DE10130053A1

DE10130053A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entschwefelung eines NOX-Speicherkatalysators

Info

Publication number: DE10130053A1
Application number: DE2001130053
Authority: DE
Inventors: Ulrich-Dieter Standt; Ekkehardt Pott; Matthias Holz; Bernd Hupfeld
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-06-21
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2003-01-02
Anticipated expiration: 2021-06-22
Also published as: FR2826291A1; FR2826291B1; DE10130053B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entschwefelung eines in einem Abgaskanal einer magerlauffähigen Verbrennungskraftmaschine angeordneten NO¶x¶-Speicherkatalysators, wobei der NO¶x¶-Speicherkatalysator in wiederkehrenden Intervallen mit einer fetten Abgasatmosphäre mit Lambdawerten kleiner eins und einer variablen Entschwefelungstemperatur beaufschlagt wird, die größer oder gleich einer Mindestentschwefelungstemperatur (T¶min¶) ist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. DOLLAR A Es ist vorgesehen, dass mindestens 70% derjenigen Entschwefelungsintervalle (DE¶a¶), die durch aktive Maßnahmen zur Anhebung der Katalysatortemperatur eingeleitet werden, als Tieftemperaturentschwefelung (DE¶a,L¶) bei einer ersten Abgastemperatur (T¶L¶) stromauf des NO¶x¶-Speicherkatalysators (18) durchgeführt werden, die kleiner oder gleich einer Grenztemperatur (T¶L,max¶) ist, welche höchstens 50 K oberhalb einer Temperatur (T¶70¶) liegt, bei der innerhalb von drei Minuten höchstens 70% einer maximal in den NO¶x¶-Speicherkatalysator (18) speicherbaren Schwefelmasse ausgetragen werden. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen stellen eine optimierte Vorgehensweise dar, um die Entschwefelung einerseits katalysatorschonend und verbrauchsarm und andererseits mit einer ausreichenden Gründlichkeit durchzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entschwefelung eines in einem Abgaskanal einer magerlauffähigen Verbrennungskraftmaschine angeordneten NO_X-Speicherkatalysators sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 11 genannten Merkmalen.
Verbrennungskraftmaschinen, die aus Gründen einer Verbrauchsoptimierung wenigstens zeitweise in einem mageren Betriebsmodus, das heißt mit einem sauerstoffreichen Abgas mit λ > 1, betrieben werden, produzieren auch im mageren Betrieb Stickoxide NO_X, wenn auch spezifisch weniger als im stöchiometrischen Betrieb. Nachteilig ist bei der mageren Betriebsweise, dass bei einer katalytischen, oxidativen Umsetzung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen HC und Kohlenmonoxid CO mit herkömmlichen 3-Wege-Katalysatoren Stickoxide NO_X nicht zu umweltneutralem Stickstoff umgesetzt werden können. Zur Abhilfe ist bekannt, NO_X- Speicherkatalysatoren in Abgaskanälen von Verbrennungskraftmaschinen anzuordnen, die 3-Wege-Katalysator- und NO_X-Speicher-Komponenten in sich vereinigen. Durch einen diskontinuierlichen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine in wechselweise mageren (λ > 1) und fetten (λ ≤ 1) Betriebsphasen erfolgt in den mageren Phasen die Einspeicherung von Stickoxiden in Form von Nitrat, während in den kürzeren fetten Phasen eine NO_X-Regeneration des Speichers stattfindet. Dabei werden infolge eines im Fettbetrieb erhöhten Reduktionsmittelmassenstromes im Abgas die als Nitrat eingelagerten Stickoxide desorbiert und katalytisch am NO_X-Speicherkatalysator unter gleichzeitiger Oxidation von CO und HC umgesetzt.
Ein bekanntes Problem derartig betriebener NO_X-Speicherkatalysatoren stellt der in heutigen Kraftstoffen enthaltene Schwefel dar, welcher im Magerbetrieb nahezu vollständig in Form von Sulfat in den NO_X-Speicher eingelagert wird. Die Folge ist eine schleichende Schwefelvergiftung des Katalysators, die zu einer nachlassenden NO_X- Speicherfähigkeit führt. Um eine ursprüngliche Speicherkapazität des Katalysators wiederherzustellen, ist bekannt, in größeren Abständen Entschwefelungen durchzuführen, bei denen der Katalysator bei Temperaturen von über 600°C mit einer fetten Abgasatmosphäre beaufschlagt wird. Die hohe Temperatur sowie ein im fetten Abgas vorhandenes hohes Reduktionsmittelangebot ermöglichen die Desorption und Reduktion des Sulfates überwiegend zu Schwefeldioxid SO₂, teilweise auch zu Schwefelverbindungen mit negativer Oxidationsstufe. Dabei wird durch höhere Temperaturen und fettere Luft-Kraftstoff-Verhältnisse, ausgedrückt als λ < 1, eine Entschwefelungsgeschwindigkeit beschleunigt und eine gründlichere, auch tiefer gelegene Schichten der Katalysatorbeschichtung betreffende Entschwefelung erzielt. Nachteilig ist hier jedoch, dass derartig drastische Entschwefelungsbedingungen einen höheren Kraftstoffmehrverbrauch verursachen, der den durch die Magerlauffähigkeit der Verbrennungskraftmaschine erzielten Verbrauchsvorteil vermindert. Zudem führen die hohen Temperaturen zu einer starken thermischen Belastung des gesamten Katalysatorsystems, insbesondere eines häufig vorgeschalteten Vorkatalysators, die zu einer irreversiblen Schädigung und einer verminderten Lebensdauer der Katalysatoren führen kann. Wird auf der anderen Seite der NO_X-Speicherkatalysator nur bei verhältnismäßig geringen Temperaturen und schwach fetten Abgasatmosphären entschwefelt, wird nur oberflächlich gespeicherter Schwefel ausgetrieben und nur eine geringere Entschwefelungsgeschwindigkeit erzielt. Infolgedessen müssen die Entschwefelungen verhältnismäßig häufig und über längere Entschwefelungszeiten durchgeführt werden.

Diesem Spannungsfeld zwischen erhöhtem Kraftstoffverbrauch und Katalysatorschädigung einerseits und unvollständiger Entschwefelung andererseits trägt die DE 198 55 090 A1 Rechnung, indem sie ein Entschwefelungsverfahren beschreibt, bei dem Entschwefelungen wechselweise bei unterschiedlich hohen Entschwefelungstemperaturen durchgeführt werden. Eine Anleitung zur Gewichtung der Hoch- und der Tieftemperaturentschwefelungsintervalle wird jedoch nicht offenbart.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Entschwefelung eines gattungsgemäßen NO_X-Speicherkatalysators bereitzustellen, das hinsichtlich einer möglichst geringen thermischen Belastung des Katalysators und eines möglichst niedrigen Kraftstoffmehrverbrauchs optimiert ist und gleichzeitig eine weitestgehend vollständige Schwefelregeneration gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 11 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens 70% derjenigen Entschwefelungsintervalle, die durch aktive Maßnahmen zur Anhebung einer Temperatur des NO_X-Speicherkatalysators eingeleitet werden, als Tieftemperaturentschwefelung bei einer ersten Abgastemperatur stromauf des NO_X- Speicherkatalysators durchgeführt werden, die kleiner oder gleich einer Grenztemperatur ist, welche höchstens 50 K oberhalb einer Temperatur liegt, bei der innerhalb von drei Minuten höchstens 70% einer maximal in den NO_X- Speicherkatalysator speicherbaren Schwefelmasse ausgetragen werden. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens liegt die Grenztemperatur höchstens 30 K, vorzugsweise höchstens 20 K oberhalb dieser Temperatur. Indem demnach also ein Hauptteil der aktiv eingeleiteten Entschwefelungsintervalle in einem vorgegebenen Tieftemperaturbereich, der sich von einer Mindestentschwefelungstemperatur bis zur vorgegebenen Grenztemperatur erstreckt, durchgeführt wird, erfährt der NO_X-Speicherkatalysator während seiner gesamten Betriebsdauer eine überwiegend schonende Behandlung, unter welcher thermische, irreversible Schädigungen des Katalysators weitgehend vermieden werden. Gleichzeitig wird ein durch die Magerlauffähigkeit der Verbrennungskraftmaschine erzielter Verbrauchsvorteil nur so stark wie nötig vermindert.

Um dem NO_X-Speicherkatalysator gelegentlich auch eine weitgehend vollständige Entschwefelung, die auch tiefer gelegene Speicherschichten von eingelagertem Schwefel befreit, zukommen zu lassen, ist in einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens vorgesehen, dass mindestens 0,1%, insbesondere mindestens 2%, aller Entschwefelungsintervalle als Hochtemperaturentschwefelung bei einer zweiten Entschwefelungstemperatur durchgeführt werden, die oberhalb der Grenztemperatur liegt. Dabei werden Entschwefelungsparameter der Hochtemperaturentschwefelung, insbesondere eine Entschwefelungsdauer und/oder das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Entschwefelung, derart gewählt, dass mindestens 90%, insbesondere mindestens 95%, des maximal in den NO_X-Speicherkatalysator speicherbaren Schwefels entfernt werden. Diese Hochtemperaturentschwefelung kann dabei sowohl als aktiv eingeleitete Entschwefelung als auch als so genannte passive Entschwefelung durchgeführt werden, bei der - bedingt durch einen aktuellen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine - auch ohne gezielte Maßnahmen zur Temperaturanhebung eine ausreichende Katalysatortemperatur vorliegt. Dabei wird - soweit dies ein vorwiegender Einsatz des Fahrzeuges erlaubt - die Hochtemperaturentschwefelung möglichst weitgehend durch passive Entschwefelungsintervalle abgedeckt. Wird also das Fahrzeug regelmäßig oder häufig im so genannten Volllastbetrieb, zum Beispiel für Autobahnfahrten, eingesetzt, werden häufig passiv eingeleitete Hochtemperaturentschwefelungen auftreten, so dass aktiv eingeleitete Hochtemperaturentschwefelungen nur selten, im Extremfall niemals, notwendig werden. Wird ein Fahrzeug andererseits hauptsächlich im Teil- oder Niedriglastbetrieb, beispielsweise im Stadtverkehr, eingesetzt, werden häufiger aktive Hochtemperaturentschwefelungen notwendig. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit auch eine optimale Abstimmung auf den typischen Einsatzbereich eines Fahrzeuges.

Verschiedene Verfahren sind bekannt, mit denen eine Notwendigkeit für eine aktiv eingeleitete Entschwefelung ermittelt werden kann. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Entschwefelungsnotwendigkeit vorzugsweise in Abhängigkeit eines berechneten Schwefeleintrags in den NO_X-Speicherkatalysator ermittelt. Dabei kann sich die Berechnung insbesondere auf eine tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmasse, einen durchschnittlichen Schwefelanteil im Kraftstoff und/oder eine modellierte oder gemessene Katalysatortemperatur stützen. Es ist ferner möglich, die Entschwefelungsnotwendigkeit in Abhängigkeit einer aktuellen NO_X-Speicheraktivität des NO_X-Speicherkatalysators, welche beispielsweise mittels eines hinter dem NO_X- Speicherkatalysator angeordneten NO_X-Sensors erfasst wird, zu ermitteln. Besonders vorteilhaft können die beiden genannten Verfahren miteinander kombiniert werden. Wenn etwa durch einen höheren als vorausgesetzten Schwefelanteil des Kraftstoffes der Katalysator schneller als der Berechnung zufolge verschwefelt, kann die Entschwefelungsnotwendigkeit anhand der mittels des NO_X-Sensors erfassten nachlassenden NO_X-Speicheraktivität erkannt werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann eine aktive Entschwefelung eingeleitet werden, ohne dass eine Entschwefelungsnotwendigkeit erkannt wird, wenn gewisse Betriebsbedingungen für eine Entschwefelung günstig sind. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Abgas- beziehungsweise die Katalysatortemperatur eine vorgegebene Temperaturschwelle zwar überschreitet, die Mindestentschwefelungstemperatur jedoch noch nicht erreicht hat. In diesem Fall muss die Katalysatortemperatur nur verhältnismäßig wenig aktiv angehoben werden, um die Entschwefelung einzuleiten, so dass der für diese Heizmaßnahme aufzuwendende Kraftstoffverbrauch relativ gering ist. Im Sinne einer positiven Kosten-Nutzen-Bilanz sollte eine Entschwefelung ohne vorliegende Notwendigkeit jedoch nur durchgeführt werden, wenn die aktuell gespeicherte Schwefelmasse wenigstens 10% der maximal speicherbaren Schwefelmasse beträgt.

Als Maßnahme zur Anhebung der Katalysatortemperatur kommen alle bekannten motorischen Eingriffe in Frage, die entweder eine Verbrennungs- und damit die Abgastemperatur anheben oder einen Anteil unverbrannter Kohlenwasserstoffe im Abgas erhöhen und durch katalytische Nachverbrennung derselben die Abgas- und/oder Katalysatortemperatur erhöhen. Bekannte Maßnahmen sind eine gezielte Ungleichstellung des motorischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einzelner Zylinder der Verbrennungskraftmaschine, bei der die Zylinder mit unterschiedlichen Luft-Kraftstoff- Verhältnissen betrieben werden (Lambdaspreizung); eine Zündwinkelspätverstellung; eine Kraftstoffnacheinspritzung vor, während oder nach einem Brennende eines Zylinders und eine Kraftstoffeinspeisung in den Abgaskanal. Die Maßnahmen können auch miteinander kombiniert eingesetzt werden. Es sind ferner direkte, beispielsweise elektrische Katalysatoraufheizverfahren bekannt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst Mittel zur Durchführung des Verfahrens. Diese umfassen vorzugsweise eine Steuereinheit, in der ein Algorithmus zur Steuerung des Verfahrens in digitaler Form hinterlegt ist. Die Steuereinheit kann vorteilhafterweise in ein Motorsteuergerät integriert sein.

Die Vorteile des Verfahrens kommen insbesondere bei fremdgezündeten, direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen zum Tragen. Besonders vorteilhaft sind diese in einem geschichteten Arbeitsmodus betreibbar, in dem besonders magere Luft-Kraftstoff-Verhältnisse und große Anteile von Magerphasen im Gesamtbetrieb bei höherer Leistung erzielbar sind. Derartige Verbrennungskraftmaschinen sind vorzugsweise mit einer im Ansaugkanal angeordneten Ladungsbewegungsklappe ausgestattet, durch deren Stellung zwischen dem Schicht- und dem Homogenmodus umgeschaltet werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasanlage;
Fig. 2 eine Temperaturabhängigkeit der Entschwefelung und
Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung eines zeitlichen Verlaufs einer Abgastemperatur vor einem NO_X-Speicherkatalysator nach Fig. 1 während mehrerer Entschwefelungsintervalle.
Fig. 1 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 10, der eine insgesamt mit 12 bezeichnete Abgasanlage mit einem Abgaskanal 14 zugeordnet ist. Der Abgaskanal 14 beherbergt ein Katalysatorsystem, welches einen kleinvolumigen, motornah angeordneten Vorkatalysator 16, der insbesondere ein 3-Wege-Katalysator ist, und einen typischerweise an einer Unterbodenposition angeordneten NO_X- Speicherkatalysator 18 umfasst. In dem Abgaskanal 14 ist ferner eine Sensorik angeordnet, mit welcher die Verbrennungskraftmaschine 10 sowie eine Abgasreinigung gesteuert werden. Die Sensorik umfasst eine möglichst motornah angeordnete Lambdasonde 20 zur Regelung eines der Verbrennungskraftmaschine 10 zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches. Stromab des NO_X-Speicherkatalysators 18 befindet sich ein NO_X-Sensor 22, der einen Stickoxidgehalt im Abgas misst und der zur Steuerung der NO_X-Regenerationsintervalle sowie mittelbar der Steuerung der Entschwefelung des NO_X-Speicherkatalysators 18 dient. In alternativen Ausgestaltungen kann die Funktion des NO_X-Sensors 22 auch durch eine nachgeschaltete Lambdasonde übernommen oder ergänzt werden. Stromauf des NO_X-Speicherkatalysators 18 ist ferner ein Temperatursensor 24 installiert, der eine Abgastemperatur misst und somit Rückschlüsse auf eine Temperatur des NO_X-Speicherkatalysators 18 erlaubt. Wegen der am Speicherkatalysator 18 stattfindenden exothermen Reaktionen liegt die Katalysatortemperatur um etwa 10 bis 100 K über der mit dem Temperatursensor 24 gemessenen Abgastemperatur. Die aktuelle Katalysatortemperatur lässt sich besonders genau aus einer Temperaturdifferenz zwischen der Abgastemperatur vor und hinter dem NO_X-Speicherkatalysator 18 bestimmen. Die stromab des NO_X-Speicherkatalysators 18 vorliegende Temperatur kann entweder mit einem Temperatursensor ebenfalls direkt gemessen oder aus einem internen Temperatursignal des NO_X-Sensors 22 erhalten werden. Jedes der von den Sensoren 20, 22, 24 bereitgestellten Signale findet Eingang in ein Motorsteuergerät 26, welches die Signale digitalisiert und weiterverarbeitet. Eine in das Motorsteuergerät 26 integrierte Steuereinheit 28 beinhaltet einen Algorithmus zur Steuerung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entschwefelung des NO_X- Speicherkatalysators 18. Das Motorsteuergerät 26 und die Steuereinheit 28 steuern verschiedene Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 10 in Abhängigkeit der eingehenden Signale. Insbesondere werden die Entschwefelungsintervalle des NO_X- Speicherkatalysators 18 gemäß dem in der Steuereinheit 28 hinterlegten Algorithmus in noch zu erläuternder Weise gesteuert.
Wie bereits eingangs erläutert, werden NO_X-Speicherkatalysatoren zum Zwecke ihrer Entschwefelung mit einer hohen Katalysatortemperatur und mit einer fetten, das heißt reduktionsmittelhaltigen Abgasatmosphäre beaufschlagt. Eine Entschwefelungsrate steigt dabei mit höheren Katalysatortemperaturen an. Dieser Zusammenhang ist in Fig. 2 dargestellt, in der ein prozentualer Schwefelaustrag in Abhängigkeit von einer vor einem NO_X-Speicherkatalysator 18 nach Fig. 1 gemessenen Abgastemperatur aufgetragen ist. Die Messpunkte wurden ermittelt, indem ein Abgas mit konstanter Zusammensetzung und konstantem Volumenstrom mittels einer Kühleinrichtung stromauf des NO_X-Speicherkatalysators 18 auf eine konstante Temperatur eingestellt wurde und der akkumulierte prozentuale Schwefelaustrag jeweils drei Minuten lang mittels einer quantitativen massenspektroskopischen Analyse bestimmt wurde. Ein bis drei Minuten entsprechen einer typischen Entschwefelungsdauer. Aus dem Diagramm in Fig. 2 geht hervor, dass der Schwefelaustrag zwischen 500 und 600°C Abgastemperatur vor Katalysator 18 (T_vNSK) eine annähernd lineare Temperaturabhängigkeit aufweist. Oberhalb von T_vNSK = 600°C flacht die Kurve zunehmend ab und geht oberhalb von T_vNSK = 700°C in einen Sättigungsbereich über. Bei T_vNSK = 700°C wird innerhalb von drei Minuten ein nahezu 100%iger Schwefelaustrag beobachtet. Der Katalysator sollte nicht mit Abgastemperaturen oberhalb von T_vNSK = 700°C beaufschlagt werden, da ab 850°C Temperatur im Katalysator eine Festkörperreaktion des Speichermaterials mit anderen Komponenten des so genannten Washcoats einsetzt. Die Temperaturdifferenz zwischen Abgas vor sowie im NO_X-Speicherkatalysator 18 aufgrund der im Katalysator 18 ablaufenden exothermen Reaktionen ist zu berücksichtigen. Bei dem dargestellten Beispiel liegt die Mindestentschwefelungstemperatur, oberhalb derer eine ausreichende Entschwefelungsrate zu verzeichnen ist, bei etwa 600°C vor NO_X-Speicherkatalysator 18. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Großteil (mindestens 70%) der aktiv eingeleiteten Entschwefelungsintervalle bei Temperaturen durchgeführt, welche maximal 50 K oberhalb einer Temperatur T₇₀ liegen, bei der innerhalb von drei Minuten höchstens 70% der maximal in den NO_X-Speicherkatalysator 18 speicherbaren Schwefelmasse ausgetragen werden. Die Temperatur T₇₀ ist ebenfalls in das Diagramm in Fig. 2 eingetragen. Sie beträgt im vorliegenden Beispiel zirka 610°C. Die erfindungsrelevante Temperatur T₇₀ lässt sich anhand eines Temperaturprofils gemäß Fig. 2 für jeden beliebigen NO_X-Speicherkatalysator bestimmen. Applikationsanpassungen sind unter Umständen erforderlich, um Serienstreuungen auszugleichen.
In Fig. 3 ist beispielhaft ein vereinfachter Verlauf einer vor dem NO_X- Speicherkatalysator 18 gemessenen Abgastemperatur T_vNSK über insgesamt acht Entschwefelungsintervalle DE dargestellt. Übersichtshalber wurden die dazwischenliegenden Bereiche des Normalbetriebs, bei denen die Temperatur T unterhalb der Mindestentschwefelungstemperatur T_min liegt, gestaucht dargestellt. Neben der Mindestentschwefelungstemperatur T_min, die bei etwa 600°C liegt, ist eine maximale Entschwefelungstemperatur T_max eingezeichnet, die etwa bei 700°C liegt, sowie die Temperatur T₇₀ und eine Grenztemperatur T_L,max, die 50 K oberhalb der Temperatur T₇₀ liegt. Für einen NO_X-Speicherkatalysator 18 mit der in Fig. 2 dargestellten Temperaturcharakteristik liegt T₇₀ bei etwa 610°C und T_L,max bei etwa 660°C. Ein Niedrigtemperaturbereich T_L (schraffierter Bereich) erstreckt sich zwischen der Mindestentschwefelungstemperatur T_min und der Grenztemperatur T_L,max. Entschwefelungen, die bei einer Abgastemperatur von Speicherkatalysator 18 in diesem Bereich durchgeführt werden, werden im Rahmen dieser Erfindung als Tieftemperaturentschwefelungen DE_L bezeichnet. Oberhalb von T_L,max schließt sich der Hochtemperaturbereich T_H an, wobei Entschwefelungen dieses Bereiches als Hochtemperaturentschwefelungen DE_H bezeichnet werden. Erfindungsgemäß werden mindestens 70% der aktiv eingeleiteten Entschwefelungsintervalle als Tieftemperaturentschwefelung DE_a,L durchgeführt. Vorzugsweise wird mindestens jede tausendste, insbesondere jede fünfzigste Entschwefelung als Hochtemperaturentschwefelung DE_H durchgeführt. Im dargestellten Zeitabschnitt sind sechs der acht Entschwefelungsintervalle aktiv eingeleitete Tieftemperaturentschwefelungen DE_a,L. Eine der acht dargestellten Entschwefelungen ist eine so genannte passive Hochtemperaturentschwefelung DE_p,H, bei welcher die Abgastemperatur die Grenztemperatur T_L,max ohne aktive Temperaturerhöhungsmaßnahmen spontan überschreitet. Als letzte Entschwefelung wird hier eine so genannte passive Tieftemperaturentschwefelung DE_p,L dargestellt, die durch Fahren nahe an T_min erreicht wird, und bei der nur noch in geringem Umfange Aufheizmaßnahmen erforderlich sind. Typischerweise handelt es sich bei passiven Entschwefelungen fast immer um Hochtemperaturentschwefelungen DE_p,H, die bei Volllastbetrieben auftreten, beispielsweise bei Autobahnfahrten, bei denen eine Fahrzeuggeschwindigkeit längerfristig oberhalb von etwa 110 km/h liegt. In solchen Betriebssituationen muss die Verbrennungskraftmaschine 10 wegen der hohen Lastanforderung in einem homogenen Betrieb mit λ ≤ 1 betrieben werden, wobei die Abgastemperatur in der Regel spontan die Grenztemperatur T_L,max überschreitet. Sofern das Fahrzeug genügend häufig im Volllastbereich eingesetzt wird und somit passive Hochtemperaturentschwefelungen DE_p,H mit einer ausreichenden Häufigkeit auftreten, kann auf aktiv eingeleitete Hochtemperaturentschwefelungen DE_a,H praktisch vollständig verzichtet werden. In diesem Fall werden alle aktiv eingeleiteten Entschwefelungen - wie im dargestellten Zeitausschnitt - im Tieftemperaturbereich T_L durchgeführt. Werden im anderen Extremfall nur sehr selten Betriebssituationen erzielt, in denen passive Hochtemperaturentschwefelungen DE_p,H realisiert werden, müssen gelegentlich aktive Hochtemperaturentschwefelungen DE_a,H durchgeführt werden - erfindungsgemäß jedoch nicht häufiger als bei maximal 30% aller aktiv eingeleiteten Entschwefelungen. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Entschwefelung von NO_X- Speicherkatalysatoren stellen eine optimierte Vorgehensweise dar, um die Entschwefelung einerseits katalysatorschonend und verbrauchsarm und andererseits mit einer ausreichenden Gründlichkeit durchzuführen. Das Verfahren berücksichtigt zudem einen fahrerspezifischen Einsatz des Fahrzeuges und lässt sich ohne weiteren instrumentellen Aufwand realisieren. BEZUGSZEICHENLISTE 10 Verbrennungskraftmaschine
12 Abgasanlage
14 Abgaskanal
16 Vorkatalysator
18 NO_X-Speicherkatalysator
20 Lambdasonde
22 NO_X-Sensor
24 Temperatursensor
26 Motorsteuergerät
28 Steuereinheit
DE_a Entschwefelungen mit aktiver Temperaturanhebung
DE_p passive Entschwefelungen ohne aktive Temperaturanhebung
DE_L Tieftemperaturentschwefelung
DE_H Hochtemperaturentschwefelung
T_vNSK Abgastemperatur vor NO_X-Speicherkatalysator
T₇₀ Abgastemperatur vor NO_X-Speicherkatalysator, bei der innerhalb von drei Minuten höchstens 70% der speicherbaren Schwefelmasse ausgetragen wird
T_L,max Grenztemperatur
T_H hohe Entschwefelungstemperatur
T_L niedrige Entschwefelungstemperatur
T_max maximale Entschwefelungstemperatur
T_min Mindestentschwefelungstemperatur

Claims

1. Verfahren zur Entschwefelung eines in einem Abgaskanal einer magerlauffähigen Verbrennungskraftmaschine angeordneten NO_X-Speicherkatalysators, wobei der NO_X-Speicherkatalysator in wiederkehrenden Intervallen mit einer fetten Abgasatmosphäre mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ < 1 und einer variablen Entschwefelungstemperatur beaufschlagt wird, die größer oder gleich einer Mindestentschwefelungstemperatur (T_min) ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 70% derjenigen Entschwefelungsintervalle (DE_a), die durch aktive Maßnahmen zur Anhebung der Katalysatortemperatur eingeleitet werden, als Tieftemperaturentschwefelung (DE_a,L) bei einer ersten Abgastemperatur (T_L) stromauf des NO_X-Speicherkatalysators (18) durchgeführt werden, die kleiner oder gleich einer Grenztemperatur (T_L,max) ist, welche höchstens 50 K oberhalb einer Temperatur (T₇₀) liegt, bei der innerhalb von drei Minuten höchstens 70% einer maximal in den NO_X-Speicherkatalysator (18) speicherbaren Schwefelmasse ausgetragen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 0,1%, insbesondere 2%, aller Entschwefelungsintervalle (DE_a, DE_p) als Hochtemperaturentschwefelung (DE_H) bei einer zweiten Entschwefelungstemperatur (T_H) durchgeführt werden, die oberhalb der Grenztemperatur (T_L,max) liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Entschwefelungsparameter, insbesondere eine Entschwefelungsdauer und/oder das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Hochtemperaturentschwefelung (DE_H) derart gewählt werden, dass mindestens 90%, insbesondere mindestens 95%, des maximal in den NO_X-Speicherkatalysator (18) speicherbaren Schwefels entfernt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenztemperatur (T_L,max) höchstens 30 K, insbesondere höchstens 20 K, oberhalb der Temperatur (T₇₀) liegt, bei welcher innerhalb von drei Minuten höchstens 70% der speicherbaren Schwefelmasse ausgetragen werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Notwendigkeit für eine aktiv eingeleitete Entschwefelung (DEa) in Abhängigkeit eines berechneten Schwefeleintrages in den NO_X-Speicherkatalysator (18) und/oder in Abhängigkeit einer aktuellen NO_X-Speicheraktivität des NO_X- Speicherkatalysators (18) ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Schwefeleintrages in den NO_X-Speicherkatalysator (18) in Abhängigkeit von einer eingespritzten Kraftstoffmasse, eines Schwefelanteils im Kraftstoff und/oder einer modellierten oder gemessenen Katalysatortemperatur erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entschwefelung (DE_a) eingeleitet wird, ohne dass eine Entschwefelungsnotwendigkeit erkannt wird, wenn die Abgastemperatur eine vorgegebene Temperaturschwelle, die kleiner als die Mindestentschwefelungstemperatur (T_min) ist, überschreitet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entschwefelung (DE_a) ohne Vorliegen einer Entschwefelungsnotwendigkeit nur eingeleitet wird, wenn die aktuell gespeicherte Schwefelmasse mindestens 10% der maximal in den NO_X-Speicherkatalysator (18) speicherbaren Schwefelmasse beträgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Maßnahmen zur Anhebung der Katalysatortemperatur eine gezielte Ungleichstellung des motorischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einzelner Zylinder der Verbrennungskraftmaschine (10); eine Zündwinkelspätverstellung; eine Kraftstoffnacheinspritzung vor, während oder nach einem Brennende und/oder eine Kraftstoffeinspeisung in den Abgaskanal (14) umfassen.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgastemperatur mittels eines stromauf des NO_X-Speicherkatalysators (18) angeordneten Temperatursensors (20) gemessen oder durch geeignete Algorithmen modelliert wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Entschwefelung eines in einem Abgaskanal einer magerlauffähigen Verbrennungskraftmaschine angeordneten NO_X-Speicherkatalysators, wobei der NO_X-Speicherkatalysator in wiederkehrenden Intervallen mit einer fetten Abgasatmosphäre mit λ kleiner eins und einer variablen Entschwefelungstemperatur beaufschlagt wird, die größer oder gleich einer Mindestentschwefelungstemperatur (T_min) ist, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, mit denen eine Durchführung von mindestens 70% derjenigen Entschwefelungsintervalle (DE_a), die durch aktive Maßnahmen zur Anhebung der Katalysatortemperatur eingeleitet werden, als Tieftemperaturentschwefelung (DE_a,L) bei einer Abgastemperatur (T_L) stromauf des NO_X-Speicherkatalysators (18), die kleiner oder gleich einer Grenztemperatur (T_L,max) ist, welche höchstens 50 K oberhalb einer Temperatur (T₇₀) liegt, bei der innerhalb von drei Minuten höchstens 70% einer maximal in den NO_X-Speicherkatalysator (18) speicherbaren Schwefelmasse ausgetragen werden, ausführbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine Steuereinheit (24) umfassen, in der ein Algorithmus zur Steuerung des Verfahrens in digitaler Form hinterlegt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (24) in ein Motorsteuergerät (26) integriert ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (10) eine direkteinspritzende und/oder eine magerlauffähige, fremdgezündete Verbrennungskraftmaschine ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (10) zumindest zeitweise in einem mageren Schichtlademodus betreibbar ist.