DE10347446B4 - Verfahren zur Aufheizung und zur Desulfatisierung eines Hauptkatalysators einer mehrflutigen Abgaslage einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur Aufheizung und zur Desulfatisierung eines Hauptkatalysators einer mehrflutigen Abgaslage einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Aufheizung und zur Desulfatisierung eines Hauptkatalysators einer mehrflutigen Abgasanlage einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit wenigstens zwei parallel geschalteten und dem Hauptkatalysator vorgeschalteten Vorkatalysatoren, die über entsprechende Abgaspfade jeweils nur von einem Teil der Zylinder mit Abgas beaufschlagt werden, wobei dem Hauptkatalysator über wenigstens einen der Vorkatalysatoren als Fett-Vorkatalysator ein fetter Abgasstrom und über wenigstens einen der Vorkatalysatoren als Mager-Vorkatalysator ein magerer Abgasstrom zugeführt wird zur Aufheizung des Hauptkatalysators auf eine Desulfatisierungstemperatur mittels exothermer Reaktion von Schadstoffkomponenten in dem Hauptkatalysator, wobei während einer vorgebbaren Desulfatisierungszeitdauer dem Hauptkatalysator dem wenigstens einen Fett-Vorkatalysator kommend stets ein fetter Vorkatalysator-Abgasstrom und von dem wenigstens einen Mager-Vorkatalysator kommend stets ein magerer Vorkatalysator-Abgasstrom zugeführt wird dergestalt, dass der Lambdawert dieses fetten Vorkatalysator-Abgasstromes innerhalb des fetten Bereichs (λ < 1) und/oder der Lambdawert dieses mageren Vorkatalysator-Abgasstromes innerhalb des mageren Bereichs (λ > 1) jeweils zeitlich über die Desulfatisierungszeitdauer gesehen so variierbar ist, dass der Hauptkatalysator...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufheizung und zur Desulfatisierung eines Hauptkatalysators einer mehrflutigen Abgasanlage einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Moderne Katalysatorsysteme weisen regelmäßig wenigstens einen motornah angeordneten kleinvolumigen Vorkatalysator und zumindest einen nachgeschalteten großvolumigen Hauptkatalysator auf. Bei magerlauffähigen Brennkraftmaschinen wird als Hauptkatalysator oftmals ein Stickoxid-Speicherkatalysator eingesetzt, der bei magerer Betriebsweise Stickoxid einlagert. Diese Stickoxide werden bei intermittierenden Katalysatorregenerationen unter reduzierenden Bedingungen im fetten Abgas in unschädlichen Stickstoff umgewandelt. Der Stickoxid-Speicherkatalysator wird hierbei gezielt entleert, damit er seine volle Absorptionsfähigkeit für Stickoxide zurückerhält, die mit zunehmender Stickoxidbeladung in der Magerphase kontinuierlich abnimmt.
  • Neben der Einlagerung von Stickoxiden sind jedoch stets auch unerwünschte Schwefeleinlagerungen zu verzeichnen, die zu einer sog. schleichenden Vergiftung des Katalysators führen und dessen Stickoxid-Einlagerungsfähigkeit allmählich verringern. Eine solche Schwefelvergiftung ist bei Stickoxid-Speicherkatalysatoren jedoch im wesentlichen reversibel, sofern hinreichend hohe Katalysatortemperaturen von mehr als 600°C und ein hinreichend hohes Schadstoffangebot bei geringem Restsauerstoffgehalt vorliegen. Zur Gewährleistung einer stets ordnungsgemäßen Abgasreinigung wird daher in der Praxis durch Einstellung einer hinreichend hohen Katalysatortemperatur und durch eine Absenkung des Sauerstoffgehaltes im Abgas, d. h. einer Verringerung des Lambda-Wertes, bei hinreichend hohem Schadstoffgehalt in periodischen Abständen eine Entschwefelung bzw. Desulfatisierung des Stickoxid-Speicherkatalysators durchgeführt. Neben der Einspeicherung von Stickoxiden können in einem derartigen Stickoxid-Speicherkatalysator regelmäßig auch die Schadstoffe HC, CO und auch das NOx vorzugsweise stöchiometrisch umgesetzt werden.
  • Aus der DE 100 55 665 A1 ist bereits ein Verfahren zur Aufheizung und zur Desulfatisierung eines Hauptkatalysators einer mehrflutigen Abgasanlage einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem wenigstens zwei parallel geschaltete und dem Hauptkatalysator vorgeschaltete Vorkatalysatoren vorgesehen sind, die über entsprechende Abgaspfade jeweils nur von einem Teil der Zylinder mit Abgas beaufschlagt werden. Dem Hauptkatalysator wird über wenigstens einen der Vorkatalysatoren als Fett-Vorkatalysator ein fetter Abgasstrom und über wenigstens einen der Vorkatalysatoren als Mager-Vorkatalysator ein magerer Abgasstrom zugeführt zur Aufheizung des Hauptkatalysators auf eine Desulfatisierungstemperatur mittels exothermer Reaktion von Schadstoffkomponenten in dem Hauptkatalysator.
  • Konkret wird hier zur schnellen und zuverlässigen Aufheizung des Hauptkatalysators auf die gewünschte Hauptkatalysatortemperatur die Temperatur des Hauptkatalysators durch entsprechende Betriebsweise der jeweiligen Zylinder über die Lambdawerte der den Vorkatalysatoren jeweils zugeführten Abgase bedarfsgerecht gesteuert, um durch optimale Ausnutzung der im Abgas chemisch gespeicherten Energie einen möglichst schnellen und katalysatorschonenenden Temperaturanstieg auf das gewünschte Temperaturniveau zu erreichen. Die Temperaturen und die Temperaturgradienten in den einzelnen Katalysatoren der Abgasanlage können hierbei durch geeignete Wahl der Lambdawerte in den einzelnen Abgaspfaden unter Berücksichtigung und Minimierung der auftretenden Wärmeverluste selektiv eingestellt werden. Zur Begrenzung der Temperaturerhöhung, insbesondere zur Vermeidung eventueller katalysatorschädigender Übertemperaturen, wird die Differenz oder die Spreizung zwischen den Lambdawerten in den einzelnen Abgaspfaden hierbei aus sicherheitstechnischen Gründen betriebspunktabhängig auf einen Maximalwert begrenzt.
  • Ein ähnliches Verfahren zur Aufheizung eines stromabwärts angeordneten Hauptkatalysators einer Abgasanlage, bei dem eine Zylindergruppe im fetten Bereich betrieben wird und eine andere Zylindergruppe im mageren Bereich betrieben wird, ist auch aus der DE 100 51 150 A1 bekannt.
  • Weiter ist es aus der DE 199 10 503 C1 ein Verfahren zur periodischen Desulfatisierung eines Stickoxid- oder Schwefeloxid-Speichers einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine bekannt, bei dem dem Stickoxid-Speicher ein reduktionsmittel- und sauerstoffhaltiges Motorabgas durch Einstellen eines fetten Luftverhältnisses für einen ersten Teil der Motorzylinder und eines demgegenüber mageren Luftverhältnisses für die übrigen Zylinder zugeführt wird. Dabei soll der Abstand zwischen dem Luftverhältnis für den ersten und demjenigen für den zweiten Teil der Motorzylinder in einer anfänglichen Speicheraufheizphase größer eingestellt sein als im anschließenden Desulfatisierungsbetrieb. Dadurch soll erreicht werden, dass vor dem Beginn der Desulfatisierung der Stickoxid-Speicherkatalysator auf eine entsprechende Desulfatisierungstemperatur aufgeheizt wird, ähnlich wie dies bei den zuvor beschriebenen Verfahren der Fall ist.
  • Diese Entgegenhaltungen betreffen somit jeweils die Problematik des Aufheizens eines Hauptkatalysators, der desulfatisiert werden soll, auf eine entsprechende Desulfatisierungstemperatur. Es ist jedoch auch während der Desulfatisierungsphase darauf zu achten, dass einerseits die Desulfatisierung ohne Fett- bzw. Mager-Durchbrüche durchgeführt werden kann, und zwar unter Beibehaltung einer Desulfatisierungs-Mindesttemperatur.
  • Die US 6,250,074 B1 beschreibt bereits ein Verfahren zur Aufheizung und zur Desulfatisierung eines Hauptkatalysators einer mehrflutigen Abgasanlage einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, bei der eine Emissionssteuervorrichtung bewirkt, dass in einem NOx-Absorptionsmittel absorbierter Schwefel dadurch freigegeben wird, dass man das Luft-Brennstoffverhältnis des in der ersten Zylindergruppe zu verbrennenden Gemisches zur fetteren Seite einstellt, um ein eine große HC-Menge enthaltendes Abgas zu erzeugen, und dass man das Luft-Brennstoffverhältnis des in der zweiten Zylindergruppe zu verbrennenden Gemisches auf die magere Seite einstellt, um ein eine große Sauerstoffmenge enthaltendes Abgas zu erzeugen. Das von der ersten und zweiten Zylindergruppe erzeugte Abgas wird dann gleichzeitig in das NOx-Absorptionsmittel geleitet, um das NOx-Absorptionsmittel zu erwärmen, wobei das mittlere Luft-Brennstoffverhältnis des Abgases dann auf das theoretische Luft-Brennstoffverhältnis oder auf die fettere Seite davon eingestellt wird, so dass Schwefel, insbesondere SOx, von dem NOx-Absorptionsmittel freigegeben wird. Um das mittlere Luft-Brennstoffverhältnis des Abgases bei dem theoretischen Luft-Brennstoffverhältnis oder auf der fetteren Seite zu halten, ist hier ein Luft-Brennstoffverhältnissensor vorgesehen, der das mittlere Luft-Brennstoffverhältnis des Abgases stromauf des NOx-Absorptionsmittels erfasst. Auf der Grundlage eines Ausgangssignals des Luft-Brennstoffverhältnissensors steuert die Vorrichtung die in die erste und die zweite Zylindergruppe eingespritzten Kraftstoffmengen, so dass das mittlere Luft-Brennstoffverhältnis des Abgases gleich einem Sollwert eingestellt wird. Nach der US 6,250,074 B1 besteht jedoch bei einem derartigen Aufbau die Gefahr, dass der Luft-Brennstoffverhältnissensor mit einer großen HC-Menge bedeckt wird, das heißt dass der Luft-Brennstoffverhältnissensor kaum mit dem im Abgas befindlichen Sauerstoff in Berührung kommt, so dass der Luft-Brennstoffverhältnissensor fälschlicher Weise erfassen kann, dass das mittlere Luft-Brennstoffverhältnis des Abgases auf der fetteren Seite liegt, obwohl dies gar nicht der Fall ist. Um dies zu verhindern, sieht die US 6,250,074 B1 einen Aufbau vor, bei dem der Luft-Brennstoffverhältnissensor in einem Abschnitt des Abgasrohres stromabwärts des Emissionssteuerkatalysators angeordnet ist. Dadurch soll verhindert werden, dass der Luft-Brennstoffverhältnissensor mit einer großen HC-Menge in Berührung kommt. Damit soll über die Steuervorrichtung eine Falschkorrektur des mittleren Luft-Brennstoffverhältnisses des Abgases verhindert werden, so dass die Steuervorrichtung in der Lage ist, das mittlere Luft-Brennstoffverhältnis des Abgases auf seinen Sollwert zu steuern.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren zur Aufheizung und zur Desulfatisierung eines Hauptkatalysators einer mehrflutigen Abgasanlage einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, zu schaffen, mit dem auf funktionssichere Weise am Hauptkatalysator eine Aufheizung auf und Beibehaltung einer Desulfatisierungs-Mindesttemperatur erreicht werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Erfindungsgemäß werden nach Anspruch 1 die Vorkatalysatoren zur Erhöhung der Temperatur vor dem Hauptkatalysator wenigstens zeitweise zyklisch zwischen fett und mager betrieben, um durch die Entleerung eines den Vorkatalysatoren jeweils zugeordneten Sauerstoffspeichers eine exotherme Reaktion von Schadstoffkomponenten in den Vorkatalysatoren zu erhalten. Hierbei ist die Regelung der Lambdavorgaben der Zylinder so einzustellen, dass die Lambdawerte der Abgasströme nach den Vorkatalysatoren in den Magerphasen des Abgasgemischstroms mager sind und in den Fettphasen des Abgasgemischstroms fett sind, um auch noch nach wie vor eine exotherme Reaktion im Hauptkatalysator zu Erreichung der Desulfatisierungstemperatur zu erzielen. Konkret kann dies durch eine Verfahrensführung nach Anspruch 5 erreicht werden, bei der die Lambdawerte der in den Magerphasen jeweils mageren und der in den Fettphasen jeweils fetten Vorkatalysator-Abgasströme nach den Vorkatalysatoren jeweils unterschiedlich sind, und zwar dergestalt, dass der im regulären Betriebszustand ohne die Notwendigkeit der exothermen Reaktion in den Vorkatalysatoren eigentlich dauerhaft magere Vorkatalysator-Abgasstrom nach den Mager-Vorkatalysatoren während der Fettphasen ausnahmsweise für kurze Zeit einen fetten Lambdawert, vorzugsweise von in etwa einem Lambda von größer 0,9, aufweist, während der andere, an sich dauerhaft fette Vorkatalysator-Abgasstrom weiterhin fett bleibt und demgegenüber einen niedrigeren Lambdawert, vorzugsweise von in etwa 0,6 bis 0,9, aufweist. Entsprechend kann der im regulären Betriebszustand ohne die Notwendigkeit der exothermen Reaktion in den Fett-Vorkatalysatoren eigentlich dauerhaft fette Vorkatalysator-Abgasstrom nach den Vorkatalysatoren während der Magerphasen ausnahmsweise für einen kurzen vorgebbaren Zeitraum einen Lambdawert, vorzugsweise ein Lambda von in etwa 1,1, aufweisen, während der andere, an sich dauerhaft magere Vorkatalysator-Abgasstrom weiterhin mager bleibt und demgegenüber einen höheren Lambdawert, vorzugsweise von in etwa 1,2 bis 1,4 aufweist. Bei dieser Verfahrensführung ist jedoch sicherzustellen, dass es zu keiner Überhitzung in den regelmäßig motornahen Vorkatalysatoren kommt.
  • Mit einer derartigen Verfahrensführung wird zudem erreicht, dass nur der Sauerstoffspeicher des Hauptkatalysators, der zudem vorzugsweise als Unterbodenkatalysator ausgeführt ist, zyklisch entleert und gefüllt wird, die Sauerstoffspeicher der Vorkatalysatoren jedoch entweder immer gefüllt (Mager-Vorkatalysatoren) bzw. immer geleert (Fett-Vorkatalysatoren) sind. Durch diese Steuerung ist in den motornahen Vorkatalysatoren somit keine exotherme Reaktion zu verzeichnen, sondern nur im Hauptkatalysator, so dass die Aufheizung des Hauptkatalysators auf die gewünschte Desulfatisierungstemperatur einfach sichergestellt wird. Durch die zeitlich aufeinander abgestimmte Variation der Lambdawerte der fetten Abgasströme lediglich innerhalb des fetten Bereichs und der mageren Abgasströme lediglich innerhalb des mageren Bereichs wird gleichzeitig sichergestellt, dass auf einfache und schnelle Weise dem Hauptkatalysator der zur Desulfatisierung erforderliche fette Abgasstrom zugeführt werden kann. Selbstverständlich ist für diese Verfahrensführung die Regelung der Lambdavorgaben der Zylinder so einzustellen, dass jeweils der gewünschte Anteil an Sauerstoff im Hauptkatalysator ausgeräumt wird.
  • Besonders bevorzugt ist eine Verfahrensführung nach Anspruch 2, bei der der Hauptkatalysator zur Vermeidung eines Fettdurchbruchs während der Desulfatisierungszeitdauer spätestens bei geleertem Sauerstoffspeicher des Hauptkatalysators durch Variation des Lambdawertes des mageren Vorkatalysator-Abgasstroms innerhalb des mageren Bereichs (λ > 1) und/oder des fetten Vorkatalysator-Abgasstroms innerhalb des fetten Bereichs (λ < 1) für einen vorgegebenen Zeitraum, in dem der Sauerstoffspeicher des Hauptkatalysators wieder wenigstens zum Teil auffüllbar ist, mit einem mageren Gemischstrom beschickt wird. Entsprechend umgekehrt wird der Hauptkatalysator zur Vermeidung eines Magerdurchbruchs während der Desulfatisierungszeitdauer spätestens bei gefülltem Sauerstoffspeicher des Hauptkatalysators durch Variation des Lambdawertes des mageren Vorkatalysator-Abgasstromes innerhalb des mageren Bereiches (λ > 1) und/oder des fetten Vorkatalysator-Abgasstromes innerhalb des fetten Bereiches (λ < 1) für einen vorgegebenen Zeitraum, in dem der Sauerstoffspeicher des Hauptkatalysators wieder wenigstens zum Teil entleert wird, mit einem mageren Abgasgemischstrom beschickt. Besonders bevorzugt ist hierbei eine Verfahrensführung, bei der die Lambdawerte des mageren Vorkatalysator-Abgasstroms und des fetten Vorkatalysator-Abgasstroms jeweils in etwa gleichzeitig variiert werden, da dies steuerungs- und regelungstechnisch besonders einfach handzuhaben ist.
  • Gemäß einer konkreten Verfahrensführung nach Anspruch 3 ist vorgesehen, dass der Lambdawert des fetten Vorkatalysator-Abgasstroms während der Phasen der Bereitstellung eines fetten Abgasgemischstroms zum Hauptkatalysator einen Wert von 0,6 bis 0,9 aufweist, während der Lambdawert des fetten Vorkatalysator-Abgasstroms während der Phasen der Bereitstellung eines mageren Abgasgemischstroms zum Hauptkatalysator einen Wert von 0,9 bis 0,98 aufweist. Jeweils gleichzeitig mit der Veränderung des Lambdawertes des fetten Vorkatalysator-Abgasstroms wird auch der Lambdawert des mageren Vorkatalysator-Abgasstroms hierbei verändert, und zwar dergestalt, dass während der Phasen der Bereitstellung eines fetten Abgasgemischstroms zum Hauptkatalysator der Lambdawert des mageren Vorkatalysator-Abgasstroms einen Wert von 1,02 bis 1,1 aufweist, während der Lambdawert des mageren Vorkatalysator-Abgasstroms während der Phasen der Bereitstellung eines mageren Abgasgemischstroms zum Hauptkatalysator einen Wert von 1,1 bis größer 2 aufweist. Die Lambdawerte der mageren und fetten Vorkatalysator-Abgasströme werden dabei jeweils so eingestellt, dass der gemittelte Lambdawert in den fetten Phasen kleiner 1 und in den mageren Phasen größer 1 ist. Mit einer derartigen Verfahrensführung ist eine funktionssichere Desulfatisierung des Hauptkatalysators möglich.
  • Gemäß einer weiteren konkreten Verfahrensführung nach Anspruch 4 ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine vier Zylinder aufweist, wobei zwei der vier Zylinder zu einer mageren Zylindergruppe und die verbleibenden zwei Zylinder zu einer fetten Zylindergruppe zusammengefasst werden, und zwar dergestalt, dass die magere Zylindergruppe mit einem mageren Gemisch und die fette Zylindergruppe mit einem fetten Gemisch beschickt wird. Die Gemischeinstellung in den Zylindern wird dabei so geregelt, dass die Abgasrohre der fetten Zylindergruppe dem Fett-Vorkatalysator einen fetten Abgasstrom und die Abgasrohre der mageren Zylindergruppe dem Mager-Vorkatalysator einen mageren Abgasstrom zuführen. Dabei wird gleichzeitig die Umsetzung der Schadstoffe in den beiden Vorkatalysatoren so eingestellt, dass dem Hauptkatalysator vom Fett-Vorkatalysator kommend ein fetter Vorkatalysator-Abgasstrom und vom Mager-Vorkatalysator kommend ein magerer Vorkatalysator-Abgasstrom zugeführt wird. Dies wird durch die eben beschriebene Zweiflutigkeit auf besonders einfache und kraftstoffsparende Weise möglich. Denn durch die während der Desulfatisierungsphase stets fette oder magere Betriebsweise der einzelnen Zylinder ist sichergestellt, dass die Sauerstoffspeicher der entsprechend zugeordneten Vorkatalysatoren entweder stets gefüllt (Mager-Vorkatalysatoren) bzw. stets entleert (Fett-Vorkatalysatoren) sind, so dass in den Vorkatalysatoren zum einen keine exotherme Reaktion stattfindet und zum anderen sichergestellt ist, dass z. B. in den Mager-Vorkatalysatoren sehr viel HC und CO oxidiert wird, während in den Fett-Vorkatalysatoren sehr viel Reduktionsmittel (HC, CO) zur Verfügung steht zur Reduktion von Stickoxiden, wobei hier am Ende auch nach wie vor noch Reduktionsmittel HC und CO nach dem Vorkatalysator in diesem Abgaspfad vorhanden ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer zweiflutigen Abgasanlage einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine,
  • 2 eine schematische Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Verfahrensführung zur Aufheizung und Desulfatisierung des Hauptkatalysators der Abgasanlage nach 1, und
  • 3 eine alternative Verfahrensführung mit der Möglichkeit der Aufheizung der motornahen Vorkatalysatoren.
  • In 1 ist schematisch der Aufbau einer zweiflutigen Abgasanlage 1 einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine 2 gezeigt. Diese Brennkraftmaschine umfasst hier beispielhaft vier Zylinder 3 bis 6, von denen der erste Zylinder 3 und der vierte Zylinder 6 mager betrieben werden, während der zweite Zylinder 4 und der dritte Zylinder 5 fett betrieben werden. Diese Steuerung wird Lambda-Split genannt. Zur Ausbildung der zweiflutigen Abgasanlage sind entsprechend die dem ersten und vierten Zylinder 3, 6 zugeordneten Abgasrohre 7, 10 zu einem mager betriebenen Mager-Vorkatalysator 11 geführt, während die Abgasrohre 8 und 9 entsprechend von den fett betriebenen zweiten und dritten Zylindern 4, 5 kommend zu einem Fett-Vorkatalysator 12 geführt sind. Den beiden Vorkatalysatoren 11, 12 ist als Unterbodenkatalysator ein Stickoxid-Speicherkatalysator nachgeschaltet, in dem neben der Abspeicherung von Stickoxiden auch die Umsetzung der Schadstoffkomponenten HC und CO durch Oxidation bzw. die Reduktion von Stickoxiden zu Stickoxid möglich ist.
  • In 2 ist schematisch eine erfindungsgemäße Verfahrensführung dargestellt, wobei 2a den Lambdawert des Vorkatalysator-Abgasstroms während der Desulfatisierungszeitdauer nach dem Mager-Vorkatalysator, 2b den Lambdawert des Vorkatalysator-Abgasstromes nach dem Fett-Vorkatalysator ebenfalls während der Desulfatisierungszeitdauer und 2c den gemittelten Lambdawert des sich aus den beiden von den Vorkatalysatoren 11, 12 gebildeten Abgasgemischstromes darstellt. 2d stellt den zyklischen Verlauf des Sauerstoffgehaltes des Sauerstoffspeichers im Stickoxid-Speicherkatalysator 13 dar.
  • Wie dies der 2a zu entnehmen ist, wird der Mager-Vorkatalysator 11 während der gesamten vorgebbaren Desulfatisierungszeitdauer im mageren Lambdabereich betrieben, d. h. dass der den Mager-Vorkatalysator 11 verlassende magere Vorkatalysator-Abgasstrom stets ein Lambda von größer 1 aufweist. Entsprechend umgekehrt verhält es sich bei dem Fett-Vorkatalysator 12, wie dies der 2b zu entnehmen ist.
  • Durch diese während der Desulfatisierungszeitdauer des Stickoxid-Speicherkatalysators 13 dauerhaft fette bzw. magere Betriebsweise der beiden Vorkatalysatoren 11, 12 ist der Sauerstoffspeicher des Mager-Vorkatalysators 11 dauerhaft gefüllt, wie dies in der 2d durch die Kurve 14 dargestellt ist, während der Sauerstoffspeicher des Fett-Vorkatalysators 12 dauerhaft entleert ist, wie dies in der 2d durch die Kurve 15 dargestellt ist.
  • Zum Zeitpunkt t1 werden die Lambdawerte der Vorkatalysatoren 11, 12 und damit die Lambdawerte der die Vorkatalysatoren 11, 12 verlassenden Vorkatalysator-Abgasströme jeweils so variiert, dass der in der 2c gemittelte Lambdawert des dem Stickoxid-Speicherkatalysator 13 zugeführten Abgasgemischstromes größer 1 und damit mager ist. Diese Magerphase wird für eine bestimmte vorgebbare kurze Zeitspanne von t1 zu t2 aufrecht erhalten, wodurch der Sauerstoffspeicher des Stickoxid-Speicherkatalysators 13 gefüllt wird, wie dies der Kurve 16 der 2d zu entnehmen ist. Anschließend wird dann zur Vermeidung eines Mager-Durchbruchs z. B. mittels des Motorsteuergeräts zum Zeitpunkt 12 durch entsprechende Variation der Lambdawerte der Vorkatalysatoren 11, 12 lediglich in dem Magerbereich (Mager-Vorkatalysator 11) und lediglich in dem Fettbereich (Fett-Vorkatalysator 12) ein Lambdawert in dem dem Stickoxid-Speicherkatalysator 13 zugeführten Abgasgemischstrom eingestellt, der einen Lambdawert von kleiner 1, d. h. einen fetten Abgasgemischstrom ergibt. Diese fette Betriebsphase wird dann, wieder für eine bestimmte Zeitspanne von t2 bis t3 aufrecht erhalten, wobei hier dann gleichzeitig die Desulfatisierung stattfindet, und zwar so lange, bis der Sauerstoffspeicher nahezu vollständig oder vollständig entleert wird. Zu diesem Zeitpunkt t3 kann dann wieder durch entsprechende Variation im vorherigen Sinne auf eine Magerphase umgestellt werden. Insgesamt ergibt sich dadurch ein zyklischer Verlauf der Kurve 16 innerhalb der Grenzen eines voll gefüllten bzw. voll entleerten Sauerstoffspeichers des Stickoxid-Speicherkatalysators, und zwar erfindungsgemäß vorteilhaft durch Variation der Lambdawerte der Vorkatalysatoren 11, 12 und damit deren zugehöriger Vorkatalysator-Abgasströme zum Hauptgaskatalysator 13 im stets mageren oder fetten Fenster. D. h., dass hier ersichtlich der Mager-Vorkatalysator 11 bei sämtlichen eingestellten mageren bzw. fetten Abgasgemischströmen zum Stickoxid-Speicherkatalysator stets im mageren Lambdabereich betrieben wird, während entsprechend umgekehrt der Fett-Vorkatalysator 12 hier stets im mehr oder weniger fetten Betriebsbereich betrieben wird. Dadurch wird erreicht, dass keine exotherme Reaktion in den Vorkatalysatoren 11, 12 stattfindet und somit die gesamte exotherme Wärmeenergie bei der Umsetzung im Stickoxid-Speicherkatalysator 13 zu dessen effektiver Erwärmung auf Desulfatisierungstemperatur genutzt wird.
  • In der 3 ist schematisch eine Verfahrensführung dargestellt, bei der z. B. für den Fall, dass die Temperatur des Abgasgemischstromes vor dem Hauptkatalysator erhöht werden muss, ausnahmsweise auch zur Freisetzung von exothermer Energie in den Vorkatalysatoren 11, 12 diese sowohl fett als auch mager betrieben werden. Dies ist den 3a und 3b deutlich zu entnehmen. In 3c ist wieder der gemittelte Lambdawert des Abgasstromes vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator für einen solchen Fall dargestellt, während die Kurve 17 den Verlauf des Sauerstoffgehaltes im Sauerstoffspeicher des Stickoxid-Speicherkatalysators repräsentiert und die Kurve 18 den zyklischen Verlauf des Sauerstoffgehalts der beiden Vorkatalysatoren 11, 12 zeigt. Aus einem Vergleich der beiden Kurven 17 und 18 ist zu entnehmen, dass zu Beginn (Zeitpunkt t1) zuerst die Sauerstoffspeicher der beiden Vorkatalysatoren während einer Magerphase gefüllt werden. Sobald es bei gefüllten Sauerstoffspeichern der Vorkatalysatoren 11, 12 zu einem Sauerstoffdurchbruch kommt (Zeitpunkt t2) wird der Sauerstoffspeicher des Stickoxid-Speicherkatalysators 13 gefüllt. Sobald dieser Sauerstoffspeicher des Stickoxid-Speicherkatalysators 13 zum Zeitpunkt t3 gefüllt ist, werden die Vorkatalysatoren 11 und 12 entsprechend fett betrieben, wobei der eigentliche Fett-Vorkatalysator 12 (3b) entsprechend fetter betrieben wird als der eigentlich magere Mager-Vorkatalysator 11 (3a). Dadurch kommt es zur Entleerung der Sauerstoffspeicher der beiden Vorkatalysatoren 11, 12. So lange in den Sauerstoffspeichern dieser beiden Vorkatalysatoren noch Sauerstoff zur Verfügung steht, bleibt der Sauerstoffgehalt im Sauerstoffspeicher des Stickoxid-Speicherkatalysators 13 konstant. Sind die Sauerstoffspeicher der beiden Vorkatalysatoren 11, 12 dagegen entleert (Zeitpunkt t4) kommt es in den beiden Vorkatalysatoren 11, 12 zum Fettdurchbruch und dadurch unmittelbar darauf im Stickoxid-Speicherkatalysator 13 zur Entleerung des Sauerstoffspeichers. Vor dem Fettdurchbruch durch den Stickoxid-Speicherkatalysator 13 wird dann wieder in eine Magerphase umgeschalten, um die Sauerstoffspeicher in der zuvor beschriebenen Weise aufzuladen. Durch diese Verfahrensführung ergibt sich der in den 3a bis 3d dargestellte zyklische Verlauf. Ferner wird dadurch auch die Freisetzung von exothermer Energie in den Vorkatalysatoren 11, 12 erreicht zur Aufheizung des dem Stickoxid-Speicherkatalysator 13 als Unterbodenkatalysator zugeführtem Abgasgemisch. Die in 3 dargestellte Verfahrensführung ist lediglich optional und soll bevorzugt lediglich eine Ausnahme darstellen, um in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung für den Fall eventuell zu geringer Temperaturen im Bereich des Stickoxid-Speicherkatalysators 13 eine zusätzliche Aufheizmöglichkeit vorzusehen.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Aufheizung und zur Desulfatisierung eines Hauptkatalysators einer mehrflutigen Abgasanlage einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit wenigstens zwei parallel geschalteten und dem Hauptkatalysator vorgeschalteten Vorkatalysatoren, die über entsprechende Abgaspfade jeweils nur von einem Teil der Zylinder mit Abgas beaufschlagt werden, wobei dem Hauptkatalysator über wenigstens einen der Vorkatalysatoren als Fett-Vorkatalysator ein fetter Abgasstrom und über wenigstens einen der Vorkatalysatoren als Mager-Vorkatalysator ein magerer Abgasstrom zugeführt wird zur Aufheizung des Hauptkatalysators auf eine Desulfatisierungstemperatur mittels exothermer Reaktion von Schadstoffkomponenten in dem Hauptkatalysator, wobei während einer vorgebbaren Desulfatisierungszeitdauer dem Hauptkatalysator dem wenigstens einen Fett-Vorkatalysator kommend stets ein fetter Vorkatalysator-Abgasstrom und von dem wenigstens einen Mager-Vorkatalysator kommend stets ein magerer Vorkatalysator-Abgasstrom zugeführt wird dergestalt, dass der Lambdawert dieses fetten Vorkatalysator-Abgasstromes innerhalb des fetten Bereichs (λ < 1) und/oder der Lambdawert dieses mageren Vorkatalysator-Abgasstromes innerhalb des mageren Bereichs (λ > 1) jeweils zeitlich über die Desulfatisierungszeitdauer gesehen so variierbar ist, dass der Hauptkatalysator im Mittel gesehen bezogen auf die Desulfatisierungszeitdauer wenigstens zeitweise mit einem fetten Abgasgemischstrom beaufschlagt wird zur Desulfatisierung des Hauptkatalysators unter Verbrauch von in einem Sauerstoffspeicher des Hauptkatalysators gespeichertem Sauerstoff, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Temperatur vor dem Hauptkatalysator (13) die Vorkatalysatoren (11, 12) wenigstens zeitweise zyklisch zwischen fett und mager betrieben werden zur Entleerung eines jeweils zugeordneten Sauerstoffspeichers der Vorkatalysatoren (11, 12) und dadurch bedingter exothermer Reaktion von Schadstoffkomponenten in den Vorkatalysatoren (11, 12) dergestalt, dass die Lambdawerte der Vorkatalysator-Abgasströme nach den Vorkatalysatoren (11, 12) in den Magerphasen des Abgasgemischstromes mager sind und in den Fettphasen des Abgasgemischstromes fett sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hauptkatalysator (13) zur Vermeidung eines Fettdurchbruchs während der Desulfatisierungszeitdauer spätestens bei geleertem Sauerstoffspeicher des Hauptkatalysators (13) durch vorzugsweise in etwa gleichzeitige Variation des Lambdawertes des mageren Vorkatalysator-Abgasstromes innerhalb des mageren Bereiches (λ > 1) und/oder des fetten Vorkatalysator-Abgasstromes innerhalb des fetten Bereiches (λ < 1) für einen vorgegebenen Zeitraum, in dem der Sauerstoffspeicher des Hauptkatalysators (13) wieder wenigstens zum Teil auffüllbar ist, mit einem im Mittel mageren Abgasgemischstrom beschickt wird, und dass dem Hauptkatalysator (13) zur Vermeidung eines Magerdurchbruchs während der Desulfatisierungszeitdauer spätestens bei gefülltem Sauerstoffspeicher des Hauptkatalysators (13) durch vorzugsweise in etwa gleichzeitige Variation des Lamdawertes des mageren Vorkatalysator-Abgasstromes innerhalb des mageren Bereiches (λ > 1) und/oder des fetten Vorkatalysator-Abgasstromes innerhalb des fetten Bereiches (λ < 1) für einen vorgebbaren Zeitraum, in dem der Sauerstoffspeicher des Hauptkatalysators (13) wieder wenigstens zum Teil entleert wird, mit einem im Mittel fetten Abgasgemischstrom beschickt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lambdawert des fetten Vorkatalysator-Abgasstroms während der Phasen der Bereitstellung eines fetten Abgasgemischstroms zum Hauptkatalysator (13) einen Wert von 0,6 bis 0,9 aufweist, und dass der Lambdawert des fetten Vorkatalysator-Abgasstroms während der Phasen der Bereitstellung eines mageren Abgasgemischstroms zum Hauptkatalysator (13) einen Wert von 0,9 bis 0,98 aufweist, und dass jeweils gleichzeitig zum Lambdawert des fetten Vorkatalysator-Abgasstroms der Lambdawert des mageren Vorkatalysator-Abgasstroms während der Phasen der Bereitstellung eines fetten Abgasgemischstroms zum Hauptkatalysator (13) einen Wert von 1,02 bis 1,1 aufweist, und dass der Lambdawert des mageren Vorkatalysator-Abgasstroms während der Phasen der Bereitstellung eines mageren Abgasgemischstroms zum Hauptkatalysator (13) einen Wert von 1,1 bis größer 2, jeweils unter der Bedingung, dass der gemittelte Lambdawert in den fetten Phasen kleiner 1 und in den mageren Phasen größer 1 ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (2) vier Zylinder (3, 4, 5, 6) aufweist, wobei zwei Zylinder (3, 6) der vier Zylinder zu einer mageren Zylindergruppe und die verbleibenden zwei Zylinder (4, 5) zu einer fetten Zylindergruppe zusammengefasst sind dergestalt, dass die magere Zylindergruppe mit einem mageren Gemisch und die fette Zylindergruppe mit einem fetten Gemisch beschickt wird, und dass die Gemischeinstellung in den Zylindern (3, 4, 5, 6) so geregelt ist, dass die Abgasrohre (7, 8, 9, 10) der fetten Zylindergruppe dem Fett-Vorkatalysator (12) einen fetten Abgasstrom und die Abgasrohre der mageren Zylindergruppe dem Mager-Vorkatalysator (11) einen mageren Abgasstrom zuführen und die Umsetzung der Schadstoffe in den beiden Vorkatalysatoren (11, 12) ferner so ist, dass dem Hauptkatalysator (13) vom Fett-Vorkatalysator (12) kommend ein fetter Vorkatalysator-Abgasstrom und vom Mager-Vorkatalysator (11) kommend ein magerer Vorkatalysator-Abgasstrom zugeführt wird.
  5. Verfahren nach Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lambdawerte der in den Magerphasen jeweils mageren und der in den Fettphasen jeweils fetten Abgasströme nach den Vorkatalysatoren (11, 12) jeweils unterschiedlich sind dergestalt, dass der im regulären Betriebszustand ohne die Notwendigkeit der exothermen Reaktion in den Mager-Vorkatalysatoren (11) eigentlich dauerhaft magere Vorkatalysator-Abgasstrom nach den Mager-Vorkatalysatoren (11) während der Fettphasen einen fetten Lambdawert, vorzugsweise in etwa ein Lambda von 0,9, aufweist, während der andere an sich dauerhaft fette Vorkatalysator-Abgasstrom demgegenüber einen niedrigeren Lambdawert, vorzugsweise von in etwa 0,6 bis 0,8 aufweist, und dass der im regulären Betriebszustand ohne die Notwendigkeit der exothermen Reaktion in den Fett-Vorkatalysatoren (12) eigentlich dauerhaft fette Vorkatalysator-Abgasstrom nach den Fett-Vorkatalysatoren (12) während der Magerphasen einen mageren Lambdawert, vorzugsweise ein Lambda von in etwa 1,1 aufweist, während der andere an sich dauerhaft magere Vorkatalysator- Abgasstrom demgegenüber einen höheren Lambdawert, vorzugsweise von in etwa 1,2 bis 1,4 aufweist.
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