DE102005060830A1 - Verfahren zum Betreiben eines Stickoxid-Speicherkatalysators an einem Kraftfahrzeug unter Berücksichtigung regionaler Kraftstoffqualitäten - Google Patents

Abstract

Die Kraftstoffqualitäten für Kraftfahrzeuge sind zum Beispiel in Europa regional unterschiedlich. Das trifft insbesondere für den Schwefelgehalt des Kraftstoffs zu. Durchqueren Fahrzeuge mit modernen Magermotoren oder mit Dieselmotoren, die zur Verminderung des Stickoxidgehaltes in ihrem Abgas mit Stickoxid-Speicherkatalysatoren ausgerüstet sind, Regionen mit einem Schwefelgehalt im Kraftstoff, der über dem für das Fahrzeug spezifizierten Schwefelgehalt liegt, so wird die Motorsteuerung nach dem Betanken des Fahrzeugs mit diesem Kraftstoff entsprechend häufig eine Desulfatisierung des Speicherkatalysators einleiten. Jede Desulfatisierung ist mit einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und einer verstärkten Alterung des Katalysators verbunden. Es wird vorgeschlagen, diese negativen Auswirkungen dadurch zu vermeiden, daß bei Magermotoren die Motorsteuerung in einem solchen Fall auf stöchiometrischen Betrieb umschaltet und bei einem Dieselmotor die Desulfatisierung unterbindet. Die Information über die Region, in der sich das Fahrzeug augenblicklich bewegt, kann von einem Navigationssystem der Motorsteuerung übermittelt werden.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Stickoxid-Speicherkatalysators an einem Kraftfahrzeug unter Berücksichtigung regionaler Kraftstoffqualitäten.
• Fahrzeuge mit Magermotoren oder Dieselmotoren werden mit mageren Luft/Kraftstoff-Gemischen betrieben. Zur Verminderung des Stickoxidgehaltes in ihrem Abgas sind sie mit Stickoxid-Speicherkatalysatoren ausgerüstet. Stickoxid-Speicherkatalysatoren enthalten als Speicherkomponenten gewöhnlich basische Oxide der Alkali- oder Erdalkalimetalle wie zum Beispiel Bariumoxid und Strontiumoxid und speichern die im Abgas enthaltenen Stickoxide in Form von Nitraten dieser Metalle. Hierdurch verringert sich die Speicherkapazität der Katalysatoren für die Stickoxide kontinuierlich. Sie müssen daher von Zeit zu Zeit regeneriert werden. Dies geschieht durch kurzzeitiges Anfetten des Luft/Kraftstoff-Gemisches. Während der Normalbetrieb der Fahrzeuge mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Gemisch etwa 1 bis 5 Minuten je nach Stickoxid-Gehalt des Abgases dauert, ist die Regeneration jeweils schon nach wenigen Sekunden abgeschlossen.
• Der in Motorkraftstoffen stets enthaltene Anteil an Schwefel bildet unter den im Abgas herrschenden Bedingungen mit den Speicherkomponenten Sulfate, wodurch die Speicherkapazität für die Stickoxide verringert wird. Die Stickoxid-Speicherkatalysatoren müssen daher in mehr oder weniger großen Zeitabständen desulfatisiert werden. Dies geschieht durch Aufheizen des Katalysators auf wenigstens 600°C und Wechsel des Motorbetriebs von Magerbetrieb in den stöchiometrischen oder fetten Betrieb. Der stöchiometrische oder fette Betrieb des Motors ist hierbei unbedingt notwendig, um die Desulfatisierung schon bei etwa 600°C möglich zu machen. Jede Desulfatisierung hat daher einen erhöhten Kraftstoffverbrauch zur Folge und trägt zur frühzeitigen Alterung des Speicherkatalysators bei. Im Normalbetrieb des Motors, das heißt unter mageren Abgasbedingungen, müßte die Temperatur des Katalysators zur thermischen Zersetzung der Sulfate dagegen sogar auf etwa 1200°C erhöht werden.
• In modernen Kraftfahrzeugen ist die elektronische Motorsteuerung mit einem Diagnosesystem ausgerüstet (OBD = On Board Diagnostic), das bei Erreichen eines bestimmten Verschwefelungsgrades des Speicherkatalysators automatisch eine Entschwefelung einleitet.
• Wegen der Bedeutung für den ordnungsgemäßen Betrieb des Motors und die richtige Funktion des Abgasreinigungssystems schreiben die Fahrzeughersteller in der Regel die für das Fahrzeug zu verwendende Kraftstoffqualität vor.
• Die Kraftstoffqualitäten für Kraftfahrzeuge sind in Europa regional unterschiedlich. Das trifft insbesondere für den Schwefelgehalt des Kraftstoffs zu. Gewöhnlich liegt der Schwefelgehalt von Otto- und Diesel-Kraftstoffen unter 50 ppm. In einigen Regionen Europas sind jedoch noch Kraftstoffe mit höheren Schwefelgehalten zugelassen. Ähnliche Verhältnisse liegen auch auf anderen Kontinenten vor.
• Fährt also ein Fahrzeug, welches mit einem Stickoxid-Speicherkatalysator an einem Magermotor oder Dieselmotor ausgerüstet ist, von einer Region mit geringem Schwefelgehalt im Kraftstoff in eine Region mit hohem Schwefelgehalt im Kraftstoff ein, so wird die elektronische Motorsteuerung eine entsprechend häufigere Desulfatisierung des Stickoxid-Speicherkatalysators einleiten. Damit sind erhöhter Kraftstoffverbrauch und schnellere Alterung des Stickoxid-Speicherkatalysators verbunden.
• Die DE 101 58 480 C1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Motors an einem Kraftfahrzeug, wobei als Fahrzustandsparameter Navigationssignale von einem externen Navigationssystem eingelesen werden, um zum Beispiel die Entschwefelung eines Stickoxid-Speicherkatalysators vorzugsweise bei einer Autobahnfahrt vorzunehmen.
• Ebenso offenbart die WO 01/25606 A1 ein Steuergerät zur Regeneration eines Speicherkatalysators, das mit einem Navigationssystem verbunden ist. Das Navigationssystem ermittelt vor dem Start der Regeneration auf der Basis der bekannten Routeninformation, zu welchem Zeitpunkt und an welchem Ort der Speicherkatalysator regeneriert werden kann, ohne örtliche Vorschriften für Emissionen zu verletzen.
• Auch die EP 0 859 132 A1 beschreibt ein Emissionssteuergerät, welches die Informationen über den Fahrzustand aus einem Navigationssystem bei der Regeneration zum Beispiel eines Stickoxid-Speicherkatalysators verwendet.
• Keines dieser Patentdokumente läßt erkennen, wie die mit den regional unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten verbundenen Probleme gelöst werden können. Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, welches die beschriebenen Nachteile beim Durchqueren von Regionen mit unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten lösen kann.
• Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Kraftfahrzeug aus, welches mit einem mager betriebenen Benzinmotor oder mit einem Dieselmotor ausgerüstet ist und eine elektronische Motorsteuerung sowie ein Navigationssystem aufweist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Motorsteuerung im Falle des mager betriebenen Benzinmotors auf stöchiometrischen Betrieb umschaltet oder im Falle des Dieselmotors die automatische Entschwefelung des Stickoxid-Speicherkatalysators unterbindet, wenn das Navigationssystem erkennt, daß sich das Fahrzeug in einer Region mit hohem Schwefelgehalt im Kraftstoff bewegt.
• Erfindungsgemäß wird also der mager betriebene Benzinmotor in Regionen mit hohem Schwefelgehalt im Kraftstoff auf stöchiometrischen Betrieb umgeschaltet. Der Stickoxid-Speicherkatalysator wirkt in diesem Fall als Dreiweg-Katalysator. Wie oben ausgeführt wurde, zersetzen sich die auf dem Katalysator gebildeten Sulfate unter stöchiometrischen oder fetten Abgasbedingungen schon bei Abgastemperaturen oberhalb von 600°C. Diese Temperaturen werden beim stöchiometrisch betriebenen Benzinmotor in der Regel häufig erreicht. Im Falle eines Dieselmotors kann nicht auf einen dauernden stöchiometrischen Betrieb umgeschaltet werden. Daher wird bei hohen, den Grenzwert überschreitenden Schwefelgehalten erfindungsgemäß die Desulfatisierung des Speicherkatalysators durch die Motorsteuerung blockiert.
• Bevorzugt erfolgt die Umschaltung auf stöchiometrischen Betrieb beziehungsweise die Unterbindung der automatischen Entschwefelung erst dann, wenn der bei der Einfahrt in die Region mit hohem Schwefelgehalt im Tank noch vorhandene Kraftstoff aufgebraucht ist und nachgetankt werden muß. Ebenso schaltet die Motorsteuerung bevorzugt erst dann wieder in den Normalbetrieb zurück, wenn das Fahrzeug in eine Region mit den für das Fahrzeug vorgeschriebenen Kraftstoffqualitäten einfährt und der Kraftstoff mit höherem Schwefelgehalt verbraucht ist. Alternativ kann die Umschaltung auf stöchiometrischen Betrieb beziehungsweise die Unterbindung der automatischen Entschwefelung auch dann eingeleitet werden, wenn die Messung der Stickoxidkonzentration zum Beispiel mit einem Stickoxidsensor hinter dem Stickoxidspeicherkatalysator einen bestimmten Schwellwert überschreitet.

Claims (3)

1. Verfahren zum Betreiben eines Stickoxid-Speicherkatalysators an einem Kraftfahrzeug unter Berücksichtigung regionaler Kraftstoffqualitäten, wobei das Kraftfahrzeug mit einem mager betriebenen Benzinmotor oder mit einem Dieselmotor ausgerüstet ist und eine elektronische Motorsteuerung sowie ein Navigationssystem aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Motorsteuerung im Falle des mager betriebenen Benzinmotors auf stöchiometrischen Betrieb umschaltet oder im Falle des Dieselmotors die automatische Entschwefelung des Stickoxid-Speicherkatalysators unterbindet, wenn das Navigationssystem erkennt, daß sich das Fahrzeug in einer Region mit hohem Schwefelgehalt im Kraftstoff bewegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung auf stöchiometrischen Betrieb beziehungsweise die Unterbindung der automatischen Entschwefelung erst dann erfolgt, wenn der bei der Einfahrt in die Region mit hohem Schwefelgehalt im Tank noch vorhandene Kraftstoff aufgebraucht ist und nachgetankt werden muß.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Motorsteuerung wieder in den Normalbetrieb zurückschaltet, wenn das Fahrzeug in eine Region mit der für das Fahrzeug vorgeschriebenen Kraftstoffqualität einfährt und der Kraftstoff mit höherem Schwefelgehalt verbraucht ist.