DE102014226659A1 - A method of operating a methane oxidation catalyst and exhaust aftertreatment system - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Methanoxidationskatalysators (13) in einem Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine (10) wird der Methanoxidationskatalysator einer Gaszusammensetzung ausgesetzt, die reaktivierend auf den Methanoxidationskatalysator wirkt, wodurch eine Aktivitätssteigerung des Methanoxidationskatalysators erreicht wird.In a method of operating a methane oxidation catalyst (13) in an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine (10), the methane oxidation catalyst is exposed to a gas composition reactivating to the methane oxidation catalyst, thereby increasing the activity of the methane oxidation catalyst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Methanoxidationskatalysators in einem Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine sowie ein Abgasnachbehandlungssystem, das wenigstens einen Methanoxidationskatalysator umfasst.The present invention relates to a method of operating a methane oxidation catalyst in an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine and an exhaust aftertreatment system comprising at least one methane oxidation catalyst.

Stand der TechnikState of the art

Es sind Brennkraftmaschinen bekannt, die sowohl mit einem Methan-haltigen Gas, beispielsweise Erdgas oder Methan, als auch mit einem Gemisch aus Gas und einem anderen Kraftstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff, betrieben werden können.Internal combustion engines are known which can be operated both with a methane-containing gas, for example natural gas or methane, and with a mixture of gas and another fuel, for example diesel fuel.

Reine Gasmotoren leiten sich oftmals von Otto- oder Dieselmotoren ab, wobei in der Regel eine Fremdzündung zur Zündung des Gas/Luft-Gemisches mithilfe von Zündkerzen erfolgt. Bei Diesel/Gasmotoren geht der Motor im Prinzip von einem Dieselmotor aus, der sowohl einen reinen Dieselbetrieb als auch einen gemischten Betrieb mit Dieselkraftstoff und Gas erlaubt. Hierbei wird ein Teil des Diesel-Heizwertes durch Gas ersetzt. Die Zündung des gesamten Brennstoffes, also des Diesel-Gas/Luft-Gemisches, erfolgt über den Dieselanteil. Hierbei sind Substitutionsraten des Dieselkraftstoffs durch Gas von bis zu 70 % möglich. Pure gas engines are often derived from gasoline or diesel engines, where usually a spark ignition to ignite the gas / air mixture is carried out using spark plugs. In diesel / gas engines, the engine is basically based on a diesel engine that allows both pure diesel operation and mixed operation with diesel fuel and gas. Here, part of the diesel heating value is replaced by gas. The ignition of the entire fuel, so the diesel gas / air mixture, via the diesel component. In this case, substitution rates of the diesel fuel by gas of up to 70% are possible.

Bei allen Ansätzen, die zumindest teilweise auf der Verbrennung von Methan-haltigem Gas beruhen, tritt das Problem von hohen, rohmotorischen Methan-Emissionen auf. Vor allem aus Gründen des Klimaschutzes müssen die Methan-Emissionen im Rahmen einer Abgasnachbehandlung reduziert werden. Es sind Methanoxidationskatalysatoren (MOC) bekannt, die auf Basis von Palladium-reichen Formulierungen das im Abgas enthaltene Methan oxidieren. Hierfür können Formulierungen eingesetzt werden, die ein Gewichtsverhältnis von Palladium (Pd) zu Platin (Pt) von bis zu beispielsweise 7:1 oder sogar noch größer aufweisen. Andere Methanoxidationskatalysatoren basieren auf sogenannten Palladium-Only-Formulierungen, wie z.B. Pd/Aluminiumoxid. Im Allgemeinen ist bei solchen Formulierungen jedoch erst oberhalb von 400° Celsius ein gewisser Methanumsatz zu beobachten. Zur vollständigen Oxidation sind oftmals Temperaturen von weit über 500° Celsius nötig. In all approaches based at least in part on the combustion of methane-containing gas, the problem of high, raw-engine methane emissions occurs. Especially for reasons of climate protection, the methane emissions must be reduced as part of an exhaust aftertreatment. Methane oxidation catalysts (MOCs) are known which oxidize the methane contained in the exhaust gas on the basis of palladium-rich formulations. For this purpose, it is possible to use formulations which have a weight ratio of palladium (Pd) to platinum (Pt) of up to, for example, 7: 1 or even greater. Other methane oxidation catalysts are based on so-called palladium-only formulations, e.g. Pd / alumina. In general, with such formulations, however, only a certain methane conversion can be observed above 400 ° Celsius. For complete oxidation often temperatures of well over 500 ° C are necessary.

Es ist bekannt, dass Methanoxidationskatalysatoren, insbesondere Palladium-reiche Methanoxidationskatalysatoren, extrem schwefelempfindlich sind und bereits nach kurzer Laufzeit mit schwefelhaltigem Gas oder Diesel eine dramatische Verschlechterung ihrer Oxidationswirkung zeigen. Doch sogar in Abwesenheit von Schwefel ist im mageren Abgas bei Palladium-reichen Katalysatoren und insbesondere bei Palladium-Only-Formulierungen ein schleichender Rückgang der Methanoxidationsaktivität festzustellen ( M. Lyubovsky, M. und Pfefferle, L.; Catalysis Today 47 (1999); Seiten 29–44 ). Weiterhin wird ein oszillierendes Verhalten von Palladium-reichen Katalysatoren beschrieben ( R. Schwidernoch; Dissertation Universität Heidelberg; 2005 ).It is known that methane oxidation catalysts, in particular palladium-rich methane oxidation catalysts, are extremely sensitive to sulfur and already after a short runtime with sulfur-containing gas or diesel show a dramatic deterioration of their oxidation effect. However, even in the absence of sulfur, a creeping decline in methane oxidation activity is observed in lean exhaust gas in palladium-rich catalysts, and especially in palladium-only formulations ( M. Lyubovsky, M. and Pfefferle, L .; Catalysis Today 47 (1999); Pages 29-44 ). Furthermore, an oscillatory behavior of palladium-rich catalysts is described ( R. Schwidernoch; Dissertation University of Heidelberg; 2005 ).

Die deutsche Übersetzung DE 11 2011 104 327 T5 einer internationalen Patentanmeldung betrifft ein Abgassystem mit einem Dieseloxidationskatalysator. Stromaufwärts des Dieseloxidationskatalysators ist ein Injektor für Kraftstoff vorgesehen, so dass Salven eines Kraftstoffs direkt in den Abgasstrang eingespritzt werden können. Durch Kontakt der eingespritzten Kohlenwasserstoffe mit einer Oxidschicht des Dieseloxidationskatalysators kann eine regenerierende Wirkung erreicht werden. The German translation DE 11 2011 104 327 T5 An international patent application relates to an exhaust system with a diesel oxidation catalyst. Upstream of the diesel oxidation catalyst, an injector for fuel is provided so that salvoes of a fuel can be injected directly into the exhaust line. By contact of the injected hydrocarbons with an oxide layer of the diesel oxidation catalyst, a regenerating effect can be achieved.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Betreiben eines Methanoxidationskatalysators in einem Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine bereit. Erfindungsgemäß wird der Methanoxidationskatalysator einer Gaszusammensetzung ausgesetzt, die reaktivierend auf den Methanoxidationskatalysator wirkt. Hierdurch wird eine Aktivitätssteigerung des Methanoxidationskatalysators erreicht. Mit dieser Maßnahme kann ein schleichender Oxidationsaktivitätsverlust eines Methanoxidationskatalysators während dessen Laufzeit verringert oder vollständig vermieden werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass ein Methanoxidationskatalysator auch bei längerer Laufzeit eine ausreichende Methanoxidationsaktivität beibehält, so dass eine optimale Abgasnachbehandlung im Hinblick auf die Methanoxidation sichergestellt ist. In besonders vorteilhafter Weise ist das erfindungsgemäße Verfahren für Abgasnachbehandlungssysteme von Brennkraftmaschinen einzusetzen, die überwiegend magere Abgase produzieren und die zumindest anteilig Methan verbrennen, also insbesondere Gasmotoren oder Diesel/Gas-Motoren. Gerade diese Motoren oder Brennkraftmaschinen produzieren in der Regel hohe rohmotorische Methan-Emissionen, die im Zuge der Abgasnachbehandlung reduziert werden müssen. Der Brennkraftmaschinenbetrieb mit einem Luftüberschuss, also bei λ > 1 (Magerbetrieb), erlaubt im Allgemeinen keinen optimalen Betrieb eines Methanoxidationskatalysators, da die erforderlichen hohen Temperaturen für die Methanoxidation in der Regel nicht erreicht werden. Von daher ist es von besonderer Bedeutung, einer schleichenden Deaktivierung des Methanoxidationskatalysators entgegenzuwirken. Dies erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren, indem der Methanoxidationskatalysator einer reaktivierenden Gaszusammensetzung ausgesetzt wird. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn der Methanoxidationskatalysator der reaktivierend wirkenden Gaszusammensetzung periodisch ausgesetzt wird. Hierbei kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass nach einer gewissen Dauer eines Magerbetriebs der Methanoxidationskatalysator für eine gewisse Zeitspanne, insbesondere für eine kurze, nachfolgend noch näher beschriebene Zeitspanne, der reaktivierenden Gaszusammensetzung ausgesetzt wird. Unter „periodisch“ ist zu verstehen, dass die reaktivierend wirkende Gaszusammensetzung vorzugsweise regelmäßig wiederholt wird, beispielsweise kann die reaktivierend wirkende Gaszusammensetzung nach jeder Magerbetriebsphase oder nach jeweils einer bestimmten Zeitdauer einer Magerbetriebsphase der Brennkraftmaschine erzeugt werden. Die Dauer des regulären Magerbetriebs der Brennkraftmaschine vor der erfindungsgemäßen Reaktivierung des Methanoxidationskatalysators kann variabel sein. Eine Reaktivierung des Methanoxidationskatalysators gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann regelmäßig oder auch nach Bedarf erfolgen. The invention provides a method of operating a methane oxidation catalyst in an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine. According to the invention, the methane oxidation catalyst is exposed to a gas composition which reactivates to the methane oxidation catalyst. As a result, an increase in activity of the methane oxidation catalyst is achieved. With this measure, a creeping oxidation activity loss of a methane oxidation catalyst can be reduced or completely avoided during its runtime. In this way, it is ensured that a methane oxidation catalyst retains sufficient methane oxidation activity even with a longer transit time, so that an optimal exhaust aftertreatment with regard to the methane oxidation is ensured. In a particularly advantageous manner, the inventive method for exhaust aftertreatment systems of internal combustion engines to use that produce predominantly lean exhaust gases and at least partially burn methane, ie in particular gas engines or diesel / gas engines. Especially these engines or internal combustion engines usually produce high raw-engine methane emissions, which must be reduced in the course of exhaust aftertreatment. The internal combustion engine operation with an excess of air, ie at λ> 1 (lean operation), generally does not allow optimal operation of a methane oxidation catalyst, since the required high temperatures for the methane oxidation are not usually achieved. Therefore, it is of particular importance to counteract a gradual deactivation of the methane oxidation catalyst. This allows the process according to the invention by the methane oxidation catalyst of a reactivating gas composition is suspended. It is particularly advantageous here if the methane oxidation catalyst is periodically exposed to the reactivating gas composition. In this case, it may be provided, for example, that after a certain period of lean operation, the methane oxidation catalyst is exposed to the reactivating gas composition for a certain period of time, in particular for a short period of time described in more detail below. By "periodic" is meant that the reactivating gas composition is preferably periodically repeated, for example, the reactivating gas composition may be generated after each lean operating phase or each time a certain period of lean operation phase of the internal combustion engine. The duration of the regular lean operation of the internal combustion engine before the reactivation of the methane oxidation catalyst according to the invention can be variable. A reactivation of the methane oxidation catalyst according to the process of the invention can be carried out regularly or else as needed.

Die reaktivierend wirkende Gaszusammensetzung wirkt insbesondere reduzierend oder oxidierend auf die Formulierung bzw. das Material des Methanoxidationskatalysators. Hierdurch kann beispielsweise im Katalysator vorhandenes Palladiumoxid zumindest teilweise wieder zu metallischem Palladium reduziert werden, wodurch die Oxidationsaktivität des Methanoxidationskatalysators deutlich gesteigert werden kann. Palladiumoxid bildet sich im Laufe der Betriebsdauer eines entsprechend ausgestatteten Methanoxidationskatalysators insbesondere bei einem Magerbetrieb der Brennkraftmaschine. Dieses Palladiumdioxid kann sich dabei an der Oberfläche der entsprechenden Edelmetallpartikel eines Methanoxidationskatalysators oder auch im Bulk-Material des Palladiums des Methanoxidationskatalysators befinden. Diese Palladiumoxidbildung wird durch die insbesondere periodisch erzeugte, reaktivierend wirkende Gaszusammensetzung im Abgasstrang rückgängig gemacht.In particular, the reactivating gas composition has a reducing or oxidizing effect on the formulation or the material of the methane oxidation catalyst. As a result, for example, palladium oxide present in the catalyst can be at least partially reduced again to metallic palladium, as a result of which the oxidation activity of the methane oxidation catalyst can be markedly increased. Palladium oxide forms in the course of the service life of a suitably equipped methane oxidation catalyst, in particular in a lean operation of the internal combustion engine. This palladium dioxide may be located on the surface of the corresponding noble metal particles of a methane oxidation catalyst or else in the bulk material of the palladium of the methane oxidation catalyst. This formation of palladium oxide is reversed by the particular periodically generated reactivating gas composition in the exhaust gas line.

In einer ersten prinzipiellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die reaktivierend wirkende Gaszusammensetzung durch einen innermotorischen Fettbetrieb der Brennkraftmaschine erzeugt, wobei bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die bewirkte Gaszusammensetzung reduzierend wirkt. Der Fettbetrieb wird vorzugsweise für eine kurze Zeitdauer und periodisch wiederkehrend durchgeführt. Beispielsweise kann nach einem Magerbetrieb der Brennkraftmaschine (Magerzeit), der Minuten oder Stunden andauern kann, der Methanoxidationskatalysator für einige Sekunden einer fetten, insgesamt reduzierend wirkenden Abgaszusammensetzung ausgesetzt, wobei diese Abgaszusammensetzung durch den kurzzeitigen innermotorischen Fettbetrieb bewirkt wird. Der innermotorische Fettbetrieb kann beispielsweise für einen Zeitraum von circa 5 bis 60 Sekunden durchgeführt werden. Der innermotorische Fettbetrieb kann insbesondere im Rahmen einer akkumulierten Fettbetriebsdauer durch Fett/Mager-Umschaltungen durchgeführt werden, wobei beispielsweise der Fettbetrieb für ca. 10 Sekunden aufrecht erhalten wird, dann aber wieder für eine ebenfalls begrenzte Zeit von einigen Sekunden auf Magerbetrieb umgeschaltet wird. Diese Fett/Mager-Umschaltung wird einige Male durchgeführt, so dass sich in der Summe beispielsweise eine akkumulierte Fettbetriebszeitdauer von bis zu 60 Sekunden ergibt. Diese Betriebsweise hat den Vorteil, dass die Schadstoffemissionen (insbesondere Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid) stromabwärts des Katalysators nicht zu groß und/oder die Temperaturen nicht zu hoch werden. Der innermotorische Fettbetrieb kann beispielsweise durch eine späte Nacheinspritzung mit Diesel als innermotorische Maßnahme bewirkt werden.In a first embodiment of the method according to the invention, the reactivating gas composition is generated by an engine internal rich operation of the internal combustion engine, wherein in this embodiment of the method according to the invention, the gas composition causes reducing effect. The rich operation is preferably performed for a short period of time and periodically recurring. For example, after a lean burn operation of the engine (lean time) lasting minutes or hours, the methane oxidation catalyst may be exposed to a rich, all-reducing exhaust gas composition for a few seconds, which exhaust gas composition is caused by the brief in-engine rich operation. The engine internal rich operation may be performed, for example, for a period of about 5 to 60 seconds. The internal engine rich operation can be carried out in particular in the context of accumulated fat operation by fat / lean switching, for example, the rich operation is maintained for about 10 seconds, but then again switched for a limited time of a few seconds to lean operation. This rich / lean changeover is performed a few times, so that, in sum, for example, there is an accumulated rich operating time of up to 60 seconds. This mode of operation has the advantage that the pollutant emissions (in particular hydrocarbons and carbon monoxide) downstream of the catalyst are not too high and / or the temperatures do not become too high. The internal engine rich operation can be effected, for example, by a late post-injection with diesel as an engine internal measure.

In einer anderen prinzipiellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die reaktivierend wirkende Gaszusammensetzung durch Einspritzung von Kraftstoff in das Abgasnachbehandlungssystem, also direkt in den Abgasstrang, erzeugt. Insbesondere wird der Kraftstoff hierbei stromaufwärts des Methanoxidationskatalysators eingespritzt, wobei die Kraftstoffeinspritzung unmittelbar vor dem Methanoxidationskatalysator oder weiter stromaufwärts erfolgen kann. Diese prinzipielle Ausgestaltung des Verfahrens ist vor allem bei solchen Brennkraftmaschinensystemen vorteilhaft, die nicht für die mit einem Fettbetrieb einhergehenden Temperaturbelastungen ausgelegt sind. Dies trifft beispielsweise für Gasmotoren zu, die von einem Dieselmotor abgeleitet sind. Bei derartigen Motoren oder Brennkraftmaschinen würde auch ein kurzzeitiger Fettbetrieb möglicherweise zu einer übermäßigen Belastung, insbesondere einer Temperaturbelastung, der Motorkomponenten, beispielsweise eines Turboladers, führen. Um einer Schädigung der Motorkomponenten durch zu hohe Temperaturen zuvorzukommen, ist es vorteilhaft, die für den Methanoxidationskatalysator reaktivierend wirkende Gaszusammensetzung durch Einspritzung von Kraftstoff in das Abgasnachbehandlungssystem zu bewirken. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind für diese Ausgestaltung des Verfahrens ein oder mehrere Kraftstoffinjektoren im Abgasstrang erforderlich. Für die Erzeugung einer reaktivierend wirkenden Gaszusammensetzung ist es in der Regel ausreichend, wenn die Einspritzung von Kraftstoff in den Abgasstrang nur während eines sehr kurzen Zeitraums nach einem Magerbetrieb der Brennkraftmaschine erfolgt. Hierbei können wenige Millisekunden an Kraftstoffeinspritzungsdauer ausreichend sein, beispielsweise zwischen 20 bis 500 ms. Wenn die Einspritzfrequenz beispielsweise im Bereich von circa 1 Hz oder weniger liegt, ist eine Kraftstoffeinspritzungsdauer von einigen Sekunden zweckmäßig. Die Kraftstoffeinspritzung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt vorzugsweise in solchen Phasen, in denen die Abgastemperatur oberhalb von circa 350 °C liegt. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass bei diesen verhältnismäßig hohen Temperaturen sichergestellt ist, dass der eingespritzte Kraftstoff vollständig verdampft und es nicht zu einer lokalen Versottung im Katalysator kommt. In another embodiment of the method according to the invention, the reactivating gas composition is generated by injecting fuel into the exhaust aftertreatment system, ie directly into the exhaust gas line. In particular, the fuel is injected upstream of the methane oxidation catalyst, wherein the fuel injection may take place immediately before the methane oxidation catalyst or further upstream. This basic embodiment of the method is particularly advantageous in those internal combustion engine systems which are not designed for the temperature loads associated with a rich operation. This is true, for example, for gas engines derived from a diesel engine. In such engines or internal combustion engines even a brief rich operation would possibly lead to an excessive load, in particular a temperature load, the engine components, such as a turbocharger. In order to prevent damage to the engine components by excessively high temperatures, it is advantageous to effect the gas composition reactivating the methane oxidation catalyst by injecting fuel into the exhaust aftertreatment system. For carrying out the method according to the invention, one or more fuel injectors in the exhaust gas line are required for this embodiment of the method. For the generation of a reactivating gas composition, it is generally sufficient if the injection of fuel into the exhaust system takes place only during a very short period after a lean operation of the internal combustion engine. In this case, a few milliseconds of fuel injection duration may be sufficient, for example between 20 and 500 ms. For example, if the injection frequency is in the range of about 1 Hz or is less, a fuel injection period of a few seconds is appropriate. The fuel injection according to the inventive method is preferably carried out in those phases in which the exhaust gas temperature is above about 350 ° C. This measure has the advantage that it is ensured at these relatively high temperatures that the injected fuel completely evaporated and it does not come to a local sooting in the catalyst.

Die Einspritzung von Kraftstoff direkt in den Abgasstrang wird vorzugsweise in einem mehrstufigen Verfahren durchgeführt, wobei zunächst der Sauerstoff-Massenstrom des Abgases durch motorische Maßnahmen verringert wird, bevor der Kraftstoff in das Abgasnachbehandlungssystem eingespritzt wird. Diese motorischen Maßnahmen zur Reduzierung des Sauerstoff-Massenstroms können beispielsweise eine Drosselung der Kraftstoffzufuhr oder eine Lambdaabsenkung beinhalten. Zum Abbrand des restlichen Sauerstoffs im Abgas wird dann so viel Kraftstoff stromaufwärts des Methanoxidationskatalysators eindosiert, bis eine netto reduzierende Abgaszusammensetzung im Bereich des Methanoxidationskatalysators erreicht wird.The injection of fuel directly into the exhaust line is preferably carried out in a multi-stage process, wherein initially the oxygen mass flow of the exhaust gas is reduced by engine measures, before the fuel is injected into the exhaust aftertreatment system. These engine measures for reducing the mass flow of oxygen may include, for example, a throttling of the fuel supply or a lambda reduction. To burn off the remaining oxygen in the exhaust gas, so much fuel is then metered in upstream of the methane oxidation catalyst until a net reducing exhaust gas composition in the region of the methane oxidation catalyst is achieved.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die reaktivierend wirkende Gaszusammensetzung ebenfalls durch die Einspritzung von Kraftstoff in das Abgasnachbehandlungssystem erzeugt. Die Einspritzung des Kraftstoffs in den Abgasstrang erfolgt hierbei jedoch derart, dass Temperaturen von 700 °C oder mehr, oder sogar Temperaturen von mehr als 800 °C erreicht werden. Diese hohen Temperaturen werden vorzugsweise für mehrere Minuten, beispielsweise für 2 bis 10 Minuten, gehalten. Bei diesen hohen Temperaturen, denen der Methanoxidationskatalysator beispielsweise für einige Minuten ausgesetzt wird, wird das im Magerbetrieb gebildete Palladiumoxid des Methanoxidationskatalysators zumindest teilweise zu metallischem Palladium zersetzt, wodurch die Oxidationsaktivität des Methanoxidationskatalysators wieder deutlich gesteigert werden kann. Vorzugsweise wird bei dieser Ausgestaltung so viel Brennstoff (Kraftstoff) stromaufwärts des Methanoxidationskatalysators eindosiert, bis unter immer noch mageren Bedingungen durch Abbrand eines Teils des Restsauerstoffs im Methanoxidationskatalysator Temperaturen von mehr als 700 °C oder mehr als 800 °C herrschen. Es handelt sich also immer noch um magere Bedingungen, die somit insgesamt oxidierend wirken, wodurch der Methanoxidationskatalysator wieder in seinen aktivierten Katalysatorzustand überführt werden kann. Diese hohen Temperaturen werden vorzugsweise während einiger Minuten im Methanoxidationskatalysator erzeugt, beispielsweise für einen Zeitraum zwischen circa 1 bis 10 Minuten. Ein besonderer Vorteil dieser Ausgestaltung des Verfahrens ist, dass durch die sehr hohen Temperaturen im Methanoxidationskatalysator auch ein großer Teil des im Methanoxidationskatalysator gegebenenfalls angelagerten Schwefels in Form von Schwefeloxid ausgetrieben wird. Auch durch diesen Effekt wird eine regenerative Wirkung auf den Methanoxidationskatalysator erreicht. In a further embodiment of the method according to the invention, the reactivating gas composition is also generated by the injection of fuel into the exhaust aftertreatment system. However, the fuel is injected into the exhaust system in such a way that temperatures of 700 ° C. or more, or even temperatures of more than 800 ° C. are reached. These high temperatures are preferably maintained for several minutes, for example for 2 to 10 minutes. At these high temperatures, to which the methane oxidation catalyst is exposed, for example, for a few minutes, the palladium oxide of the methane oxidation catalyst formed in lean operation is at least partially decomposed to metallic palladium, whereby the oxidation activity of the methane oxidation catalyst can be significantly increased again. Preferably, in this embodiment, so much fuel (fuel) is metered in upstream of the methane oxidation catalyst until under still lean conditions by burning off a portion of the residual oxygen in the methane oxidation catalyst temperatures of more than 700 ° C or more than 800 ° C. prevail. Thus, these are still lean conditions, thus acting as a whole oxidizing, whereby the methane oxidation catalyst can be converted back into its activated state catalyst. These high temperatures are preferably generated for a few minutes in the methane oxidation catalyst, for example, for a period of between about 1 to 10 minutes. A particular advantage of this embodiment of the method is that due to the very high temperatures in the methane oxidation catalyst, a large part of the sulfur optionally added in the methane oxidation catalyst is expelled in the form of sulfur oxide. Also by this effect, a regenerative effect on the methane oxidation catalyst is achieved.

In der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der durch Einspritzung von Kraftstoff in den Abgasstrang Temperaturen von 700 °C oder mehr erreicht werden, werden netto magere (oxidierende) Bedingungen eingestellt. In der weiter oben erläuterten Ausführungsform des Verfahrens, bei der durch einen innermotorischen Fettbetrieb oder durch Kraftstoffeinspritzungen in den Abgasstrang netto reduzierenden Bedingungen eingestellt werden, sind für eine Reaktivierung des Methanoxidationskatalysators in der Regel deutlich geringere Temperaturen zwischen etwa 350 bis 500 °C ausreichend. In the embodiment of the method according to the invention, in which temperatures of 700 ° C. or more are achieved by injecting fuel into the exhaust gas line, lean (oxidizing) conditions are set net. In the above-explained embodiment of the method, in which net reducing conditions are set by an internal engine rich operation or by fuel injections into the exhaust gas line, significantly lower temperatures between about 350 to 500 ° C. are generally sufficient for a reactivation of the methane oxidation catalyst.

Bei dem direkt in den Abgasstrang einzudosierenden Kraftstoff handelt es sich beispielsweise um den gleichen Kraftstoff, der auch für den Betrieb der Brennkraftmaschine verwendet wird. Im Fall von reinen Gasmotoren kann dies beispielsweise Erdgas sein. Es ist jedoch besonders bevorzugt, dass zumindest anteilig ein flüssiger Kraftstoff für die Zwecke des erfindungsgemäßen Verfahrens in den Abgasstrang eingespritzt wird, beispielsweise Diesel oder Benzin, oder ein Gemisch eines flüssigen Kraftstoffs mit einem gasförmigen Kraftstoff. Dies gilt auch für reine Gasmotoren. Dies hat den Vorteil, dass durch die Einspritzung von einem zumindest anteilig flüssigen Kraftstoff die Reaktionsfreudigkeit einer solchen Kraftstoffmischung in der Regel höher ist als bei reinem Gas, da Methan als Bestandteil dieses Gases im Allgemeinen sehr reaktionsträge ist. Bei einem reinen Gasmotor, der für eine Dieselinjektion in den Brennraum zur Zündung eingerichtet ist, kann beispielsweise ebenfalls Diesel in den Abgasstrang für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens injiziert werden. Alternativ kann beispielsweise auch Benzin eingesetzt werden. Bei reinen Gasmotoren, bei denen insgesamt keine Injektion von flüssigem Kraftstoff für den Brennkraftmaschinenbetrieb vorgesehen ist, kann für die Zwecke des erfindungsgemäßen Verfahrens ein zusätzlicher Tank vorgesehen sein, der den flüssigen Kraftstoff enthält, der im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens in den Abgasstrang dosiert wird, also beispielsweise ein Tank für Benzin oder Diesel, der dem Abgasnachbehandlungssystem zugeordnet ist. Bei Dual-Fuel-Motoren oder bei per Diesel gezündeten Gasmotoren wird vorzugsweise Diesel für die nachmotorische Kraftstoffeinspritzung in den Abgasstrang verwendet. Die Verwendung von Diesel für diese Zwecke ist im Allgemeinen besonders vorteilhaft, da die Light-Off-Temperatur für Diesel am Methanoxidationskatalysator bei circa 300 °C liegt und damit deutlich niedriger ist als die Light-Off-Temperatur des Methanoxidationskatalysators bei einem Betrieb mit Methan (Light-Off-Temperatur circa 450 bis 550 °C). The fuel to be metered directly into the exhaust gas line is, for example, the same fuel that is also used for the operation of the internal combustion engine. In the case of pure gas engines, this can be, for example, natural gas. However, it is particularly preferred that at least proportionately a liquid fuel for the purposes of the inventive method is injected into the exhaust system, such as diesel or gasoline, or a mixture of a liquid fuel with a gaseous fuel. This also applies to pure gas engines. This has the advantage that as a result of the injection of an at least partially liquid fuel, the reactivity of such a fuel mixture is generally higher than with pure gas, since methane as a constituent of this gas is generally very inert. In a pure gas engine, which is set up for diesel injection into the combustion chamber for ignition, it is also possible, for example, to inject diesel into the exhaust gas line for carrying out the method according to the invention. Alternatively, for example, gasoline can be used. In pure gas engines in which a total of no injection of liquid fuel is provided for internal combustion engine operation, an additional tank may be provided for the purposes of the method according to the invention, which contains the liquid fuel which is metered into the exhaust line in the course of the inventive method, ie For example, a tank for gasoline or diesel, which is assigned to the exhaust aftertreatment system. For dual-fuel engines or diesel-fueled gas engines, diesel is preferably used for post-engine fuel injection into the exhaust line. The use of diesel for these purposes is generally particularly advantageous because the light-off temperature for diesel at the methane oxidation catalyst is around 300 ° C is significantly lower than the light-off temperature of the methane oxidation catalyst when operated with methane (light-off temperature about 450 to 550 ° C).

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Abgasnachbehandlungssystem für eine Brennkraftmaschine, wobei das Abgasnachbehandlungssystem wenigstens einen Methanoxidationskatalysator umfasst. Erfindungsgemäß ist stromaufwärts des wenigstens einen Methanoxidationskatalysators wenigstens eine Einspritzeinrichtung für Kraftstoff vorgesehen. Dieses System ist in besonderer Weise für die Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens geeignet, wobei durch eine periodische, kurzzeitige Einspritzung von Kraftstoff in den Abgasstrang der Methanoxidationskatalysator einer reaktivierend wirkenden Gaszusammensetzung ausgesetzt wird, wodurch eine Regeneration oder Aktivitätssteigerung des Methanoxidationskatalysators bewirkt wird. Hierdurch kann einem schleichenden Aktivitätsverlust des Methanoxidationskatalysators wirksam begegnet werden.The invention further includes an exhaust aftertreatment system for an internal combustion engine, wherein the exhaust aftertreatment system comprises at least one methane oxidation catalyst. According to the invention, at least one fuel injection device is provided upstream of the at least one methane oxidation catalyst. This system is particularly suitable for carrying out the method described above, wherein the methane oxidation catalyst is subjected to a reactivating gas composition by a periodic, short-term injection of fuel into the exhaust line, thereby causing a regeneration or increase in activity of the methane oxidation catalyst. As a result, a creeping loss of activity of the methane oxidation catalyst can be effectively counteracted.

Als Methanoxidationskatalysator wird vorzugsweise ein Methanoxidationskatalysator verwendet, in dessen Formulierung Palladium den Hauptbestandteil bildet. Die Formulierung kann beispielsweise einen dominanten Palladium-Masseanteil und untergeordnete Platin- und/oder Rhodium-Anteile aufweisen. Als Trägermaterial des Methanoxidationskatalysators ist insbesondere ein keramisches Material geeignet, z.B. Aluminiumoxid oder Mischoxide, wie z.B. Bariumtitanat. Der Methanoxidationskatalysator kann auch eine Palladium-Only-Formulierung enthalten.The methane oxidation catalyst used is preferably a methane oxidation catalyst, in the formulation of which palladium forms the main constituent. The formulation may, for example, have a dominant palladium mass fraction and minor platinum and / or rhodium moieties. As a carrier material of the methane oxidation catalyst, in particular, a ceramic material is suitable, e.g. Alumina or mixed oxides, e.g. Barium titanate. The methane oxidation catalyst may also contain a palladium-only formulation.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung enthält der Methanoxidationskatalysator wenigstens ein Sauerstoff-speicherndes Material, insbesondere ein Zirkoniumoxid und/oder ein Lanthanoxid und/oder ein Ceroxid und/oder ein Praseodymoxid und/oder ein Neodymoxid oder Mischungen davon. Das Sauerstoff-speichernde Material kann also insbesondere auf Zirkoniumoxiden und/oder Lanthanoxiden und/oder Ceroxiden und/oder Praseodymoxiden und/oder Neodymoxiden oder Mischungen davon basieren. Durch die mit einem solchen Material verbundene Speicherung von Sauerstoff im Methanoxidationskatalysator werden Durchbrüche von Kohlenwasserstoffen am Methanoxidationskatalysator verhindert oder zumindest verringert. Daher ist die Verwendung eines derart ausgestalteten Methanoxidationskatalysators insbesondere dann vorteilhaft, wenn gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren Kraftstoff stromaufwärts, insbesondere unmittelbar stromaufwärts, des Methanoxidationskatalysators in den Abgasstrang eingespritzt wird und eine insgesamt fette, also reduzierend wirkende Abgaszusammensetzung am Methanoxidationskatalysator periodisch eingestellt wird. In a particularly preferred embodiment, the methane oxidation catalyst contains at least one oxygen-storing material, in particular a zirconium oxide and / or a lanthanum oxide and / or a cerium oxide and / or a praseodymium oxide and / or a neodymium oxide or mixtures thereof. The oxygen-storing material can therefore be based in particular on zirconium oxides and / or lanthanum oxides and / or cerium oxides and / or praseodymium oxides and / or neodymium oxides or mixtures thereof. The storage of oxygen in the methane oxidation catalyst associated with such material prevents or at least reduces breakthroughs of hydrocarbons on the methane oxidation catalyst. Therefore, the use of such a designed methane oxidation catalyst is particularly advantageous when according to the inventive method fuel upstream, especially immediately upstream of the methane oxidation catalyst is injected into the exhaust system and a total fat, so reducing exhaust gas composition is set periodically on methane oxidation catalyst.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems ist dem Abgasnachbehandlungssystem wenigstens ein Tank für einen flüssigen Kraftstoff, insbesondere für Diesel oder Benzin, zugeordnet. In einem solchen Tank wird der flüssige Kraftstoff vorgehalten, der für die nachmotorische Einspritzung von Kraftstoff in den Abgasstrang gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen ist. Ein solcher Tank ist insbesondere bei Systemen mit einem reinen Gasmotor sinnvoll, bei denen keine Dieselinjektion beispielsweise in den Brennraum der Brennkraftmaschine zur Zündung vorgesehen ist. In a further embodiment of the exhaust aftertreatment system according to the invention, the exhaust aftertreatment system is assigned at least one tank for a liquid fuel, in particular for diesel or gasoline. In such a tank, the liquid fuel is provided, which is provided for the post-engine injection of fuel into the exhaust system according to a preferred embodiment of the method according to the invention. Such a tank is particularly useful in systems with a pure gas engine, where no Dieselinjektion example, provided in the combustion chamber of the internal combustion engine for ignition.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems umfasst das Abgasnachbehandlungssystem weiterhin eine Schwefeladsorptionseinrichtung. Diese Schwefeladsorptionseinrichtung kann stromaufwärts des Methanoxidationskatalysators angeordnet sein. Alternativ kann die Schwefeladsorptionseinrichtung auch in den Methanoxidationskatalysator integriert sein. Die Schwefeladsorptionseinrichtung wirkt als Schwefelfalle, die eine durch Schwefel im Abgas bewirkte Verschlechterung der Effektivität eines Palladium-haltigen Methanoxidationskatalysators vermeidet. Bei der Schwefeladsorptionseinrichtung kann es sich insbesondere um eine Schwefeloxidadsorptionseinrichtung, vorzugsweise um eine Schwefeloxidspeichereinrichtung, handeln. Das Material für die Schwefeloxidspeichereinrichtung kann beispielsweise auf einem Magnesium-Aluminat-Spinell beruhen. Weiterhin kann die Formulierung der Schwefeladsorptionseinrichtung auf einer üblichen Vollformulierung für einen Stickstoffoxid-Speicherkatalysator basieren. In a further embodiment of the exhaust gas aftertreatment system according to the invention, the exhaust aftertreatment system further comprises a sulfur adsorption device. This sulfur adsorption device may be located upstream of the methane oxidation catalyst. Alternatively, the sulfur adsorption device may also be integrated into the methane oxidation catalyst. The Schwefeladsorptionseinrichtung acts as a sulfur trap, which avoids a caused by sulfur in the exhaust deterioration of the effectiveness of a palladium-containing methane oxidation catalyst. The sulfur adsorption device may in particular be a sulfur oxide adsorption device, preferably a sulfur oxide storage device. For example, the material for the sulfur oxide storage device may be based on a magnesium aluminate spinel. Furthermore, the formulation of the sulfur adsorption device may be based on a conventional full formulation for a nitrogen oxide storage catalyst.

Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem sind insbesondere für reine Gasmotoren oder für Diesel/Gas-Motoren geeignet, die zumindest zeitweise mit Luftüberschuss, also bei λ > 1, betrieben werden und die zumindest anteilig mit einem Methan-haltigen Gas oder mit einem Gemisch aus einem Methan-haltigen Gas und beispielsweise Diesel (Dual-Fuel) betrieben werden. Neben diesen magerlauffähigen Gas- oder Diesel/Gas-Motoren sind das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem prinzipiell auch für andere Brennkraftmaschinen, beispielsweise für einen üblichen Dieselmotor, zur Abgasnachbehandlung geeignet.The inventive method and the exhaust aftertreatment system according to the invention are particularly suitable for pure gas engines or diesel / gas engines, which are at least temporarily with excess air, ie at λ> 1, operated and at least partially with a methane-containing gas or with a mixture of a methane-containing gas and, for example, diesel (dual-fuel) are operated. In addition to these lean-running gas or diesel / gas engines, the method according to the invention and the exhaust gas aftertreatment system according to the invention are in principle also suitable for other internal combustion engines, for example for a conventional diesel engine, for exhaust aftertreatment.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Weiterhin umfasst die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das beschriebene Computerprogramm gespeichert ist, sowie ein elektronisches Steuergerät, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Computerprogramm oder als Steuerprogramm hat den Vorteil, dass auch bestehende Systeme, beispielsweise Kraftfahrzeuge, für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einfacher Weise eingerichtet werden können, sofern die Systeme mit den entsprechenden Bauteilen im Abgasnachbehandlungssystem ausgestattet sind.The invention further comprises a computer program which is set up to carry out the described method. Furthermore, the invention comprises a machine-readable storage medium on which the computer program described is stored, as well as an electronic Control device which is set up for carrying out the method according to the invention. The implementation of the method according to the invention as a computer program or as a control program has the advantage that even existing systems, for example motor vehicles, can be set up in a simple manner for carrying out the method according to the invention, provided the systems are equipped with the corresponding components in the exhaust aftertreatment system.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments in conjunction with the drawings. In this case, the individual features can be implemented individually or in combination with each other.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:

1 schematische Darstellung von Komponenten eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems für eine Brennkraftmaschine; 1 schematic representation of components of an exhaust aftertreatment system according to the invention for an internal combustion engine;

2 schematische Darstellung von Komponenten einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems; 2 schematic representation of components of another embodiment of an exhaust aftertreatment system according to the invention;

3 schematische Darstellung von Komponenten einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems und 3 schematic representation of components of another embodiment of an exhaust aftertreatment system according to the invention and

4 schematische Darstellung von Komponenten einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems. 4 schematic representation of components of another embodiment of an exhaust aftertreatment system according to the invention.

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

1 zeigt in schematischer Weise die Anordnung von Komponenten eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems, die im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine 10 vorgesehen sind. Bei der Brennkraftmaschine 10 handelt es sich insbesondere um einen magerlauffähigen Gasmotor oder Diesel/Gasmotor, der mit einem Gemisch aus Gas und Diesel betrieben werden kann. Zur Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine 10 ist der Brennkraftmaschine 10 ein Turbolader 11 zugeordnet. Die Abgase der Brennkraftmaschine 10 werden im Abgasstrang zunächst durch eine Schwefeladsorptionseinrichtung 12 geführt. Stromabwärts der Schwefeladsorptionseinrichtung 12 ist ein Methanoxidationskatalysator 13 angeordnet, wobei in dem Methanoxidationskatalysator 13 eine Oxidation des im Abgas enthaltenen Methans erfolgt. Durch die vorgeschaltete Schwefeladsorptionseinrichtung 12 wird erreicht, dass die Funktion der Methanoxidation nicht durch schwefelhaltige Komponenten im Abgas beeinträchtigt oder verschlechtert wird. Das System umfasst weiterhin einen SCR-Katalysator 16, um den Masseanteil der im Abgas enthaltenen Stickoxide zu reduzieren. Das für die katalytische Reaktion innerhalb des SCR-Katalysators 16 erforderliche Reaktionsmittel, beispielsweise flüssige Harnstoffwasserlösung, wird über eine stromaufwärts des SCR-Katalysators 16 angeordnete Dosierstelle 15 in den Abgasstrang eingesprüht. Dieses Beispiel eines Abgasnachbehandlungssystems weist weiterhin einen katalytischen Partikelfilter 14 auf, der stromaufwärts des SCR-Katalysators 16 angeordnet ist. 1 shows in a schematic way the arrangement of components of an exhaust aftertreatment system according to the invention, in the exhaust system of an internal combustion engine 10 are provided. In the internal combustion engine 10 it is in particular a lean-running gas engine or diesel / gas engine, which can be operated with a mixture of gas and diesel. To increase the performance of the internal combustion engine 10 is the internal combustion engine 10 a turbocharger 11 assigned. The exhaust gases of the internal combustion engine 10 be in the exhaust system initially by a Schwefeladsorptionseinrichtung 12 guided. Downstream of the sulfur adsorption device 12 is a methane oxidation catalyst 13 arranged in the methane oxidation catalyst 13 an oxidation of the methane contained in the exhaust gas takes place. By the upstream sulfur adsorption 12 is achieved that the function of the methane oxidation is not affected or deteriorated by sulfur-containing components in the exhaust gas. The system further includes an SCR catalyst 16 to reduce the mass fraction of the nitrogen oxides contained in the exhaust gas. That for the catalytic reaction within the SCR catalyst 16 Required reactants, such as liquid urea water solution, are passed upstream of the SCR catalyst 16 arranged metering point 15 sprayed into the exhaust system. This example of an exhaust aftertreatment system further includes a catalytic particulate filter 14 on the upstream of the SCR catalyst 16 is arranged.

Stromaufwärts des Methanoxidationskatalysators 13 und gleichzeitig stromaufwärts der Schwefeladsorptionseinrichtung 12 ist ein Kraftstoffinjektor 17 angeordnet. Mithilfe des Injektors 17 werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren periodisch Kraftstoffeinspritzungen direkt in den Abgasstrang vorgenommen. Mit diesen Kraftstoffeinspritzungen werden im Bereich des Methanoxidationskatalysators 13 Bedingungen erzeugt, die reaktivierend oder regenerierend auf den Methanoxidationskatalysator 13 wirken. Insbesondere kann eine reduzierend oder oxidierend wirkende Gaszusammensetzung bereitgestellt werden, die eine Reduzierung oder Zersetzung von Palladiumoxid, das sich im Laufe der Betriebsdauer des Methanoxidationskatalysators 13 gebildet hat, bewirkt, wodurch die Oxidationsaktivität des Methanoxidationskatalysators 13 wieder hergestellt werden kann. Alternativ kann auf einen Kraftstoffinjektor verzichtet werden, wobei die reaktivierend wirkende Gaszusammensetzung im Bereich des Methanoxidationskatalysators durch innermotorische Maßnahmen erzeugt wird. Upstream of the methane oxidation catalyst 13 and simultaneously upstream of the sulfur adsorption device 12 is a fuel injector 17 arranged. Using the injector 17 be made according to the inventive method periodic fuel injections directly into the exhaust system. With these fuel injections are in the range of methane oxidation catalyst 13 Generates conditions that reactivating or regenerating the methane oxidation catalyst 13 Act. In particular, a reducing or oxidizing gas composition can be provided which involves a reduction or decomposition of palladium oxide which occurs over the service life of the methane oxidation catalyst 13 has formed, causing the oxidation activity of the methane oxidation catalyst 13 can be restored. Alternatively, it is possible to dispense with a fuel injector, wherein the reactivating gas composition in the region of the methane oxidation catalyst is generated by internal engine measures.

Die periodisch, also wiederkehrende Einstellung einer reaktivierend wirkenden Gaszusammensetzung kann jeweils nach einigen Minuten bis einigen 10 Stunden eines Magerbetriebs herbeigeführt werden. Für die reaktivierend wirkende Gaszusammensetzung kann insbesondere eine netto reduzierend, also leicht fette (λ < 1, aber nahe 1) Abgaszusammensetzung herbeigeführt werden, um damit den Methanoxidationskatalysator in einem teilreduzierenden und somit aktivierten Katalysatorzustand zu halten. Hierbei ist es in der Regel ausreichend, wenn die fette, netto reduzierende Abgaszusammensetzung für einige Sekunden gehalten wird. Eine zu diesem Zweck durchgeführte Kraftstoffeinspritzung in den Abgasstrang kann beispielsweise für wenige Millisekunden, beispielsweise im Bereich zwischen 20 und 500 ms, erfolgen. Die Dauer des Magerphasenbetriebs, also des Normalbetriebs des Systems, kann vom Ausmaß einer oxidativen Deaktivierung des Methanoxidationskatalysators abhängig gemacht werden. Die Magerphasendauer kann beispielsweise im Bereich von Minuten bis zu wenigen Stunden liegen. Bei der Regeneration des Methanoxidationskatalysators durch innermotorische Maßnahmen, also durch einen kurzzeitigen Fettbetrieb der Brennkraftmaschine, kann die Magerphasendauer gegebenenfalls eine längere Periode umfassen. Kürzere Perioden, die insbesondere bei einer Regeneration auf der Basis von Kraftstoffeinspritzungen in den Abgasstrang zweckmäßig sind, haben demgegenüber den Vorteil, dass die mittlere Methanoxidationseffizienz des Methanoxidationskatalysators im Ergebnis höher ist als bei der anderen Variante mit längeren Periodendauern. The periodic, ie recurring, setting of a reactivating gas composition can be brought about after a few minutes to a few 10 hours of lean operation. For the reactivating gas composition, in particular a net reducing, that is slightly rich (λ <1, but close to 1) exhaust gas composition can be brought about in order to keep the methane oxidation catalyst in a partially reducing and thus activated catalyst state. In this case, it is usually sufficient if the rich, net reducing exhaust gas composition is held for a few seconds. A fuel injection into the exhaust gas line carried out for this purpose can take place, for example, for a few milliseconds, for example in the range between 20 and 500 ms. The duration of the lean-phase operation, that is, the normal operation of the system, can be made dependent on the extent of oxidative deactivation of the methane oxidation catalyst. The lean phase duration can be, for example, in the range of minutes to a few hours. In the regeneration of the Methane oxidation catalyst by internal engine measures, ie by a brief rich operation of the internal combustion engine, the lean phase duration may optionally include a longer period. Shorter periods, which are particularly useful in a regeneration on the basis of fuel injections into the exhaust system, have the advantage that the average methane oxidation efficiency of the methane oxidation catalyst is higher in the result than in the other variant with longer periods.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Kraftstoffeinspritzung so erfolgen, dass periodisch nach einer Magerzeit durch Kraftstoffeinspritzungen in den Abgasstrang sehr hohe Temperaturen im Methanoxidationskatalysator 13 erreicht werden, also insbesondere Temperaturen von höher als 700 °C oder höher als 800 °C. Diese hohen Temperaturen werden vorzugsweise für einige Minuten gehalten, wobei das im Methanoxidationskatalysator 13 gebildete Palladiumoxid zumindest teilweise zu metallischem Palladium zersetzt wird, wodurch die Oxidationsaktivität des Methanoxidationskatalysators wieder hergestellt wird. Bei dieser Ausgestaltung wird so viel Kraftstoff in den Abgasstrang dosiert, bis unter immer noch mageren Bedingungen durch Abbrand eines Teils des restlichen Sauerstoffs sich im Methanoxidationskatalysator diese hohen Temperaturen einstellen. Bei der periodischen Kraftstoffeinspritzung zur Erzeugung von sehr hohen Temperaturen im Magerabgas werden dabei netto oxidierende Bedingungen am Methanoxidationskatalysator erzeugt, wodurch der Methanoxidationskatalysator wieder in seinen aktivierten Katalysatorzustand überführt wird.In one embodiment of the method according to the invention, the fuel injection can be carried out so that periodically after a lean time by fuel injections into the exhaust system very high temperatures in the methane oxidation catalyst 13 be achieved, ie in particular temperatures of higher than 700 ° C or higher than 800 ° C. These high temperatures are preferably maintained for a few minutes using the methane oxidation catalyst 13 formed palladium oxide is at least partially decomposed to metallic palladium, whereby the oxidation activity of the methane oxidation catalyst is restored. In this embodiment, so much fuel is metered into the exhaust line until, under still lean conditions, by burning off a portion of the remaining oxygen, these high temperatures are set in the methane oxidation catalyst. In the periodic fuel injection to produce very high temperatures in the lean exhaust gas thereby net oxidizing conditions are generated on the methane oxidation catalyst, whereby the methane oxidation catalyst is converted back to its activated state catalyst.

2 zeigt in schematischer Weise ein ähnliches System wie 1, wobei in dieser Ausgestaltung die Schwefeladsorptionseinrichtung in den Methanoxidationskatalysator 23 integriert ist. Im Einzelnen ist der Brennkraftmaschine 20 ein Turbolader 21 zugeordnet. Die Abgase der Brennkraftmaschine 20 werden im Abgasstrang durch die kombinierte Katalysatoreinrichtung 23 geführt, die einen Methanoxidationskatalysator mit integrierter Schwefeladsorptionseinrichtung, gewissermaßen mit integrierter Schwefelfalle, darstellt. Nach der Methanoxidation durchläuft das Abgas einen katalytischen Partikelfilter 24, bevor es einem SCR-Katalysator 26 zugeführt wird. Stromaufwärts des SCR-Katalysators 26 ist eine Dosierstelle 25 für die Reaktionsmittellösung vorgesehen, die für die katalytischen Abläufe in dem SCR-Katalysator 26 erforderlich ist. Stromaufwärts des Methanoxidationskatalysators 23 mit integrierter Schwefelfalle ist eine Injektionseinrichtung 27 für Kraftstoff angeordnet. 2 shows schematically a similar system as 1 In this embodiment, the sulfur adsorption device into the methane oxidation catalyst 23 is integrated. In detail, the internal combustion engine 20 a turbocharger 21 assigned. The exhaust gases of the internal combustion engine 20 be in the exhaust system through the combined catalyst device 23 which represents a methane oxidation catalyst with integrated sulfur adsorption, in a sense with integrated sulfur trap. After methane oxidation, the exhaust gas passes through a catalytic particulate filter 24 before there is an SCR catalyst 26 is supplied. Upstream of the SCR catalyst 26 is a metering point 25 provided for the reagent solution, which for the catalytic processes in the SCR catalyst 26 is required. Upstream of the methane oxidation catalyst 23 with integrated sulfur trap is an injection device 27 arranged for fuel.

Die Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems mit einer Schwefeladsorptionseinrichtung 12 (1) oder mit einem Methanoxidationskatalysator 23 mit integrierter Schwefeladsorptionseinrichtung (2) hat für den erfindungsgemäßen periodischen Fettbetrieb am Methanoxidationskatalysator besondere Vorteile. Der Schwefel in der Schwefeladsorptionseinrichtung 12 bzw. dem Methanoxidationskatalysator 23 ist so fest gebunden, dass bei einer kurzzeitigen „kalten“ Fettgasatmosphäre, die eine Temperatur unterhalb von 500 bis 550 °C aufweist, kein störendes Palladiumsulfid gebildet werden kann. Wenn keine Schwefeladsorptionseinrichtung vorhanden wäre, wäre davon auszugehen, dass der Methanoxidationskatalysator zumindest einen gewissen Anteil an gebundenen Schwefeloxiden, z.B. in Form von Palladiumsulfat, aufweisen würde, die dann gegebenenfalls zu Palladiumsulfid umgesetzt werden würden. Dies wäre für im Hinblick auf die Aktivität des Methanoxidationskatalysators nachteilig. The embodiment of the exhaust aftertreatment system with a sulfur adsorption 12 ( 1 ) or with a methane oxidation catalyst 23 with integrated sulfur adsorption device ( 2 ) has particular advantages for the periodic rich operation according to the invention on the methane oxidation catalyst. The sulfur in the sulfur adsorption device 12 or the methane oxidation catalyst 23 is so tightly bound that in a short term "cold" rich gas atmosphere having a temperature below 500 to 550 ° C, no interfering palladium sulfide can be formed. If no sulfur adsorption device were present, it would be expected that the methane oxidation catalyst would have at least some fraction of bound sulfur oxides, eg in the form of palladium sulfate, which would then eventually be converted to palladium sulfide. This would be detrimental to the activity of the methane oxidation catalyst.

Durch eine Schwefeladsorptionseinrichtung im Abgasstrang kann die Häufigkeit der erfindungsgemäßen Methanoxidationskatalysatorreaktivierung verringert werden, da eine von einer Palladiumoxidbildung unabhängige, zusätzliche Aktivitätsverschlechterung aufgrund von schwefelhaltigen Komponenten im Abgas verhindert wird. By means of a sulfur adsorption device in the exhaust gas line, the frequency of the methane oxidation catalyst reactivation according to the invention can be reduced since an additional activity deterioration, independent of palladium oxide formation, due to sulfur-containing components in the exhaust gas is prevented.

Eine für eine Regeneration einer Schwefeladsorptionseinrichtung erforderliche Entschwefelung ist in der Regel energie- und temperaturintensiv. Bei den hier illustrierten Systemen erfolgt eine solche Entschwefelung unabhängig von der erfindungsgemäßen periodischen „kalten“ Anfettung. Die erfindungsgemäße Anfettung dient ausschließlich der nicht schwefelbedingten Reaktivierung des Methanoxidationskatalysators. Desulphurisation required for regeneration of a sulfur adsorption device is generally energy and temperature intensive. In the systems illustrated here, such desulfurization takes place independently of the periodic "cold" enrichment according to the invention. The enrichment according to the invention serves exclusively for the non-sulfur-related reactivation of the methane oxidation catalyst.

In einer anderen Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems können ein beschichteter Partikelfilter und ein SCR-Katalysator in einem Bauteil als sogenannter „SCR auf Filter“ (auch SCRoF: „SCR on Filter“) zusammengefasst sein. Solche Ausgestaltungen sind in den 3 und 4 illustriert. Hierbei zeigt 3 ein System mit einem Methanoxidationskatalysator 33, dem eine Schwefeladsorptionseinrichtung 32 vorgeschaltet ist. 4 zeigt ein System, bei dem die Schwefeladsorptionseinrichtung in den Methanoxidationskatalysator 43 integriert ist. Vergleichbar mit den Systemen aus 1 und 2 ist der Brennkraftmaschine 30 bzw. 40, also insbesondere einem magerlauffähigen Gasmotor oder einem magerlauffähigen Diesel/Gasmotor, ein Turbolader 31 bzw. 41 zugeordnet. Bezugnehmend auf 3 durchlaufen die Abgase der Brennkraftmaschine 30 die Schwefeladsorptionseinrichtung 32, bevor sie in den Methanoxidationskatalysator 33 gelangen. Stromabwärts des Methanoxidationskatalysators 33 ist das Bauteil („SCR auf Filter“) 36 angeordnet, das einen SCR-Katalysator auf einem Filter integriert. Stromaufwärts des „SCR auf Filter“ 36 befindet sich eine Dosierstelle 35 für das flüssige Reaktionsmittel, das für die katalytische Reaktion im „SCR auf Filter“ 36 erforderlich ist. Bezugnehmend auf 4 durchlaufen die Abgase der Brennkraftmaschine 40 den Methanoxidationskatalysator 43 mit integrierter Schwefeladsorptionseinrichtung. Anschließend durchlaufen die Abgase den „SCR auf Filter“ 46, wobei stromaufwärts des „SCR auf Filter“ 46 eine Dosierstelle 45 für das flüssige Reaktionsmittel, das für die katalytische Reaktion im „SCR auf Filter“ 46 erforderlich ist, vorgesehen ist. Stromaufwärts der Schwefeladsorptionseinrichtung 32 und gleichzeitig stromaufwärts des Methanoxidationskatalysators 33 (3) bzw. stromaufwärts des Methanoxidationskatalysators 43 mit integrierter Schwefeladsorptionseinrichtung ist jeweils ein Kraftstoffinjektor 37 bzw. 47 vorgesehen. Auch diese Systeme sind für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet, bei dem periodisch nach einem Magerbetrieb der Brennkraftmaschine 30 bzw. 40 Kraftstoff eingespritzt wird, um am Methanoxidationskatalysator 33 bzw. 43 eine Gaszusammensetzung zu erzeugen, die reaktivierend auf den Methanoxidationskatalysator 33 bzw. 43 wirkt. In another embodiment of the exhaust aftertreatment system, a coated particulate filter and an SCR catalyst can be combined in one component as a so-called "SCR on filter" (also SCRoF: "SCR on filter"). Such embodiments are in the 3 and 4 illustrated. This shows 3 a system with a methane oxidation catalyst 33 to which a sulfur adsorption device 32 upstream. 4 shows a system in which the sulfur adsorption in the methane oxidation catalyst 43 is integrated. Comparable with the systems 1 and 2 is the internal combustion engine 30 respectively. 40 , So in particular a lean-running gas engine or a lean-running diesel / gas engine, a turbocharger 31 respectively. 41 assigned. Referring to 3 go through the exhaust gases of the internal combustion engine 30 the sulfur adsorption device 32 before entering the methane oxidation catalyst 33 reach. Downstream of the methane oxidation catalyst 33 is the part ("SCR on filter") 36 arranged, which integrates an SCR catalyst on a filter. Upstream of the "SCR on filter" 36 there is a metering point 35 for the liquid reagent used for the catalytic reaction in the "SCR on filter" 36 is required. Referring to 4 go through the exhaust gases of the internal combustion engine 40 the methane oxidation catalyst 43 with integrated sulfur adsorption device. The exhaust gases then pass through the "SCR on filter" 46 where upstream of the "SCR on filter" 46 a metering point 45 for the liquid reagent used for the catalytic reaction in the "SCR on filter" 46 is required, is provided. Upstream of the sulfur adsorption device 32 and simultaneously upstream of the methane oxidation catalyst 33 ( 3 ) or upstream of the methane oxidation catalyst 43 with integrated sulfur adsorption is in each case a fuel injector 37 respectively. 47 intended. These systems are also suitable for carrying out the method according to the invention, in which periodically after a lean operation of the internal combustion engine 30 respectively. 40 Fuel is injected to the methane oxidation catalyst 33 respectively. 43 to produce a gas composition reactivating to the methane oxidation catalyst 33 respectively. 43 acts.

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Claims (15)

Verfahren zum Betreiben eines Methanoxidationskatalysators (13; 23; 33; 43) in einem Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine (10; 20; 30; 40), dadurch gekennzeichnet, dass zur Aktivitätssteigerung des Methanoxidationskatalysators der Methanoxidationskatalysator (13; 23; 33; 43) einer Gaszusammensetzung ausgesetzt wird, die reaktivierend auf den Methanoxidationskatalysator wirkt. Method for operating a methane oxidation catalyst ( 13 ; 23 ; 33 ; 43 ) in an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine ( 10 ; 20 ; 30 ; 40 ), characterized in that to increase the activity of the methane oxidation catalyst, the methane oxidation catalyst ( 13 ; 23 ; 33 ; 43 ) is exposed to a gas composition reactivating to the methane oxidation catalyst. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Methanoxidationskatalysator (13; 23; 33; 43) der reaktivierend wirkenden Gaszusammensetzung periodisch ausgesetzt wird. Process according to claim 1, characterized in that the methane oxidation catalyst ( 13 ; 23 ; 33 ; 43 ) is periodically exposed to the reactivating gas composition. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszusammensetzung reduzierend oder oxidierend wirkt. A method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the gas composition has a reducing or oxidizing effect. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reaktivierend wirkende Gaszusammensetzung durch einen innermotorischen Fettbetrieb der Brennkraftmaschine (10; 20; 30; 40) erzeugt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the reactivating gas composition by an internal engine rich operation of the internal combustion engine ( 10 ; 20 ; 30 ; 40 ) is produced. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die reaktivierend wirkende Gaszusammensetzung durch Einspritzung von Kraftstoff in das Abgasnachbehandlungssystem erzeugt wird, wobei der Kraftstoff stromaufwärts des Methanoxidationskatalysators (13; 23; 33; 43) eingespritzt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the reactivating gas composition is generated by injection of fuel into the exhaust aftertreatment system, wherein the fuel upstream of the methane oxidation catalyst ( 13 ; 23 ; 33 ; 43 ) is injected. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem mehrstufigen Verfahren der Sauerstoff-Massenstrom des Abgases durch motorische Maßnahmen verringert wird, bevor Kraftstoff in das Abgasnachbehandlungssystem eingespritzt wird. A method according to claim 5, characterized in that in a multi-stage process, the oxygen mass flow of the exhaust gas is reduced by engine measures before fuel is injected into the exhaust aftertreatment system. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Einspritzung von Kraftstoff in das Abgasnachbehandlungssystem Temperaturen von 700 °C oder mehr im Bereich des Methanoxidationskatalysators (13; 23; 33; 43) erzeugt werden. A method according to claim 5 or claim 6, characterized in that by the injection of fuel into the exhaust aftertreatment system temperatures of 700 ° C or more in the region of the methane oxidation catalyst ( 13 ; 23 ; 33 ; 43 ) be generated. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der eingespritzte Kraftstoff ein flüssiger Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin, oder ein Gemisch eines flüssigen Kraftstoffs mit einem gasförmigen Kraftstoff ist. Method according to one of claims 5 to 7, characterized in that the injected fuel is a liquid fuel, in particular diesel or gasoline, or a mixture of a liquid fuel with a gaseous fuel. Abgasnachbehandlungssystem für eine Brennkraftmaschine (10; 20; 30; 40), wobei das Abgasnachbehandlungssystem wenigstens einen Methanoxidationskatalysator (13; 23; 33; 43) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des wenigstens einen Methanoxidationskatalysators wenigstens eine Einspritzeinrichtung (17; 27; 37; 47) für Kraftstoff angeordnet ist. Exhaust after-treatment system for an internal combustion engine ( 10 ; 20 ; 30 ; 40 ), wherein the exhaust aftertreatment system at least one methane oxidation catalyst ( 13 ; 23 ; 33 ; 43 ), characterized in that upstream of the at least one methane oxidation catalyst at least one injection device ( 17 ; 27 ; 37 ; 47 ) is arranged for fuel. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Methanoxidationskatalysator (13; 23; 33; 43) wenigstens ein Sauerstoff-speicherndes Material, insbesondere ein Zirkoniumoxid und/oder ein Lanthanoxid und/oder ein Ceroxid und/oder ein Praseodymoxid und/oder ein Neodymoxid oder Mischungen davon, enthält. Exhaust after-treatment system according to claim 9, characterized in that the methane oxidation catalyst ( 13 ; 23 ; 33 ; 43 ) contains at least one oxygen-storing material, in particular a zirconium oxide and / or a lanthanum oxide and / or a cerium oxide and / or a praseodymium oxide and / or a neodymium oxide or mixtures thereof. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abgasnachbehandlungssystem wenigstens ein Tank für einen flüssigen Kraftstoff, insbesondere für Diesel oder Benzin, zugeordnet ist. Exhaust after-treatment system according to claim 9 or claim 10, characterized in that the exhaust aftertreatment system is assigned at least one tank for a liquid fuel, in particular for diesel or gasoline. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasnachbehandlungssystem weiterhin eine Schwefeladsorptionseinrichtung (12; 32) umfasst, wobei die Schwefeladsorptionseinrichtung stromaufwärts des Methanoxidationskatalysators (13; 33) angeordnet oder in den Methanoxidationskatalysator (23; 43) integriert ist. Exhaust gas aftertreatment system according to one of claims 9 to 11, characterized in that the exhaust aftertreatment system further comprises a sulfur adsorption device ( 12 ; 32 ), wherein the sulfur adsorption device upstream of the methane oxidation catalyst ( 13 ; 33 ) or in the methane oxidation catalyst ( 23 ; 43 ) is integrated. Computerprogramm, das eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen. Computer program adapted to perform the steps of a method according to one of claims 1 to 8. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.Machine-readable storage medium on which a computer program according to claim 13 is stored. Elektronisches Steuergerät, das eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.An electronic control device adapted to perform the steps of a method according to any one of claims 1 to 8.
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