der aktuellen NO_x-Speicheraktivität NOXA erwartet werden kann. Dies trifft für die mit A bezeichneten Messpunkte X zu. In diesem Fall lässt sich der gesamte Aktivitätsverlust auf eine Verschwefelung des NO_x-Speicherkatalysators 16 zurückführen. Im Fall A wird folglich die Abfrage in Schritt 116 (2) bejaht, so dass in Schritt 118 durch die Steuereinheit 26 eine Entschwefelung DS ausgelöst wird. Nach Beendigung der Entschwefelung DS kehrt das Verfahren zum Ausgangspunkt in Schritt 100 zurück, wo die Schwefelrohemission SRE wieder gleich Null gesetzt wird und die Berechnung von SRE erneut beginnt. Korreliert die aktuelle Schwefelbeladung SB nicht mit der Sollkurve NOXAS und liegt sie unterhalb einer Toleranzgrenze (der untere Toleranzverlauf der Soll-NO_x-Speicheraktivität ist in 3 durch die Kurve NOXAS – Δ gekennzeichnet) so kann geschlossen werden, dass der gefundene Aktivitätsverlust hauptsächlich durch eine irreversible Schädigung bedingt ist (Fall B). in diesem Fall wird die Abfrage 116 verneint. Von einer Entschwefelung kann hier abgesehen werden. Statt dessen wird in Schritt 120 eine Nachricht ausgegeben, die beispielsweise den Fahrer von der irreversiblen Schädigung IS des NO_x-Speicherkatalysators 16 informiert. Das Verfahren geht dann zu Schritt 102 zurück, um die Integration der Schwefelrohemission SRE fortzuführen.
Das vorausgehend dargestellte Ausführungsbeispiel macht deutlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur eine exakte Bestimmung der Schwefelbeladung einer Abgasreinigungsvorrichtung erlaubt, sondern darüber hinaus auch gestattet, eine anderweitige Schädigung der Vorrichtung zu erkennen. Auf diese Weise kann die Entschwefelung der Vorrichtung genau auf die tatsächliche Schwefelbeladung abgestimmt werden. Im Falle einer irreversiblen Schädigung der Vorrichtung wird diese erkannt und von unzweckmäßigen Entschwefelungsmaßnahmen abgesehen, die lediglich eine weitere thermische Schädigung der Vorrichtung und einen erhöhten Kraftstoffverbrauch zur Folge hätten.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungskraftmaschine
12: Abgastrakt
14: Vorkatalysator
16: NO_x-Speicherkatalysator
18: NO_x-Sensor
20: Bypass
22: schwefelempfindliche Messeinrichtung
24: Thermostatisiervorrichtung
26: Steuereinheit
28: Motorsteuergerät
30: Ansaugstutzen
32: Drosselklappe
CS: Schwefelgehalt
DS: Entschwefelung
IS: irreversible Schädigung
MS: Schwefelmassenstrom
NOXA: NO_x-Speicheraktivität
NOXAS: Soll-Kennlinie der NO_x-Speicheraktivität
SB: Schwefelbeladung
SIG: Signal der Messeinrichtung
SRE: Schwefelrohemission
SW: Schwellenwert der NO_x-Speicheraktivität

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Entschwefelung mindestens einer in einem Abgastrakt (12) einer Verbrennungskraftmaschine (10) angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung (16), wobei die mindestens eine Abgasreinigungsvorrichtung (16) nach Feststellung einer Entschwefelungsnotwendigkeit mit einer Mindesttemperatur und zumindest zeitweise mit einer stöchiometrischen oder fetten Abgasatmosphäre beaufschlagt wird, und wobei ein Gehalt mindestens einer schwefelhaltigen Komponente des Abgases aus einem von mindestens einer schwefelempfindlichen Messeinrichtung (22) bereitgestellten Signal bestimmt wird und die Entschwefelung der Abgasreinigungsvorrichtung in Abhängigkeit des Gehaltes der mindestens einen schwefelhaltigen Komponente des Abgases gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das von der schwefelempfindlichen Messeinrichtung (22) bereitgestellte Signal in einem mit einer Temperiervorrichtung (24) ausgestatteten Bypass (20) des Abgastraktes (12) und/oder des Kraftstoffsystems erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Abgasreinigungsvorrichtung ein NOx-Absorber, ein NOx-Speicherkatalysator (16), ein Oxidationskatalysator und/oder ein 3-Wege-Katalysator ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des Gehaltes der mindestens einen schwefelhaltigen Komponente des Abgases eine Entschwefelungsnotwendigkeit und/oder eine Entschwefelungsdauer bestimmt wird und/oder eine alternierende Mager-Fett-Beaufschlagung der Abgasreinigungsvorrichtung während der Entschwefelung gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine schwefelhaltige Komponente Schwefeldioxid (SO2) und/oder Schwefelwasserstoff (H2S) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit eines stromauf der Abgasreinigungsvorrichtung (16) bestimmten Gehaltes der mindestens einen schwefelhaltigen Komponente des Abgases und mittels eines Beladungsmodells eine Schwefelbeladung der Abgasreinigungsvorrichtung (16) ermittelt wird und anhand der Schwefelbeladung die Entschwefelungsnotwendigkeit festgestellt und/oder die Entschwefelungsdauer bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Entschwefelungsnotwendigkeit anhand eines stromab der Abgasreinigungsvorrichtung (16) bestimmten Gehaltes der mindestens einen schwefelhaltigen Komponente oder anhand einer Differenz des stromauf und des stromab der Abgasreinigungsvorrichtung (16) bestimmten Gehaltes der Komponente ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regenerationsdauer in Abhängigkeit eines während der Entschwefelung stromab der Abgasreinigungsvorrichtung (16) bestimmten Gehaltes der mindestens einen schwefelhaltigen Komponente gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der mindestens einen schwefelhaltigen Komponente des Abgases stromauf und/oder stromab der Abgasreinigungsvorrichtung (16) aus einem von einer im Abgastrakt (12) stromauf beziehungsweise stromab der Abgasreinigungsvorrichtung (16) angeordneten schwefelempfindlichen Messeinrichtung (22) bereitgestellten Signal bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der mindestens einen schwefelhaltigen Komponente des Abgases stromauf der Abgasreinigungsvorrichtung (16) aus einem von einer in einem Kraftstoffsystem der Verbrennungskraftmaschine (10) angeordneten schwefelempfindlichen Messeinrichtung (22) bereitgestellten Signal in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine (10) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine (10) ein zugeführtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, ein Volumen- oder Massenstrom einer Kraftstoffzufuhr, eine Motordrehzahl, eine Motorlast und/oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit umfasst.
Vorrichtung zur Steuerung einer Entschwefelung mindestens einer in einem Abgastrakt (12) einer Verbrennungskraftmaschine (10) angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung (16), wobei die mindestens eine Abgasreinigungsvorrichtung (16) nach Feststellung einer Entschwefelungsnotwendigkeit mit einer Mindesttemperatur und zumindest zeitweise mit einer stöchiometrischen oder fetten Abgasatmosphäre beaufschlagt wird, und wobei eine Steuereinheit (26) zur Steuerung der Entschwefelung der Abgasreinigungsvorrichtung in Abhängigkeit eines von mindestens einer für mindestens eine schwefelhaltige Komponente empfindliche Messeinrichtung (22) bereitgestellten Signals oder einer von dem Signal abgeleiteten Größe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine schwefelempfindliche Messeinrichtung (22) in einem Bypass (20) des Abgastraktes (12) und/oder in einem Bypass des Kraftstoffsystems angeordnet ist und dem Bypass (20) eine Thermostatisiervorrichtung (24) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine schwefelempfindliche Messeinrichtung (22) eine elektrochemische Zelle oder eine Widerstandszelle als Sensorelement umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine schwefelempfindliche Messeinrichtung (22) ein SO2- und/oder ein H2S-Sensor ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine schwefelempfindliche Messeinrichtung (22) stromauf und/oder stromab der Abgasreinigungsvorrichtung (16) in dem Abgastrakt (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine schwefelempfindliche Messeinrichtung (22) in einem Vorlauf und/oder Rücklauf einer Kraftstoffforderung und/oder in einem Kraftstofftank des Kraftstoffsystems angeordnet ist.