DE102005063204A1 - Auslegung und Betrieb einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine mit angepasster Abgasnachbehandlung - Google Patents

Auslegung und Betrieb einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine mit angepasster Abgasnachbehandlung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auslegung einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine mit einer mit einem Katalysator versehenen Abgasanlage. Der Katalysator weist eine Dreiwegebeschichtung mit einer zusätzlichen NO¶x¶-Speicherkomponente auf bei dem im Magerbetrieb bei Teillast eine 50%-NO¶x¶-Sättigung innerhalb eines Zeitintervalls zwischen 20 und 60 C erreicht wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine mit einem Katalysator mit einer Dreiwegebeschichtung mit einer zusätzlichen NO¶x¶-Speicherkomponente wobei im Magerbetrieb bei Teillast eine 50%-NO¶x¶-Sättigung innerhalb eines Zeitintervalls zwischen 20 und 60 Sekunden erreicht wird und eine Anfettung des Luft-/Kraftstoffgemischs zum Bauteilschutz erst bei einer Temperatur von mehr als 800 DEG C erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft die Auslegung sowie den Betrieb einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine jeweils gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
  • Bekannte zur Abgasreinigung eingesetzte Katalysatorsysteme für magerlauffähige Brennkraftmaschinen umfassen häufig mindestens einen motornah angeordneten, kleinvolumigen Vorkatalysator und mindestens einen weiter stromab des Vorkatalysators angeordneten größeren Hauptkatalysator. Derartige Katalysatorsysteme sind häufig als Oxidationskatalysatoren zur Konvertierung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO), als Reduktionskatalysatoren zur Reduzierung von Stickoxiden (NOx) oder als Dreiwegekatalysatoren zur gleichzeitigen oxidativen und reduktiven Konvertierung von Schadstoffen ausgestaltet. Gegenwärtig erfordert die Realisierung von Konzepten magerlauffähiger Brennkraftmaschinen den Einsatz von Mager-Katalysatoren, die in mageren Betriebsphasen in denen die Brennkraftmaschine mit einem sauerstoffreichen Luft-Kraftstoffgemisch (mit Lambda > 1) beaufschlagt wird, Stickoxide NOx einspeichern, um diese in fetten Betriebsphasen (mit Lambda < 1) wieder freizusetzen und zu reduzieren. Derartige NOx-Speicherkatalysatoren erweitern den zulässigen Lambda > 1 Bereich eines mit Last-Drehzahl-Kernfeldes einer derartigen Brennkraftmaschine, stellen jedoch hohe Anforderungen an die Motorsteuerung, um unter möglichst vielen Betriebsbedingungen ein Optimum hinsichtlich der Abgasschadstoffemission und des Kraftstoffverbrauchs zu erzielen. Problematisch ist dabei insbesondere, dass ein NOx-Speicherkatalysator hohe Herstellungskosten aufweist und bei magerem Abgas nur in einem relativ schmalen Temperaturbereich ausreichend hohe Stickoxidkonvertierungsraten erreicht und daher in einem weiten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine in diesem Temperaturbereich gehalten werden muss, um den Magerbetrieb zu ermöglichen. Der Magerbetrieb muss insbesondere verlassen werden, wenn die Katalysatortemperatur über eine obere Temperaturgrenze steigt, wie es beispielsweise mit steigenden Fahrzeuggeschwindigkeiten oder höheren Belastungen auftreten kann. Durch Alterungsprozesse des NOx-Speicherkatalysators kann sich das Emissionsverhalten eines derartigen magerlauffähigen Motors im Magerbereich im Laufe der Zeit verschlechtern. Um eine vorgeschriebene Emissionsstabilität zu gewährleisten, ist es daher aus dem Stand der Technik bekannt, das sogenannte Magerbetriebsfenster, in dem ein derartiger Motor mit einem mageren Gemisch betrieben wird, einzuschränken. So ist beispielsweise aus der DE 198 50 786 A1 ein Verfahren zur Regelung eines NOx-Adsorberkatalysators bekannt, bei dem der Magerbetrieb gesperrt wird, wenn die Katalysatortemperatur kleiner als eine vorbestimmte minimale Grenztemperatur oder größer als eine vorgegebene maximale Grenztemperatur ist, wobei die minimale und maximale Grenztemperatur veränderbare Größen sind.
  • Ferner weisen heutige NOx-Katalysatoren gegenüber Dreiwegekatalysatoren eine deutlich geringere Hochtemperaturstabilität auf. Eine starke thermische Belastung ist insbesondere in Betriebspunkten der Brennkraftmaschine mit Vollgas oder oberer Teillast zu erwarten. Neben einer temperatur-protektiven Auslegung der Abgasanlage ist daher häufig eine thermische Bauteilschutzstrategie notwendig, um das Katalysatorsystem auch bei stark dynamischen Fahrzuständen nicht oberhalb der thermischen Belastbarkeitsgrenze zu betreiben, was eine unzulässig starke Alterung des Katalysatorsystems zur Folge haben könnte.
  • Zum Bauteilschutz des Katalysatorsystems gegen eine zu hohe thermische Belastung kann die Brennkraftmaschine mit einem angefetteten Motor-Lambdawert betrieben werden. Dabei wird ein Luft-Kraftstoffgemisch verwendet, das einen höheren Anteil an Kraftstoff aufweist als zur Realisierung der geforderten Leistung benötigt wird. Der überschüssige Kraftstoff wird unverbrannt durch den Brennraum des Motors befördert und kühlt als unverbrannter Teil des Abgases den Katalysator. Die Anfettung des Luft-Kraftstoffgemischs führt zu einem deutlich höheren Kraftstoffverbrauch, als es für den Betrieb bei der angeforderten Leistung notwendig wäre. Ferner kann bei derartiger Anfettung das für die katalytische Abgasreinigung mit einem Dreiwegesystem optimale Luft-Kraftstoffverhältnis Lambda = 1,0 häufiger nicht eingehalten werden, so dass die Konvertierungsleistung des Abgasreinigungssystems sinkt.
  • Vor allem für kleinere und drehmomentorientierte Brennkraftmaschine deren Einsatz in kompakten Automobilien attraktiv ist, sind Abgasturboladerkonzepte von Bedeutung, mit denen die Leistungsdichte bei gleichem Hubvolumen erhöht, eine Drehmomentsteigerung erreicht und darüber hinaus ein Downsizing größerer Motoren verwirklicht werden kann. Problematisch bei dem Einsatz von Abgasturboladern bei magerlauffähigen Brennkraftmaschinen ist jedoch die erhöhte thermische Belastung der abgasführenden Teile, sowie eine negative Beeinflussung des Ansprechverhaltens von NOx-Speicherkatalysatoren.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher eine Auslegung einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine, um auf einfache Weise der Kennfeldbereich eines Betriebs mit Lambda > 1 gegenüber einem Dreiwegekatalysator zu vergrößern.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren ein Katalysator gewählt, der eine Dreiwegebeschichtung mit einer zusätzlichen NOx-Speicherkomponente aufweist und im Magerbetrieb bei Teillast innerhalb eines Zeitintervalls zwischen 20 und 60 Sekunden eine 50%-NOx-Sättigung erreicht. Das Sättigungsverhalten eines typischen Dreiwegekatalysators für NOx im Magerbetrieb bei Teillast ist durch eine 50%-NOx-Sättigung innerhalb eines Zeitintervalls zwischen 2 und 10 Sekunden charakterisiert. Als 50%-NOx-Sättigung wird dabei eine Reduktion der vor dem Katalysator vorliegenden NOx-Konzentration im Abgas um 50% stromab des Katalysators bezeichnet. Im Unterschied hierzu weist ein NOx-Speicherkatalysator eine 50%-NOx-Sättigung im Magerbetrieb bei Teillast innerhalb eines Zeitintervalls zwischen 350 und 550 Sekunden auf. Gegenüber dem zwar von den Herstellungskosten günstigen aber aufgrund des ungünstigen NOx-Sättigungsverhalten im Magerbetrieb bei Teillast nicht einsetzbaren Dreiwegekatalysators, weist der NOx-Speicherkatalysator ein günstigeres NOx-Sättigungsverhalten auf, was jedoch mit höheren Herstellungskosten, einem höheren Aufwand zur NOx-Regenerationssteuerung und einer fehlenden Hochtemperaturbeständigkeit erkauft werden muss. Die erfindungsgemäße Lösung, bei der gezielt eine 50%-NOx-Sättigung innerhalb eines Zeitintervalls zwischen 20 und 60 Sekunden im Magerbetrieb bei Teillast vorgesehen ist, vermeidet dagegen die Nachteile der konventionellen Auslegungen einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine mit einem Dreiwegekatalysator oder einem NOx-Speicherkatalysator.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Auslegung wird vereinfacht, wenn der Katalysator auf eine 50%-NOx-Sättigung zumindest in einem Betriebspunkt mit einer Drehzahl von 2.000 1/m einer Last von 3 bar, einer Katalysatortemperatur von 350°C und einem NOx-Massenstrom von 5 mg/sec ausgelegt wird. Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Katalysator beim Magerbetrieb eine Arbeitstemperatur in einem Bereich von 300°C und 350°C aufweist.
  • Eine weitere Vereinfachung der Auslegung wird erreicht, wenn der Katalysator eine NOx-Konversionsrate von mehr als 90 Prozent bei einem Abgasmassenstrom in einem Bereich zwischen 10 und 60 kg/h und einem NOx-Massenstrom zwischen 2 und 15 m/sec bei einer Drehzahl in einem Bereich zwischen 2.000 und 2.500 1/sec und einer Last in einem Bereich zwischen 2 und 5,5 bar ausgelegt ist.
  • Als zusätzliche NOx-Speicherkomponente gegenüber einer Dreiwegebeschichtung sind Alkali- oder Erdalkaliverbindungen, vorzugsweise Barium-Verbindungen vorgesehen.
  • Wenn die Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader versehen ist, lässt sich eine Leistungsverdichtung, eine Drehmomentsteigerung und ein Downsizing mit einem geringen Kraftstoffverbrauch, wie er mit einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine erreichbar ist, sowie der Einhaltung einer hohen Abgasqualität, insbesondere nach EU-Norm EU 4 erreichen.
  • Es ist zweckmäßig den Katalysator motornah gegebenenfalls unmittelbar nach einem Abgaskrümmer, oder gegebenenfalls unmittelbar nach einem Abgasturbolader anzuordnen. Bevorzugt ist es, wenn zwischen Katalysatoreingang und Motorausgange eine Abgaslauflänge in einem Bereich zwischen 50 und 75 cm vorgesehen ist. Eine motornahe Anordnung des Katalysators, insbesondere in einem Bereich von 50 bis 75 cm wird ermöglicht, wenn die zusätzliche NOx-Speicherkomponente hochtemperaturbeständig ist.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Brennkraftmaschine mit einem Steuerungssystem zur Regeneration des Katalysators ausgestattet, wobei das Steuerungssystem zumindest einen in der Abgasanlage angeordneten Lambdasensor umfasst. Bevorzugt ist, wenn das Steuerungssystem mit einem stromauf des Katalysators angeordneten Lambdasensor ausgestattet ist. Die Kosten für stromab des Katalysators ansonsten angeordnete Lambda- oder NOx-Sensoren können eingespart werden. Es versteht sich, dass in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auch stromab des Katalysators vorgesehene Lambdasensoren Bestandteile eines Katalysatorsteuerungssystems sein können.
  • Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Betrieb einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine mit einer mit einem Katalysator versehenen Abgasanlage wobei der Katalysator eine Dreiwegebeschichtung mit einer zusätzlichen NOx-Speicherkomponente aufweist, die derart gewählt ist, dass eine Anfettung des Luft/Kraftstoffgemischs zum Bauteilschutz erst bei einer Temperatur von mehr als 400°C, 500°C, 600°C, 700°C, 800°C, 900°C, 1000°C, 1100°C oder 1200°C erfolgt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Brennkraftmaschine keine aktive Regelung der NOx-Regeneration auf. Statt der aktiven Regelung der NOx-Regeneration erfolgt hier eine zufällige Regelung im Zusammenhang mit den abwechselnden Mager- und Fettphasen, wie sie von der Motorsteuerung entsprechend dem jeweiligen aktuellen Fahrverhalten eingestellt werden.
  • Bevorzugt ist eine Auslegung, wobei der Katalysator nach einer Ofenalterung bei 900°C und 10 Stunden in einem alternierenden Betrieb zwischen Volllast und Schub eine Verminderung der NOx-Konversionsrate um weniger als 20 Prozent gegenüber einem gealterten Katalysator aufweist, da damit eine hohe Abgasstabilität zu erreichen ist.
    •
  • Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von der Zusammenfassung in den Ansprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand von Zeichnungen.
  • Die Zeichnungen zeigen in
  • 1 eine magerlauffähige Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasanlage
  • 2 das zeitliche NOx-Sättigungsverhalten im Magerbetrieb von verschiednen Auslegungskonzepten einer Brennkraftmaschine
  • 3 Kenndfeldbereiche mit Magerbetrieb für verschiedene Katalysatorkonzepte.
  • Der in 1 schematisch dargestellte magerlauffähige Verbrennungsmotor 1 ist vorzugsweise ein direkt einspritzender Ottomotor oder ein Dieselmotor und hat einen Lufteinlasskanal 2 und ein Abgasreinigungssystem 3, mit einer Abgasturboladeeinrichtung 4. Motornah ist im Abgasreinigungssystem 3 eine Katalysatoreinrichtung 5 angeordnet, die im Folgenden noch genauer beschrieben wird. Abweichend von 1 kann auch auf die Abgasturboladeeinrichtung 5 verzichtet werden. Stromab der Katalysatoreinrichtung 5 ist ein weiterer Katalysator 7 angeordnet.
  • Abweichend von 1 kann auch auf den weiteren Katalysator 7 verzichtet werden. Im Lufteinlass-kanal 2 ist eine Drosselklappe 8 angeordnet, die beispielsweise mittels eines Stellmotors 9 zu öffnen und zu schließen ist. Zur Kontrolle der Turboladeeinrichtung ist ein Stellmittel 10 vorgesehen, das mit einem Motorsteuergerät 13 verbunden ist.
  • Eine Lambdasonde 12 ist im Abgasreinigungssystem 3 stromaufwärts der Katalysatoreinrichtung 5 angeordnet, mit der der Sauerstoffgehalt des Abgases ermittelt werden kann. Eine weitere Lambdasonde 12' kann stromaufwärts des Katalysators 7 angeordnet sein. Die Lambdasonden 12, 12' können als Zwei-Punkt- oder als Breitbandsonden ausgeführt sein. Stromab des Katalysators 7 ist ein optionaler NOx-Sensor 14, ggf. mit einem Ausgang für ein Zwei-Punkt- und/oder ein Breitband-Lambdasignal angeordnet. Bevorzugt ist jedoch abweichend von der 1 eine Ausführungsform ohne NOx-Sensor. Die Signale der Lambdasonde 12 und ggfs. des NOx-Sensors 14 werden einem Steuergerät 13 zugeführt, welches insbesondere den Stellmotor 9 der Lufteinlassdrossel 8 und das Stellmittel 10 ansteuert. Ferner erhält das Steuergerät 13 weitere motorrelevante Werte, wie bspw. die Drehzahl N des Motors und sowie den Lastwert.
  • Der Verbrennungsmotor 1 wird derart betrieben, dass eine den vorgeschriebenen Abgasgrenzwerten entsprechende Emission an Schadstoffen, insbesondere Kohlenwasserstoffen (HC), Kohlenmonoxid (CO) und/oder Stickoxid (NOx) nicht überschritten wird. Besonders bevorzugt ist ein Betrieb mit einem mageren Gemisch. Die Höhe der Grenzwerte wird üblicherweise während sogenannter Fahrzyklen vorgeschrieben. In den EU-Ländern wird beispielsweise gemäß der EU-Richtlinie 91/441/EWG von dem neuen europäischen Fahrzyklus NEFZ ein Geschwindigkeitsprofil vorgegeben, das einem typischen Stadt- und Überlandverkehr entsprechen soll. Ein Test entsprechend dem NEFZ hat eine Gesamtdauer von 1180 s, wobei die zurückgelegte Fahrstrecke 11,007 km beträgt. Die gemessenen kumulierten Emissionen während des Fahrzyklus werden auf die Fahrstrecke bezogen.
  • Zur Sicherung des Bauteilschutzes ist ein gewisser zeitlicher Anteil des Betriebes der Brennkraftmaschine nur mit Anfettung des Motor-Lambda-Werts während des NEFZ oder eines anderen Fahrprofils, insbesondere bei einem Betrieb mit Vollast oder einer oberen Teillast möglich.
  • Erfindungsgemäß wird zur Auslegung einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine ein Katalysator 5 mit einer Dreiwegebeschichtung mit einer zusätzlichen NOx- Speicherkomponente eingesetzt, die im Magerbetrieb bei Teillast eine 50%-NOx-Sättigung innerhalb eines Zeitintervalls zwischen 20 und 60 Sekunden erreicht. Der Katalysator 7 kann ebenso wie der Katalysator 5 oder auch konventionell aufgebaut sein.
  • In 2 ist zur Veranschaulichung das NOx-Sättigungsverhalten von drei Auslegungskonzepten dargestellt. Dabei wird das Verhältnis der NOx-Konzentration im Abgas relativ zur NOx-Konzentration stromauf des Katalysators in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Zum Zeitpunkt t = 0 wird ein NOx-freier Katalysator im Magerbetrieb mit Abgas beaufschlagt. Die Ordinate beschreibt das Verhältnis zwischen NOx-Konzentration stromab des Katalysators zur NOx-Konzentration stromauf des Katalysators. Bei dem erfindungsgemäßen Katalysator mit einer zusätzlichen NOx-Speicherkomponente nach ca. 30 bis 60 Sekunden das genannte Verhältnis auf 50% angestiegen. Diese Kurve ist in 2 mit B bezeichnet. Im Vergleich dazu ist der Kurve A das NOx-Sättigungsverhalten eines Dreiwegekatalysators ohne zusätzliche NOx-Speicherkomponente beschrieben. Eine 50%-NOx-Sättigung ist im Fall der Kurve A innerhalb eines Zeitintervalls zwischen 2 und 10 Sekunden erreicht. Dem entspricht eine nur geringe NOx-Speicherfähigkeit des Dreiwegekatalysators ohne zusätzliche NOx-Speicherkomponente. Mit C ist die Kurve bezeichnet, die das NOx-Sättigungsverhalten eines konventionellen NOx-Speicherkatalysators beschreibt. Dieser erreicht in einer Zeit die in einem Zeitintervall zwischen 350 und 550 Sekunden liegt eine 50%-NOx-Sättigung. Der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine liegt in allen Fällen A, B, C in einem Teillastbereich bei einer Drehzahl von 2.000 1/min einer Last von 3 bar, einer Arbeitstemperatur von 350°C im Katalysator bei einem NOx-Massenstrom von 5 mg/sec.
  • Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Katalysator 5 entspricht in seinem Aufbau weitgehend dem bekannten Dreiwegekatalysator und weist einen wabenförmigen Träger mit einer als Washcoat ausgebildeten Oberfläche mit einer Edelmetallbeladung auf. Allerdings enthält die Beschichtung zusätzlich NOx-Speicherkomponenten, durch die die NOx-Speicherfähigkeit gegenüber der eines Dreiwegekatalysators verbessert wird. Bei den zusätzlichen NOx-Speicherkomponenten handelt es sich um Alkali- oder Erdalkaliverbindungen. Bevorzugt sind Barium-Verbindungen, beispielsweise Bariumoxid. Die NOx-Speicherfähigkeit wächst mit steigender Konzentration der NOx-Speicherkomponenten, beispielsweise von Alkalibeziehungsweise Erdalkali-Bestandteilen des Katalysators. Erfindungsgemäß wird gezielt die in der Katalysatorbeschichtung enthaltene Menge von NOx-Speicherkomponenten so gewählt, dass eine 50%-NOx-Sättigung innerhalb eines Zeitintervalls zwischen 30 und 60 Sekunden im Magerbetrieb bei Teillast erreicht wird. Dies wirkt sich auch in Richtung einer erhöhten Temperaturbeständigkeit der Beschichtung aus, da die thermische Alterung bei einem Katalysator mit einer NOx-Speicherkomponente mit einem Wachstum der Teilchengröße und damit einem Verlust an katalytisch aktiver Oberfläche zusammenhängt. Bevorzugt ist eine Beschichtung durch die sich eine Alterungsstabilität des Katalysators bis zu einem Wert von 1.100°C und mehr erreichen lässt.
  • Der Katalysator 5 bei der erfindungsgemäßen Auslegung der Brennkraftmaschine ist vorzugsweise motornah angeordnet. Vorzugsweise ist der Katalysator unmittelbar nach einem in 1 nicht dargestellten Abgaskrümmer angeordnet. Falls die Brennkraftmaschine eine Abgasturboladeeinrichtung aufweist, ist eine Abgaslauflänge in einem Bereich zwischen 50 und 75 Zentimeter zwischen Katalysatoreingang und Motor und der Turbinenschaufel vorgesehen. Zwischen Katalysatoreingang und Motorausgang ist eine Abgaslauflänge in einem Bereich zwischen 50 und 75 Zentimeter vorgesehen. Der mit einer zusätzlichen NOx-Speicherkomponente versehene Katalysator 5 kann näher an der Brennkraftmaschine angeordnet sein als üblicherweise. Auf einen Vorkatalysator kann verzichtet werden.
  • In 3 sind die Kennfeldbereiche in denen Magerbetrieb mit einem Lambdawert > 1 möglich ist für verschiedene Auslegungen einer Brennkraftmaschine veranschaulicht. In 3 ist der mit A bezeichnete Kennfeldbereich gemäß der Auslegung der Brennkraftmaschine mit einem Katalysator mit dem NOx-Sättigungsverhalten wie in 2, der mit B bezeichnete Bereich der mit B bezeichneten Kurve der 2 und der mit C bezeichnete Bereich der Kurve C in 2 zugeordnet. Der Bereich B ist deutlich größer als der Bereich A. Andererseits nimmt der Bereich C ca. 25 Prozent des Gesamtkennfeldes ein. Der Bereich B nimmt erfindungsgemäß einen Bereich zwischen 5 und 10 Prozent ein. Der Kennfeldbereich rechts und oben von der gestrichelten Kurve, die die Begrenzung des Bereichs C darstellt, bezeichnet den Lambda = 1 Bereich, in dem kein Magerbetrieb vorgesehen ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein geringerer Bauteilschutz beim Betrieb einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine als im Stand der Technik notwendig vorgesehen. Die Brennkraftmaschine ist dabei mit einer Abgasanlage ausgerüstet, die mit einem Katalysator versehen ist, der eine Dreiwegebeschichtung mit einer zusätzlichen NOx-Speicherkomponente aufweist und in Magerbetrieb bei Teillast eine 50%-NOx-Sättigung innerhalb eines Zeitintervalls zwischen 20 und 60 Sekunden erreicht. Eine Anfettung des Luft-/Kraftstoffgemischs zum Bauteilschutz ist erfindungsgemäß erst bei einer Temperatur von mehr als 700°C, 800°C, 900°C, 1000°C, 1100°C oder 1200°C vorgesehen.
  • Ferner ist vorgesehen, dass ein zeitlicher Anteil eines Betriebs ohne Anfettung für einen Bauteilschutz, insbesondere bei Volllast oder einer oberen Teillast für ein vorgegebenes Fahrprofil gegenüber einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasreinigungsvorrichtung mit einem NOx-Katalysator erhöht ist, vorzugsweise um mindestens 10%.
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    Lufteinlasskanal
    3
    Abgasreinigungssystem
    4
    Abgasturboladeeinrichtung
    5
    Katalysatoreinrichtung
    7
    Katalysator
    8
    Drosselklappe
    9
    Stellmotor
    10
    Stellmittel
    11
    Lambdasonde
    13
    Steuergerät
    14
    NOx-Sensor

Claims (10)

  1. Verfahren zur Auslegung einer magerbetriebsfähigen Brennkraftmaschine mit einem Katalysator versehenen Abgasanlage dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator eine Dreiwegebeschichtung mit einer zusätzlichen NOx-Speicherkomponente aufweist, wobei im Magerbetrieb bei Teillast der Katalysator in thermisch ungeschädigtem Zustand innerhalb eines Zeitintervalls zwischen 20 und 60 Sekunden eine 50%-NOx-Sättigung erreicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator auf eine 50%-NOx-Sättigung zumindest in einem Betriebpunkt der Brennkraftmaschine mit einer Drehzahl von 2.000 1/min, einer Last von 3 bar bei einer Katalysatortemperatur von 350°C und einem NOx-Massenstrom von 5 mg/sec ausgelegt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator eine Arbeitstemperatur in einem Bereich zwischen 300°C und 350°C aufweist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator eine NOx-Konversionsrate von mehr als 90 Prozent bei einem Abgasmassenstrom in einem Bereich zwischen 10 und 60 kg/h und einem NOx-Massenstrom zwischen 2 und 15 mg/sec, vorzugsweise bei einem Bereich zwischen 2 und 5,5 bar ausgelegt ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die NOx-Speicherkomponente in Form einer Alkali- oder Erdalkaliverbindungen, vorzugsweise als Barium-Verbindung oder Bariumoxid-Verbindung vorliegt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader versehen ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine mit einem Katalysatorsteuerungssystem ausgestattet ist, welches zumindest einen in der Abgasanlage angeordneten Lambdasensor umfasst.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatorsteuerungssystem einen stromab des Katalysators. angeordneten Lambda- und/oder NOx-Sensor umfasst.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine keine aktive Regelung der NOx-Regeneration über einen dem Katalysator nachgeschalteten Sensor aufweist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator nach einer Ofenalterung von 10 Stunden bei 900°C eine Verminderung der NOx-Konversionsrate um weniger als 20 Prozent gegenüber dem Wert vor der Ofenalterung aufweist.
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