DE10323245A1 - Verfahren zur Reinigung des Abgases eines Dieselmotors mit Hilfe eines Diesel-Oxidationskatalysators - Google Patents

Verfahren zur Reinigung des Abgases eines Dieselmotors mit Hilfe eines Diesel-Oxidationskatalysators Download PDF

Info

Publication number
DE10323245A1
DE10323245A1 DE10323245A DE10323245A DE10323245A1 DE 10323245 A1 DE10323245 A1 DE 10323245A1 DE 10323245 A DE10323245 A DE 10323245A DE 10323245 A DE10323245 A DE 10323245A DE 10323245 A1 DE10323245 A1 DE 10323245A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
temperature
exhaust gas
catalyst
diesel
engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10323245A
Other languages
English (en)
Inventor
Egbert Dr. Lox
Jürgen Dr. Gieshoff
Ulrich Dr. Neuhausen
Marcus Dr. Pfeifer
Thomas Dr. Kreuzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Umicore AG and Co KG
Original Assignee
Umicore AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Umicore AG and Co KG filed Critical Umicore AG and Co KG
Priority to DE10323245A priority Critical patent/DE10323245A1/de
Priority to EP04731886A priority patent/EP1625288A1/de
Priority to PCT/EP2004/004977 priority patent/WO2004104389A1/en
Priority to JP2006529771A priority patent/JP2007501356A/ja
Publication of DE10323245A1 publication Critical patent/DE10323245A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/024—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to increase temperature of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/0245—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to increase temperature of the exhaust gas treating apparatus by increasing temperature of the exhaust gas leaving the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2013—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using electric or magnetic heating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2430/00—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2430/00—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics
    • F01N2430/08—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics by modifying ignition or injection timing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2430/00—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics
    • F01N2430/08—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics by modifying ignition or injection timing
    • F01N2430/085—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics by modifying ignition or injection timing at least a part of the injection taking place during expansion or exhaust stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/24—Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1446—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being exhaust temperatures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402—Multiple injections
    • F02D41/405—Multiple injections with post injections
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung des Abgases eines modernen Dieselmotors mit Hilfe eines Diesel-Oxidationskatalysators. Im niedrigen Lastbereich weisen solche Dieselmotoren eine Abgastemperatur auf, die unterhalb der Anspringtemperatur des Oxidationskatalysators liegen kann. Hierdurch kommt es zu einer ungenügenden Schadstoffumsetzung während Betriebsphasen des Dieselmotors mit niedrigen Lasten und zur Versottung des Katalysators. Das erfindungsgemäße Verfahren löst das Problem unter anderem dadurch, daß während Betriebsphasen des Motors mit geringer Last und niedriger Abgastemperatur, die geringer als eine Minimaltemperatur ist, die Katalysatortemperatur auf wenigstens diese Minimaltemperatur erhöht wird, wobei die Minimaltemperatur des Katalysators einen ausreichenden Schadstoffumsatz gewährleistet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasreinigung eines Dieselmotors mit Hilfe eines Diesel-Oxidationskatalysators.
  • Die Primärschadstoffe von Dieselmotoren sind neben den sehr geringen Mengen an Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NOx) und Partikel (PM). Die Partikel setzen sich aus einem in organischen Lösungsmitteln löslichen und unlöslichen Bestandteil zusammen. Der lösliche Anteil besteht aus einer Vielzahl von verschiedenen Kohlenwasserstoffen, die auf dem Partikelkern kondensiert, beziehungsweise ad- oder absorbiert sind. Der unlösliche Bestandteil ist Schwefeltrioxid oder auch Sulfat, Kohlenstoff, Metallabrieb (zum Beispiel Eisen und Nickel) und in geringen Mengen andere Oxide als Folgeprodukte von Additiven im Schmieröl und im Kraftstoff (zum Beispiel Zink, Calcium, Phosphor). Schwefeltrioxid entsteht durch Oxidation des Schwefeldioxids am Katalysator in Abhängigkeit von Temperatur, Edelmetallbeladung und Abgasfluß. Ein besonderes Charakteristikum von Dieselmotoren ist ihr hoher Sauerstoffgehalt im Abgas. Während das Abgas von stöchiometrisch betriebenen Benzinmotoren nur etwa 0,7 Vol.-% Sauerstoff enthält, kann das Abgas von Dieselmotoren zwischen 6 und 15 Vol.-% Sauerstoff aufweisen.
  • Das Mengenverhältnis der verschiedenen Schadstoffe des Dieselabgases zueinander hängt von der Art des Dieselmotors und seiner Betriebsweise ab. Prinzipiell gelten die gemachten Angaben sowohl für stationäre Dieselmotoren als auch für Dieselmotoren in Kraftfahrzeugen für leichte und schwere Anwendungen.
  • Die zulässigen Emissionen von Dieselmotoren sind durch gesetzliche Obergrenzen festgelegt. Zur Einhaltung dieser Grenzwerte werden je nach Art des Dieselmotors und seiner Betriebsweise verschiedene Konzepte verfolgt.
  • Für Dieselmotoren geringerer Leistung in Personenkraftwagen ist es häufig ausreichend das Abgas über einen sogenannten Diesel-Oxidationskatalysator zu leiten, der die emittierten Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und zum Teil auch die auf den Rußpartikeln adsorbierten, löslichen organischen Verbindungen verbrennt. Die Oxidationsfunktion der Diesel-Oxidationskatalysatoren ist dabei so ausgelegt, daß sie zwar die organischen Verbindungen und Kohlenmonoxid oxidiert, jedoch nicht die Stickoxide und Schwefeldioxid zu noch höher oxidierten Spezies umsetzt. Zusammen mit dem restlichen Anteil der Partikel verlassen die Stickoxide und Schwefeldioxid den Katalysator nahezu unverändert. Ein typischer Vertreter dieser Katalysatoren wird in der DE 39 40 758 A1 ( US 5,157,007 ) beschrieben.
  • Die Umsetzung der Schadstoffe durch solche Katalysatoren ist stark von der Temperatur abhängig. Für Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe nimmt die Umsetzung der Schadstoffe mit steigender Abgastemperatur zu. Die Temperatur, bei der ein Schadstoff zu einem vorgegebenen Prozentsatz, gewöhnlich 50 %, umgesetzt wird, wird als die Anspringtemperatur des Katalysators für die Umsetzung dieses Schadstoffes bezeichnet. Sie ist eine wichtige Kenngröße für die Beschreibung der katalytischen Aktivität des Katalysators.
  • In Abhängigkeit von der Betriebsweise des Fahrzeugs und damit der Drehzahl des Motors und der Last stellen sich die Abgasmengen, die Abgaszusammensetzung und die Abgastemperatur ein. Die Entwicklung von Dieselmotoren hat durch Optimierung der Verbrennung zu einer Verminderung der Abgastemperaturen geführt. Die Abgastemperatur von modernen Dieselmotoren beträgt zum Beispiel im niedrigen Lastbereich nur noch 100 bis 200 °C. Nur bei Vollast steigt die Abgastemperatur über 300 °C an.
  • Die geringen Abgastemperaturen stellen eine großes Problem bei der Abgasreinigung dar, da sie teilweise unterhalb der Anspringtemperaturen des Katalysators liegen. Sinkt also die Abgastemperatur des Dieselmotors während des Betriebs wegen momentan geringer Belastung unter die Anspringtemperatur des Katalysators, so „erlischt" er, das heißt die im Abgas enthaltenen Schadstoffe werden vom Katalysator nicht mehr umgesetzt und werden somit an die Umwelt abgegeben. Erst bei wieder steigender Belastung des Motors überschreitet die Abgastemperatur die Anspringtemperatur des Katalysators und die Schadstoffumsetzung setzt wieder ein. Solche Betriebszustände treten besonders bei Diesel-PKW im Stadtverkehr auf und tragen wesentlich zu den noch verbliebenen Emissionen im Straßenverkehr bei.
  • Ein weiteres Problem auf Grund der geringen Abgastemperaturen ist die Versottung des Katalysators. Infolge der geringen Abgastemperaturen lagern sich unverbrannte Kohlenwasserstoffe, flüchtige organische Verbindungen und Partikel auf der katalytischen Beschichtung ab und vermindern ihre katalytischen Aktivität. Darüber hinaus besteht die Gefahr, daß die auf dem Katalysator abgelagerten brennbaren Komponenten schlagartig unter Freisetzung großer Wärmemengen verbrennen, wenn die Abgastemperatur bei zufälligen Betriebsweisen mit hoher Belastung über die entsprechende Zündtemperatur für diese Komponenten ansteigt. Folge davon kann eine thermische Schädigung der katalytischen Aktivität des Katalysators sein.
  • Diesen Problemen kann zum Teil dadurch begegnet werden, daß der Katalysator möglichst nah am Motor angeordnet wird, was aber aus Platzgründen häufig nicht möglich ist. Weiterhin kann die Anspringtemperatur des Katalysators durch Erhöhen der Edelmetallbeladung verringert werden. Edelmetallbeladungen von mehr als 100 Gramm pro Liter des Katalysatorvolumens sind hierfür keine Seltenheit und mit entsprechend hohen Kosten verbunden.
  • Die vorliegende Erfindung soll die beschriebenen Nachteile (mangelhafte Schadstoffumsetzung bei geringer Belastung des Dieselmotors; Versottung des Katalysators; hohe Edelmetallbeladungen) durch Angabe eines geeigneten Verfahrens zur Abgasreinigung beheben.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Reinigung des Abgases eines Dieselmotors mit Hilfe eines Diesel-Oxidationskatalysators gelöst, wobei der Dieselmotor eine Rohemission an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid besitzt und das Abgas eine Abgastemperatur und der Katalysator eine Katalysatortemperatur aufweisen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß während Betriebsphasen des Motors mit geringer Last und niedriger Abgastemperatur, die geringer als eine Minimaltemperatur ist, die Katalysatortemperatur auf wenigstens diese Minimaltemperatur erhöht wird.
  • Der Katalysator wird durch das Abgas aufgeheizt. Seine Temperatur am Eingang folgt daher im Rahmen seiner thermischen Trägheit der Temperatur des eintretenden Abgases. Durch die Schadstoffumsetzung am Katalysator wird Wärme freigesetzt, die sowohl den Katalysator und das Abgas aufheizt.
  • Wie schon dargelegt, besteht ein großes Problem bei der Abgasreinigung von Dieselmotoren darin, daß die Abgastemperatur bei geringer Last unter die Anspringtemperaturen des Katalysators für die Oxidation von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen fallen kann, die bei modernen Dieseloxidationskatalysatoren im Bereich zwischen 100 und 200 °C liegen.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Schadstoffumsetzung am Katalysator über einen Fahrzyklus deutlich verbessert werden, wenn durch noch zu besprechende Maßnahmen die Katalysatortemperatur während Betriebsphasen mit geringer Last, also während Betriebsphasen mit einer Abgastemperatur unterhalb der Anspringtemperatur des Katalysators, mindestens auf die Minimaltemperatur angehoben wird, wobei man diese Minimaltemperatur gleich oder größer der Anspringtemperatur für die Oxidation von Kohlenmonoxid wählen wird, um einen ausreichenden Umsatz von Kohlenmonoxid sicherzustellen. Bevorzugt wird die Minimaltemperatur 10 bis 30 °C höher gewählt als die Anspringtemperatur. Bei konventionellen Oxidationskatalysatoren liegt die Minimaltemperatur bevorzugt im Intervall zwischen 150 und 180 °C.
  • Das vorgeschlagene Verfahren gewährleistet, daß der Oxidationskatalysator während des gesamten Betriebs des Dieselmotors (mit Ausnahme der Kaltstartphase) oberhalb der Anspringtemperatur für die Umsetzung der Schadstoffe betrieben wird, was zu einer Verringerung der Schadstoffemission über den Fahrzyklus führt.
  • Gleichzeitig wird durch das Verfahren verhindert, daß der Katalysator versottet, das heißt es wird verhindert, daß wegen zu geringer Abgastemperatur sich große Mengen von Kohlenwasserstoffen auf dem Katalysator ablagern, ohne umgesetzt zu werden. Vielmehr erfolgt durch die Anwendung des Verfahrens eine kontinuierliche Verbrennung der Kohlenwasserstoffe. Hohe Temperaturspitzen bei plötzlich schlagartig auftretender Verbrennung von auf dem Katalysator akkumulierten Kohlenwasserstoffen können deshalb nicht auftreten.
  • Außerdem gestattet es das Verfahren, die Edelmetallbeladung des Katalysators deutlich zu verringern. Während gemäß dem Stand der Technik versucht wird, den Oxidationskatalysator durch hohe Edelmetallbeladungen mit einer niedrigen Anspringtemperatur auszustatten, wird gemäß dem vorliegenden Verfahren die Temperatur des Katalysators auf seine Anspringtemperatur angehoben. Die Höhe der Edelmetallbeladung ist daher nicht mehr durch die geforderte Schadstoffumsetzung bedingt, sondern kann weitgehend nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten optimiert werden.
  • Für die Erhöhung der Temperatur des Katalysators werden verschiedene Strategien vorgeschlagen:
    Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird die Katalysatortemperatur dadurch erhöht, daß die Abgastemperatur vor Eintritt in den Oxidationskatalysator auf die vorab festgelegte Minimaltemperatur angehoben wird. Bevorzugt sollte die Abgastemperatur auf mindestens 10 °C und insbesondere auf mindestens 20 °C über die Anspringtemperatur für die Schadstoffe angehoben werden.
  • Die Abgastemperatur kann durch Nacheinspritzen von Kraftstoff in die Zylinder des Dieselmotors, durch Einstellen einer späten Verbrennungslage am Motor oder durch mehrstufige Verbrennung angehoben werden. Generell kann die Abgastemperatur eines Dieselmotors dadurch erhöht werden, daß die Motorabstimmung und damit der Wirkungsgrad des Motors verschlechtert wird.
  • Moderne Dieselmotoren sind mit einer elektronischen Motorsteuerung ausgerüstet. Im Normalbetrieb sorgt die Motorsteuerung dafür, daß der Dieselmotor mit optimaler Abstimmung, das heißt mit optimalem Wirkungsgrad betrieben wird. Das führt zu entsprechend geringen Abgastemperaturen.
  • Der Übergang vom Normalbetrieb des Motors in einen Betrieb mit erhöhter Abgastemperatur kann von der elektronischen Motorsteuerung eingeleitet werden. Im Speicher der elektronischen Motorsteuerung sind gewöhnlich die sogenannten Motorkennfelder hinterlegt. Zu jedem Betriebspunkt des Motors gegeben durch Drehzahl und Lastzustand, das heißt Drehmoment, kann vorab die Abgastemperatur ermittelt werden. Damit sind diejenigen Betriebspunkte bekannt, bei denen die Abgastemperatur unterhalb der Anspringtemperatur des Oxidationskatalysators liegt. Das Steuerungsprogramm der Motorsteuerung kann also an Hand der Betriebsdaten des Motors den Eintritt in Betriebsphasen mit geringer Last (geringer Abgastemperatur) erkennen und die Abgastemperatur während der Dauer dieser Betriebsphasen durch eine der vorgenannten Maßnahmen auf mindestens die Minimaltemperatur erhöhen. Beim Wechsel zu Betriebsphasen mit ausreichend hoher Abgastemperatur werden diese Maßnahmen wieder rückgängig gemacht.
  • Alternativ hierzu kann der Eintritt in Betriebsphasen mit niedriger Abgastemperatur auch direkt durch Messen der Abgastemperatur vor dem Katalysator ermittelt werden. Hierzu wird ein Temperaturfühler in der Abgasleitung vor dem Katalysator angebracht und sein Ausgangssignal der Motorsteuerung zugeführt.
  • Für die Erhöhung der Abgastemperatur wird ein leicht erhöhter Kraftstoffverbrauch in Kauf genommen. Dieser Mehrverbrauch ist jedoch gering, da die Abgastemperatur nur geringfügig erhöht werden muß, um eine wesentlich erhöhte Schadstoffumsetzung oberhalb der Anspringtemperatur des Katalysators zu erzielen.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung kann die Temperatur des Oxidationskatalysators bei geringer Last durch elektrische Beheizung des Katalysators erhöht werden. Dadurch wird gewährleistet, daß der Katalysator auch während dieser Betriebsphasen aktiv bleibt.
  • Die Erfindung wird jetzt an Hand der 1 und 4 näher erläutert. Es zeigen
  • 1: Einen Dieselmotor mit einem für das Abgasreinigungsverfahren geeigneten Abgassystem mit Oxidationskatalysator
  • 2: Beispielhafter Verlauf der Abgastemperatur während des Betriebs eines Dieselmotors
  • 3: Realer Verlauf der Abgastemperatur eines Fahrzeugs mit 2,0 l Dieselmotor während eines NEDC-Zyklus (NEDC = New European Driving Cycle) sowie erfindungsgemäß korrigierte Temperaturverlauf
  • 4: Berechnete CO und HC-Emissionen des Dieselfahrzeugs hinter einem Diesel-Oxidationskatalysator für den Temperaturverlauf von 3 sowie für 3 erfindungsgemäß veränderte Temperaturverläufe
  • 1 zeigt einen Dieselmotor (1) mit einer Abgasleitung (2). Kurz hinter dem Dieselmotor ist ein Diesel-Oxidationskatalysator (3) in der Abgasleitung angeordnet. (4) bezeichnet einen Schalldämpfer. (5) bezeichnet die elektronische Motorsteuerung des Dieselmotors. Über Datenleitungen (6) werden Meßsignale über den Betriebszustand des Motors an die Motorsteuerung und im Gegenzug Steuersignale an den Motor übertragen. (7) bezeichnet einen Temperaturfühler für die Temperatur des Abgases vor dem Eintritt in den Oxidationskatalysator (3). Der Temperaturfühler (7) ist über die Leitung (8) mit der Motorsteuerung verbunden.
  • 2 zeigt schematisch den Temperaturverlauf (10) des Abgases vor dem Oxidationskatalysator während eines Fahrzyklusses mit wechselnder Belastung. Grenzlinie (30) gibt die Anspringtemperatur des Katalysators für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen an. Wie aus dem Diagramm ersichtlich, sinkt die Abgastemperatur während Betriebsphasen des Motors mit geringer Belastung unter die Anspringtemperatur des Katalysators. Während dieser Betriebsphasen „erlischt" der Katalysator. Er ist nicht mehr in der Lage, die Schadstoffe zu konvertieren. Durch geeignete Maßnahmen am Motor wird erfindungsgemäß die Abgastemperatur während der Dauer Δt dieser Betriebsphasen auf eine Temperatur (Minimaltemperatur) gleich oder oberhalb der Anspringtemperatur angehoben. Bevorzugt wird die Temperatur um einen Wert ΔT von 10 bis 30 °C über die Anspringtemperatur angehoben.
  • Zur Temperaturerhöhung durch späte Verbrennungslage wird der Schwerpunkt der Verbrennung von 7° nach OT (oberer Totpunkt) nach hinten zu einem späteren Zeitpunkt verschoben (zum Beispiel 14° nach OT). Dies geschieht bei noch geschlossenen Auslaßventilen. Die Verbrennung setzt sich dann bis nach dem Öffnen der Auslaßventile fort, was eine Erhöhung der Abgastemperaturen bewirkt.
  • Bei der mehrstufigen Verbrennung wird die Einspritzung des Kraftstoffes in mehreren Stufen vorgenommen. Werden nur drei Stufen vorgesehen, so wird von einer Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung gesprochen. Auch durch diese Vorgehensweise kann die Abgastemperatur erhöht werden.
  • Weitere motorische Maßnahmen zur Erhöhung der Abgastemperatur sind denkbar, wie die Öffnung der Turbinenschaufeln des Turboladers. Der Ladedruck fällt ab und dadurch sinkt der Wirkungsgrad. Dies wiederum führt zu einer Erhöhung der Abgastemperatur, da bei gleicher Leistung mehr Kraftstoff verbrannt werden muß. Auch durch AGR (Abgasrückführung) kann Einfluß auf die Abgastemperatur genommen werden.
  • Durch das vorgeschlagene Verfahren kann die Lebensdauer eines Diesel-Oxidationskatalysators wesentlich verlängert werden. Es ist jedoch nicht auf die Anwendung bei Diesel-Oxidationskatalysatoren beschränkt. Vielmehr läßt es sich bei allen für die Abgasreinigung von Dieselmotoren vorgeschlagenen Katalysatoren einsetzen, die eine Oxidationsfunktion aufweisen. Dabei handelt es sich zum Beispiel um SCR-Katalysatoren, Hydrolysekatalysatoren, HC-DeNOx-Katalysatoren oder Vierweg-Katalysatoren.
  • SCR-Katalysatoren werden zum Beispiel in den europäischen Patentschriften EP 0 376 025 B1 ( US 5,116,586 ) und EP 0 385 164 B1 ( US 5,198,403 ) beschrieben. Gemäß der EP 0 376 025 B1 können für die selektive katalytische Reduktion Katalysatoren auf der Basis von säurebeständigen Zeolithen eingesetzt werden, die mit den Metallen Eisen, Kupfer, Cer und Molybdän ausgetauscht sein können. Dagegen beschreibt die EP 0 385 164 B1 Katalysatoren für die selektive katalytische Reduktion, die hauptsächlich aus Titanoxid bestehen, welches in Abmischung mit verschiedenen anderen Oxiden eingesetzt wird. Gemäß der genannten Patentschrift enthalten die Reduktionskatalysatoren Titanoxid und mindestens ein Oxid von Wolfram Silicium, Bor, Aluminium, Phosphor, Zirkon, Barium, Yttrium, Lanthan und Cer und als zusätzliche Komponenten mindestens ein Oxid von Vanadium, Niob, Molybdän, Eisen und Kupfer. Besonders diese zusätzlichen Komponenten verleihen dem Katalysator gute Reduktionseigenschaften in sauerstoffhaltigen Abgasen.
  • Als Hydrolysekatalysator dienen gewöhnlich Oxide mit Feststoffsäureeigenschaften, die Titandioxid, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid oder deren Mischphasen und Verbindungen untereinander als Matrixoxid enthalten, wobei die Säureeigenschaften durch Zusatz von Oxiden fünf- und sechswertiger Elemente, wie SO3 und WO3, als Stabilisatoren und zur Verstärkung der Aktivität herangezogen werden. Als geeignete Aktivkomponenten eines Hydrolysekatalysators werden in der DE 42 03 807 A1 Mischungen von Aluminiumoxid mit Titanoxid, Siliciumdioxid, Zirkondioxid und/oder H-Zeolithen im Gewichtsverhältnis zwischen Aluminiumoxid und den anderen Oxiden von 90:10 bis 10:90 genannt.
  • Als HC-DeNOx-Katalysator wird ein Katalysator bezeichnet, der im mageren Abgas eines Verbrennungsmotors in der Lage ist, Stickoxide unter Verwendung von im Abgas enthaltenen, unverbrannten Kohlenwasserstoffen zu Stickstoff, Wasser und Kohlendioxid umzusetzen. Ein geeigneter Katalysator hierfür wird zum Beispiel in der DE 196 14 540 A1 ( US 5,928,981 ) beschrieben. Er enthält als katalytisch aktive Komponente wenigstens ein Platingruppenmetall, bevorzugt Platin, welches auf einem hochoberflächigen Aluminiumsilikat als Trägermaterial abgeschieden ist. Außerdem enthält der Katalysator noch verschiedene Zeolithe, die auf Grund ihrer sauren Oberflächeneigenschaften in der Lage sind, auch langkettige, organische Moleküle, die an Rußpartikeln adsorbiert sind, zu cracken. Dieser Katalysator wird auch als Vierweg-Katalysator bezeichnet, weil er neben der Umsetzung von Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden als vierte Komponente auch die Menge der Rußpartikel vermindern kann.
  • Beispiel
  • Es wurden Modellrechnungen für die Schadstoffumsetzung im NEDC-Test an einem realen Antriebssystem aus einem Dieselmotor mit 2,2 Liter Hubraum und einer zweiflutigen Abgasreinigungsanlage mit zwei Oxidationskatalysatoren vorgenommen.
  • Im NEDC-Test (New European Driving Cycle) wird die Schadstoffumsetzung für festgelegte Fahrzustände mit innerstädtischen und außerstädtischen Anteilen ermittelt. Die gesamte Testdauer beträgt etwa 1200 Sekunden. Die dabei zurückgelegte Fahrstrecke sind 11,4 km.
  • Der Dieselmotor besitzt eine Rohemission im NEDC-Test von 1,5 g/km Kohlenmonoxid und 0,32 g/km Kohlenwasserstoffe. Bei den Oxidationskatalysatoren dieses Antriebssystems handelt es sich um zwei Wabenkatalysatoren mit einem Volumen von jeweils 1,1 l, einer Zelldichte von 62 cm–2 (400 cpsi) und einer Platinbeladung von 3,18 g/l (90 g/ft3).
  • Der oben genannte Dieselmotor hat während des NEDC mit einer Gesamtfahrstrecke von 11,4 km den in 3 gezeigten Verlauf der Abgastemperatur in Abhängigkeit von der Fahrzeit. Die ersten 800 Sekunden dieses Testzyklus simulieren innerstädtischen Verkehr nach einem Kaltstart.
  • In den Modellrechnungen wurden die Kohlenmonoxid- und Kohlenwasserstoff-Emissionen für vier verschieden Fälle berechnet. Im ersten Fall wurde angenommen, daß das Abgas ohne zusätzliche Maßnahmen über den Katalysator geleitet wird. In den anderen Fällen wurde angenommen, daß zwischen etwa 180 Sekunden und 800 Sekunden durch entsprechende motorische Maßnahmen oder externe Beheizung verhindert wird, daß die Abgastemperatur unter eine Minimaltemperatur von 150 °C, 160 °C oder 170 °C sinkt.
  • 4 zeigt, daß durch die Sicherstellung einer Abgastemperatur von wenigstens 170 °C während des innerstädtischen Teils des NEDC-Tests die Kohlenmonoxid-Emission von 8,3 auf 6,5 g pro Test, das heißt um etwa 22 %, vermindert werden kann. Die HC-Emission vermindert sich in diesem Fall von 1,3 auf 1,2 g pro Test.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Reinigung des Abgases eines Dieselmotors mit Hilfe eines Diesel-Oxidationskatalysators, wobei der Dieselmotor eine Rohemission an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid besitzt und das Abgas eine Abgastemperatur und der Katalysator eine Katalysatortemperatur aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß während Betriebsphasen des Motors mit geringer Last und niedriger Abgastemperatur, die geringer als eine Minimaltemperatur ist, die Katalysatortemperatur auf wenigstens diese Minimaltemperatur erhöht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Minimaltemperatur ausgewählt ist aus dem Intervall zwischen 150 und 180 °C.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Katalysatortemperatur die Abgastemperatur vor Eintritt in den Oxidationskatalysator mindestens auf die Minimaltemperatur angehoben wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgastemperatur durch Nacheinspritzen von Kraftstoff in die Zylinder des Dieselmotors, durch Einstellen einer späten Verbrennungslage am Motor oder durch mehrstufige Verbrennung angehoben wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Oxidationskatalysators durch elektrische Beheizung auf mindestens die Minimaltemperatur angehoben wird.
  6. Vorrichtung zur Reinigung des Abgases eines Dieselmotors mit einem Diesel-Oxidationskatalysators, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüch, wobei der Dieselmotor eine Rohemission an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid besitzt und das Abgas eine Abgastemperatur und der Katalysator eine Katalysatortemperatur aufweisen, gekennzeichnet durch, eine Einrichtung zum Erhöhen der Katalysatortemperatur auf mindestens eine Minimaltemperatur während Betriebsphasen des Motors mit geringer Last und niedriger Abgastemperatur, die geringer als die Minimaltemperatur ist.
DE10323245A 2003-05-22 2003-05-22 Verfahren zur Reinigung des Abgases eines Dieselmotors mit Hilfe eines Diesel-Oxidationskatalysators Withdrawn DE10323245A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10323245A DE10323245A1 (de) 2003-05-22 2003-05-22 Verfahren zur Reinigung des Abgases eines Dieselmotors mit Hilfe eines Diesel-Oxidationskatalysators
EP04731886A EP1625288A1 (de) 2003-05-22 2004-05-10 Verfahren zur abgasentgiftung eines dieselmotors mittels eines oxidationskatalysators
PCT/EP2004/004977 WO2004104389A1 (en) 2003-05-22 2004-05-10 Method of purifying the exhaust gas of a diesel engine by means of a diesel oxidation catalyst
JP2006529771A JP2007501356A (ja) 2003-05-22 2004-05-10 ディーゼル酸化触媒によりディーゼルエンジンの排ガスを浄化する方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10323245A DE10323245A1 (de) 2003-05-22 2003-05-22 Verfahren zur Reinigung des Abgases eines Dieselmotors mit Hilfe eines Diesel-Oxidationskatalysators

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10323245A1 true DE10323245A1 (de) 2004-12-09

Family

ID=33441173

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10323245A Withdrawn DE10323245A1 (de) 2003-05-22 2003-05-22 Verfahren zur Reinigung des Abgases eines Dieselmotors mit Hilfe eines Diesel-Oxidationskatalysators

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1625288A1 (de)
JP (1) JP2007501356A (de)
DE (1) DE10323245A1 (de)
WO (1) WO2004104389A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007033751A1 (de) 2005-09-22 2007-03-29 Daimler Ag Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine
DE102007033424A1 (de) 2007-07-18 2009-01-22 Man Nutzfahrzeuge Ag Selbstreinigendes Abgasnachbehandlungssystem
DE102007061005A1 (de) 2007-12-18 2009-06-25 Man Nutzfahrzeuge Ag Verfahren zur Verbesserung der Hydrolyse eines Reduktionsmittels in einem Abgasnachbehandlungssystem

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7685814B2 (en) 2006-07-12 2010-03-30 Cummins Filtration, Inc. Systems, apparatuses, and methods of determining plugging or deplugging of a diesel oxidation catalyst device
KR20120075500A (ko) 2008-03-27 2012-07-06 그뤼넨탈 게엠베하 치환된 4-아미노사이클로헥산 유도체
EP2145679A1 (de) 2008-07-17 2010-01-20 Ford Global Technologies, LLC, A subsidary of Ford Motor Company Multifunktionaler Katalysator für Diesel Abgasnachbehandlungsanwendungen und Verfahren zu seiner Herstellung
JP4818376B2 (ja) 2009-02-12 2011-11-16 本田技研工業株式会社 触媒の温度制御装置
EP2374536A1 (de) 2010-04-08 2011-10-12 Ford Global Technologies, LLC Palladiumhaltiger Oxidationskatalysator auf ternärem Al-Ti-Zr-Oxid

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61112715A (ja) * 1984-11-08 1986-05-30 Toyota Motor Corp デイ−ゼル機関の排気浄化装置
JP3557815B2 (ja) * 1996-11-01 2004-08-25 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US5968456A (en) * 1997-05-09 1999-10-19 Parise; Ronald J. Thermoelectric catalytic power generator with preheat
JP3596378B2 (ja) * 1999-10-14 2004-12-02 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気昇温装置
DE10038744A1 (de) * 2000-08-09 2002-02-21 Daimler Chrysler Ag Verfahren und Vorrichtung zur Verringerung von Warmlaufemissionen einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007033751A1 (de) 2005-09-22 2007-03-29 Daimler Ag Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine
US8091339B2 (en) 2005-09-22 2012-01-10 Daimler Ag Method for operating an internal combustion engine
US8429897B2 (en) 2005-09-22 2013-04-30 Daimler Ag Method for operating an internal combustion engine
US8763366B2 (en) 2005-09-22 2014-07-01 Daimler Ag Method for operating an internal combustion engine
DE102005045294B4 (de) 2005-09-22 2021-11-18 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102007033424A1 (de) 2007-07-18 2009-01-22 Man Nutzfahrzeuge Ag Selbstreinigendes Abgasnachbehandlungssystem
EP2037091A2 (de) 2007-07-18 2009-03-18 MAN Nutzfahrzeuge Aktiengesellschaft Selbstreinigendes Abgasnachbehandlungssystem
DE102007061005A1 (de) 2007-12-18 2009-06-25 Man Nutzfahrzeuge Ag Verfahren zur Verbesserung der Hydrolyse eines Reduktionsmittels in einem Abgasnachbehandlungssystem
US8220254B2 (en) 2007-12-18 2012-07-17 Man Truck & Bus Ag Method and arrangement for improving the hydrolysis of a reduction agent in an exhaust gas post treatment system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007501356A (ja) 2007-01-25
EP1625288A1 (de) 2006-02-15
WO2004104389A1 (en) 2004-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2138681B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Dieselabgasen
DE10103771A1 (de) Verfahren zur Wiederherstellung der katalytischen Aktivität eines Katalysators, welcher im Abgastrakt eines Dieselmotors angeordnet ist und wenigstens eine Oxidationsfunktion aufweist
DE102014110701B4 (de) Oxidationskatalysator zum Behandeln eines Abgases aus einem Dieselmotor, dessen Verwendungen und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102008048854B4 (de) Regelungsstrategie für ein Katalysatorkonzept zur Abgasnachbehandlung mit mehreren Stickoxid-Speicherkatalysatoren
EP0893154B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur De-Sulfatierung von NOx-Speichern bei DI-Dieselmotoren
EP2129883B1 (de) Katalysatorsystem und seine verwendung
EP2112339A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors
DE10308288A1 (de) Verfahren zur Entfernung von Stickoxiden aus dem Abgas eines mager betriebenen Verbrennungsmotors und Abgasreinigungsanlage hierzu
EP2826971A1 (de) Verfahren zur Verminderung von Stickoxiden in dieselmotorischen Abgasen und Abgasnachbehandlungssystem zur Durchführung des Verfahrens
DE112014000482T5 (de) Abgasreinigungskatalysator und Verfahren zum Herstellen desselben
DE102012024260A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Anhebung der Abgastemperatur im Abgastrakt einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine
EP2525066B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Desulfatisierung einer in einer Diesel-Brennkraftmaschine angeordneten Abgasreinigungseinrichtung
EP0915733A1 (de) Katalysatorsystem zur abgasreinigung von dieselmotoren
DE102017201401B4 (de) Abgasnachbehandlung
EP1215384A2 (de) Verfahren zur Verbesserung des Ansprechverhaltens von Turboladern
AT521759B1 (de) Verfahren und Ottomotoranordnung mit einer verbesserten Abgasnachbehandlung durch eine Regenerationsstrategie
DE10323245A1 (de) Verfahren zur Reinigung des Abgases eines Dieselmotors mit Hilfe eines Diesel-Oxidationskatalysators
DE102013210557A1 (de) Katalysatorzusammensetzung
EP3704363B1 (de) Verfahren zum betrieb einer abgasanlage
DE10323247A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems aus einem Dieselmotor mit einem Dieseloxidationskatalysator zur Abgasreinigung
DE102006038367A1 (de) Entschwefelung eines NOx-Speicherkatalysators
DE60205036T2 (de) Abgasleitung für verbrennungsmotor
DE102005063204B4 (de) Auslegung und Betrieb einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine mit angepasster Abgasnachbehandlung
DE102008042784B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mit mindestens einem Abgasnachbehandlungssystem
DE102017201399A1 (de) Abgasnachbehandlungssystem

Legal Events

Date Code Title Description
8141 Disposal/no request for examination