EP0931922B1 - Method and apparatus to purify the exhaust gas of an internal combustion engine - Google Patents
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- F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
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Definitions
- the invention relates to a method for cleaning exhaust gases an internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1.
- the invention relates to a Device for cleaning exhaust gases from an internal combustion engine.
- NO x adsorber systems are particularly suitable for cleaning the combustion engine exhaust gases.
- Exhaust gas cleaning elements of this type also referred to as NO x adsorber catalysts, store the nitrogen oxides (NO x ) from internal combustion engines under certain conditions, provided they are operated "leanly". Such lean operation occurs when the combustion-air ratio lambda ( ⁇ ) is greater than 1, that is to say when there is over-stoichiometric combustion in which large amounts of oxygen are present in the exhaust gas.
- NO also referred to as a storage catalyst x -Adsorbersysteme
- exhaust gas requires high as possible reducing agent content, so that the NO stored in the NO x adsorber catalyst x is released and can be converted to nitrogen N 2.
- An internal combustion engine produces exhaust gas with a reducing action if there is a "rich" combustion, that is to say a substoichiometric combustion with ⁇ ⁇ 1, in which there is little or no residual oxygen in the exhaust gas.
- the internal combustion engines equipped with such a NO x storage catalytic converter must accordingly have an engine control which enables a change between lean operation and rich operation of the internal combustion engine.
- the exhaust gases of the internal combustion engine contain sulfur oxide compounds (SO x ), preferably sulfur dioxide (SO 2 ), which react with the storage material of the NO x storage catalyst during lean operation and thereby sulfates form.
- SO x sulfur oxide compounds
- SO 2 sulfur dioxide
- Such sulfate formation leads to a reduction in the NO x storage capacity of the NO x storage catalytic converter, which is also referred to as "sulfur poisoning" of the NO x storage catalytic converter.
- the NO x storage catalyst In order to maintain the function of the NO x storage catalyst, it can be freed from attached sulfate from time to time and thereby regenerated. To achieve effective regeneration, it is known to set elevated exhaust gas temperatures of, for example, over 550 ° C. and a rich exhaust gas composition. Depending on the sulfur content of fuel and engine oil as the main sulfur sources, the regeneration of the NO x storage catalytic converter must be carried out in more or less short intervals. These intervals are typically in the range of a few hours of operation.
- fuels and motor oils with a low sulfur content can be used, on the one hand, and, on the other hand, the sulfur poisoning of the NO x storage catalyst can be avoided, in which a so-called "SO x trap" in the literature SO x storage catalyst is used, which is arranged in the exhaust line before the NO x storage catalyst.
- the NO x storage capacity of such a SO x trap or SO x storage catalytic converter is limited, so that regeneration or desulfation of the SO x storage catalytic converter must be carried out for continuous operation. Desulfation of this type can be achieved with the aid of an exhaust gas which contains reducing agents (for example CO, H 2 , HC) and has a relatively high temperature. Under these conditions, the previously stored amounts of sulfur are mainly desorbed and released as SO 2 and H 2 S, the SO x storage capacity of the SO x storage catalyst being restored.
- reducing agents for example CO, H 2 , HC
- EP 0 625 633 A1 does not contain any information as to how the temperature increase in the exhaust gas required for desulfating the SO x trap can be achieved in a targeted and simple manner.
- the present invention deals with the problem of designing a method of the type mentioned at the outset such that the exhaust gas composition and exhaust gas temperature required for the desulfation of the SO x storage catalyst can be provided using technically simple measures or devices.
- this problem is solved by a method solved the features of claim 1.
- the invention is based on the general idea of using the engine control system to influence the exhaust gas composition in such a way that they have a reducing atmosphere which can release the SO x compounds in the SO x storage catalytic converter.
- the high exhaust gas temperature also required for this is achieved in a simple manner — with the aid of the proposed supply of secondary air into the exhaust line, after the engine and before the SO x storage catalytic converter.
- the exhaust gas enriched with reducing agents contains a high chemical energy, which can be converted into thermal energy by supplying oxygen by means of appropriate chemical reactions. The oxygen required for this is provided with the secondary air.
- a catalytic combustion can take place of a portion of the entrained in the exhaust gas reducing agent with oxygen in the secondary air, liberated in the thermal energy, and is preferably transferred to the surface material of the SO x storage catalyst.
- the high temperature in the SO x storage catalyst required for the sulfate decomposition can thus be generated by this chemical reaction in the SO x storage catalyst itself and therefore does not require an additional energy source.
- An atmosphere containing reducing agent is in the exhaust gas provided in a simple manner by the engine control from lean operation to rich operation of the internal combustion engine is converted.
- a temperature of more than 550 ° C. is preferably set in the SO x storage catalyst.
- the setting of these preferred values for the combustion-air ratio of the exhaust gas mixed with secondary air and for the temperature prevailing in the SO x storage catalytic converter is achieved by the amount of secondary air supplied by the engine control during the desulfurization and / or the combustion air ratio of the exhaust gases coming from the engine is influenced or varied.
- the proposed measures make it possible to regulate or control the parameters which are characteristic of the course of the desulfation in a simple manner.
- the adsorption of sulfur compounds in the NO x storage catalytic converter during the desulfation of the SO x storage catalytic converter can also be prevented by switching the lean mode to the rich mode of the internal combustion engine a regeneration of the NO x storage catalytic converter is first carried out, the engine control monitoring a parameter correlating with the degree of regeneration of the NO x storage catalytic converter and only initiating the supply of secondary air into the exhaust gas line when a predetermined threshold value for this parameter has been reached.
- the amounts of oxygen and nitrates stored in the SO x storage catalytic converter and in the NO x storage catalytic converter are converted with the aid of the reducing agent emitted by the engine during rich operation.
- the two catalysts SO x and NO x storage catalyst
- the two catalysts are thereby brought into a reduced state in which - apart from the sulfates in the SO x storage catalyst - there are approximately no more oxygen-containing atoms or molecules in the catalysts.
- the actual desulfation of the SO x storage catalytic converter can then take place by supplying secondary air.
- the sulfur compounds adsorbed and stored during lean operation are desorbed and released from the SO x storage catalyst.
- the released sulfur compounds can flow through the reduced NO x storage catalyst without the sulfur compounds being adsorbed or stored.
- Sulfur poisoning or sulfation of the NO x storage catalytic converter can thus be prevented during the desulfation of the upstream SO x storage catalytic converter, and only through the choice of a particularly skillful sequence of the control processes.
- An exhaust gas purification device operating according to this method has few moving components, is therefore robust, less prone to failure and inexpensive.
- an internal combustion engine 1 which can be both a diesel and a petrol engine, Air via an electronically or electrically adjustable Throttle valve 2 supplied.
- the throttle valve 2 is included an electronic engine control 3 connected via a Computer, a memory with data and corresponding programs disposes.
- the exhaust gases formed by the engine 1 during combustion occur into an exhaust line 4 of an exhaust gas purification device 5 of the Motors 1 on.
- the exhaust line 4 is shown in FIG Embodiment already in the outlet area of the exhaust gases from the internal combustion engine 1, a secondary air supply 6 is connected, the one controlled by the engine control 3 Secondary air pump 7 secondary air in the exhaust line 4 for Mixing with the exhaust gases can bring.
- a ⁇ probe 8 is arranged in the exhaust line, which is connected to the engine control 3.
- a temperature sensor 10 connected to the engine control 3 is arranged in the exhaust line 4.
- the temperature sensor 10 measures a temperature that correlates with the temperature prevailing in the SO x storage catalytic converter 9.
- the exhaust line 4 branches off in its further course, a NO x storage catalytic converter 11 being arranged in a first partial line 4a.
- a closing element 12 designed as an exhaust gas flap is arranged in this first branch line 4a, which is connected to the engine control 3 and can be adjusted between a passage position and a blocking position by this.
- a second partial line 4b formed after the branching forms a bypass 13 bypassing the NO x storage catalytic converter 11.
- this bypass 13 there is also a closing element 14 designed as an exhaust flap, which is also connected to the engine control 3 and between an open position and a blocked position is adjustable.
- the sub-lines 4a and 4b of the exhaust line 4 are brought together again to form a common exhaust line 4 after the NO x storage catalytic converter 11.
- the engine control 3 monitors the storage capacity of the SO x storage catalytic converter 9 and determines when regeneration of the SO x storage catalytic converter is required.
- sensors not shown here, are arranged in the SO x storage catalytic converter 9 or in the exhaust line 4, which sensors, for example, show an increase in the content of sulfur compounds in the exhaust gas or detect another parameter that correlates with the SO x storage capacity.
- the current storage capacity of the SO x storage catalytic converter 9 is also possible to determine the current storage capacity of the SO x storage catalytic converter 9 on the basis of maps stored in a corresponding storage, in which, for example, the SO x storage capacity is dependent on the operating time of the internal combustion engine 1 and the sulfur content of the Exhaust gases coming from engine 1 are stored.
- the engine control 3 After the engine control 3 has determined that the SO x storage capacity has dropped to or below a predetermined threshold value, it influences the operating behavior of the internal combustion engine 1 in that it is switched from a lean operation to a rich operation. It can be provided that any change in the engine power, in particular the engine torque, which occurs during the changeover between the two operating modes (lean or rich) is compensated, for example, by a corresponding change in the position of the throttle valve 2, so that the driver makes the change between the operating modes.
- the secondary air pump 7 is activated with a delay, so that secondary air is blown into the exhaust line 4.
- Due to the substoichiometric in fat mode Combustion with ⁇ ⁇ 1 are the exhaust gases coming from engine 1 loaded with reducing agent.
- the exhaust gases are also enriched with oxygen.
- the engine control 3 measures the current ⁇ value upstream of the SO x storage catalytic converter 9, that is to say the combustion air ratio of the exhaust gases mixed with the secondary air.
- the engine control 3 influences the exhaust gas composition. According to the invention, several options are proposed for this:
- the amount of secondary air supplied is controlled by a corresponding control of the secondary air supply, with the combustion-air ratio of the exhaust gases coming from the richly operated engine 1 remaining constant 6 or their secondary air pump 7 varies.
- the combustion air ratio of the exhaust gases generated by the engine 1 can be varied by the engine control 3, with the amount of secondary air supplied remaining constant, by the engine control 3 engages in the operation of the engine 1.
- the exhaust gases entering the SO x storage catalytic converter 9 have a high content of reducing agents (for example CO, H 2 , HC).
- reducing agents for example CO, H 2 , HC
- these exhaust gases are enriched with oxygen after the secondary air supply 6, so that in the SO x storage catalytic converter 9 catalytic combustion can take place.
- the chemical energy stored in the reducing agents is converted into thermal energy by oxidation. In this way, the SO x storage catalyst 9 is heated and can reach an optimal temperature for the desulfation.
- the heating of the SO x storage catalytic converter 9 is monitored.
- This heating of the SO x storage catalytic converter 9 can be regulated by influencing the combustion air ratio of the exhaust gases supplied to the SO x storage catalytic converter 9.
- the engine control 3 regulates or sets in the SO x storage catalytic converter 9 with the aid of the temperature sensor 10 an optimum temperature for desulfurization, preferably more than 550 ° C.
- the temperature sensor 10 enables effective protection against overheating of the SO x storage -Catalyst 9 or the other components of the exhaust gas purification device 5.
- the exhaust flap 12 is closed and the exhaust flap 14 is opened, so that the exhaust gases only flow through the bypass 13 while bypassing the NO x storage catalytic converter 11.
- the sulfur compounds released during the desulfation of the SO x storage catalytic converter 9 cannot be transported into the NO x storage catalytic converter 11 by the exhaust gas flow.
- sulfate formation in the NO x storage catalytic converter 11 and consequently its poisoning or capacity reduction can be effectively prevented.
- the exhaust flap 15 is switched to pass during the regeneration phase or desulfation of the SO x storage catalytic converter 9.
- the exhaust line 4 is designed in terms of flow in this area such that when the exhaust gas flap 15 is open, the exhaust gases are only or at least largely flow through the bypass 13 and no sulfur-containing exhaust gases or only negligibly small proportions flow through the NO x storage catalytic converter 11. This is achieved, for example, by increasing the flow resistance in sub-branch 4a, for example by means of a throttle point. 2 is due to its design with only one exhaust flap 15 cheaper and less prone to failure than the embodiment according to FIG. 1.
- protection of the NO x storage catalytic converter 11 from sulfur poisoning during the desulfation is achieved even without a bypass. This is made possible by the fact that, in such an exhaust gas purification device 5, the engine control 3 performs a regeneration of the NO x storage catalytic converter 11 before the SO x storage catalytic converter 9 is actually desulfated.
- the engine controller 3 After the engine controller 3 has determined that the SO x storage capacity of the SO x storage catalytic converter 9 has dropped to or below a predetermined threshold value, it causes a change from lean to - as in the embodiments according to FIGS. Operation on rich operation of the internal combustion engine 1, but in this case without activating the secondary air supply 6.
- the internal combustion engine 1 then generates exhaust gases with a relatively high reducing agent content, which trigger a reduction reaction in the NO x storage catalytic converter 11, in which the nitrogen oxides adsorbed in the NO x storage catalytic converter 11 are reduced and in the form of harmless compounds such as N 2 , CO 2 , H 2 O are released.
- the regeneration of the NO x storage catalytic converter 11 brings it into a reduced state in which there are no longer any oxygen-containing species in the NO x storage catalytic converter 11.
- the end of the regeneration process for the NO x storage catalytic converter 11 is determined by the engine control 3.
- the regeneration process takes place on the basis of parameters stored in characteristic diagrams or with the aid of an additional sensor 16 arranged in the exhaust line 4 after the NO x storage catalytic converter 11.
- This sensor 16 is connected to the engine control 3 and, according to a preferred embodiment, can be used as a ⁇ probe be trained.
- the end of the regeneration phase can be detected by the sensor 16, for example, in that the reducing agents contained in the exhaust gas flow through the NO x storage catalytic converter 11 unchanged to an increasing extent.
- the actual desulfation of the SO x storage catalytic converter 9 begins, in which secondary air is introduced into the exhaust gases coming from the engine 1 with the aid of the secondary air supply 6.
- the optimal conditions for the desulphation are set or regulated by the engine control 3. It is entirely possible that rich operation with a different ⁇ value is set for the regeneration of the NO x storage catalytic converter 11 than for the desulfation of the SO x storage catalytic converter 9.
- the sulfur compounds released during the desulfation are fed to the NO x storage catalytic converter 11 by the exhaust gas flow.
- the sulfur compounds contained in the exhaust gas cannot be adsorbed and stored by its adsorber material, so that the sulfur compounds flow through the NO x storage catalytic converter 11 unchanged.
- sulfation or sulfur poisoning of the NO x storage catalytic converter 11 can thus be effectively avoided during the desulfating of the upstream SO x storage catalytic converter 9.
- An exhaust gas purification device 5 corresponding to FIG. 3 has compared to the previously described embodiments 1 and 2 no exhaust flaps, so that the Overall structure of the exhaust gas purification device 5 considerably more robust and less susceptible to faults, therefore easy to maintain and overall is inexpensive.
- the end of the desulfation of the SO x storage catalytic converter 9 is determined in all the exemplary embodiments shown by the engine control 3, for example on the basis of parameters stored in characteristic maps.
- a further sensor 17 can be located between the SO x storage catalytic converter 9 and the NO x storage catalytic converter 11 in the exhaust line 4, in particular in the examples according to FIGS. 1 and 2 before the bypass 13 be arranged, which is connected to the engine controller 3.
- This sensor 17 can, for example, detect a decrease in released sulfur compounds in the exhaust gases or, in another embodiment, can be designed as a ⁇ probe and monitor the combustion air ratio of the exhaust gases after the SO x storage catalytic converter 9.
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Abgasen eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1. Außerdem betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Reinigen von Abgasen eines Verbrennungsmotors.The invention relates to a method for cleaning exhaust gases an internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1. In addition, the invention relates to a Device for cleaning exhaust gases from an internal combustion engine.
Um die Schadstoffemission eines Verbrennungsmotors zu reduzieren, kann ein derartiger Motor, z.B. Diesel- oder Ottomotor, mit einer von den Abgasen des Verbrennungsmotors durchströmten Abgasreinigungseinrichtung ausgestattet werden. Zur Reinigung der Verbrennungsmotorabgase eignen sich in besonderer Weise NOx-Adsorbersysteme. Derartige, auch als NOx-Adsorber-Katalysatoren bezeichnete Abgasreinigungselemente speichern unter bestimmten Voraussetzungen die Stickoxide (NOx) von Verbrennungskraftmaschinen, sofern diese "mager" betrieben werden. Ein solcher Mager-Betrieb liegt vor, wenn das Verbrennungs-Luftverhältnis Lambda (λ) größer als 1 ist, das heißt wenn eine überstöchiometrische Verbrennung vorliegt, bei der große Mengen Sauerstoff im Abgas vorhanden sind. Zur Regeneration derartiger, aufgrund ihrer Speicherfähigkeit auch als Speicher-Katalysator bezeichneten NOx-Adsorbersysteme wird reduzierend wirkendes Abgas mit möglichst hohem Reduktionsmittelgehalt benötigt, damit das im NOx-Adsorber-Katalysator gespeicherte NOx freigesetzt und zu Stickstoff N2 umgesetzt werden kann. Eine Verbrennungskraftmaschine produziert reduzierend wirkendes Abgas, wenn eine "fette" Verbrennung, das heißt eine unterstöchiometrische Verbrennung mit λ < 1 vorliegt, bei der kein oder nur noch wenig Restsauerstoff im Abgas vorhanden ist.In order to reduce the pollutant emissions of an internal combustion engine, such an engine, for example a diesel or gasoline engine, can be equipped with an exhaust gas cleaning device through which the exhaust gases of the internal combustion engine flow. NO x adsorber systems are particularly suitable for cleaning the combustion engine exhaust gases. Exhaust gas cleaning elements of this type, also referred to as NO x adsorber catalysts, store the nitrogen oxides (NO x ) from internal combustion engines under certain conditions, provided they are operated "leanly". Such lean operation occurs when the combustion-air ratio lambda (λ) is greater than 1, that is to say when there is over-stoichiometric combustion in which large amounts of oxygen are present in the exhaust gas. Such For regeneration, due to their storage capability NO, also referred to as a storage catalyst x -Adsorbersysteme is reducing effect exhaust gas requires high as possible reducing agent content, so that the NO stored in the NO x adsorber catalyst x is released and can be converted to nitrogen N 2. An internal combustion engine produces exhaust gas with a reducing action if there is a "rich" combustion, that is to say a substoichiometric combustion with λ <1, in which there is little or no residual oxygen in the exhaust gas.
Die mit einem derartigen NOx-Speicher-Katalysator ausgestatteten Verbrennungsmotoren müssen demnach über eine Motorsteuerung verfügen, die einen Wechsel zwischen Mager-Betrieb und Fett-Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht.The internal combustion engines equipped with such a NO x storage catalytic converter must accordingly have an engine control which enables a change between lean operation and rich operation of the internal combustion engine.
Aufgrund des Mager-Betriebs sind in den Abgasen des Verbrennungsmotors Schwefeloxid-Verbindungen (SOx), vorzugsweise Schwefeldioxid (SO2), enthalten, die während eines Mager-Betriebes mit dem Speicher-Material des NOx-Speicher-Katalysators reagieren und dabei Sulfate bilden. Eine derartige Sulfatbildung führt zu einer Verringerung der NOx-Speicherkapazität des NOx-Speicher-Katalysators, was auch als "Schwefelvergiftung" des NOx-Speicher-Katalysators bezeichnet wird.Due to the lean operation, the exhaust gases of the internal combustion engine contain sulfur oxide compounds (SO x ), preferably sulfur dioxide (SO 2 ), which react with the storage material of the NO x storage catalyst during lean operation and thereby sulfates form. Such sulfate formation leads to a reduction in the NO x storage capacity of the NO x storage catalytic converter, which is also referred to as "sulfur poisoning" of the NO x storage catalytic converter.
Zur Aufrechterhaltung der Funktion des NOx-Speicher-Katalysators kann dieser von Zeit zu Zeit von angelagertem Sulfat befreit und dadurch regeneriert werden. Zur Erzielung einer wirksamen Regeneration ist es bekannt, erhöhte Abgastemperaturen von z.B. über 550 °C und eine fette Abgaszusammensetzung einzustellen. Je nach Schwefelgehalt von Kraftstoff und Motoröl als den wesentlichen Schwefelquellen muss die Regeneration des NOx-Speicher-Katalysators in mehr oder weniger kurzen Zeitabständen durchgeführt werden. Diese Zeitabstände liegen typischerweise im Bereich von einigen Betriebsstunden.In order to maintain the function of the NO x storage catalyst, it can be freed from attached sulfate from time to time and thereby regenerated. To achieve effective regeneration, it is known to set elevated exhaust gas temperatures of, for example, over 550 ° C. and a rich exhaust gas composition. Depending on the sulfur content of fuel and engine oil as the main sulfur sources, the regeneration of the NO x storage catalytic converter must be carried out in more or less short intervals. These intervals are typically in the range of a few hours of operation.
Hierfür wird in der Patentschrift US 5 657 625 A wird ein Verfahren zur Sulfat-Regeneration eines NOx-Speicher-Katalysators beschrieben, das zur Erreichung der Regenerationsbedingungen die Einstellung unterschiedlicher Luftverhältnisse bei verschiedenen Zylindern eines mehrzylindrigen Verbrennungsmotors und eine Verstellung des Zündzeitpunkts bei den betroffenen Zylindern beinhaltet. Dieses Verfahren ist jedoch mit einem hohen regelungstechnischen Aufwand verbunden und unterbricht in unerwünschter Weise den normalen Betrieb des Verbrennungsmotors.For this purpose, a method for sulfate regeneration of a NO x storage catalytic converter is described in US Pat. No. 5,657,625 A, which, in order to achieve the regeneration conditions, involves setting different air ratios in different cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine and adjusting the ignition timing of the cylinders concerned includes. However, this method is associated with a high level of control engineering and undesirably interrupts the normal operation of the internal combustion engine.
Um die Häufigkeit der erforderlichen Regenerationsvorgänge zu verringern, können zum einen Kraftstoffe und Motorenöle mit niedrigem Schwefelgehalt verwendet werden, zum anderen kann die Schwefelvergiftung des NOx-Speicher-Katalysators vermieden werden, in dem ein in der Literatur als "SOx-Trap" bezeichneter SOx-Speicher-Katalysator verwendet wird, der im Abgasstrang vor dem NOx-Speicher-Katalysator angeordnet ist. In order to reduce the frequency of the required regeneration processes, fuels and motor oils with a low sulfur content can be used, on the one hand, and, on the other hand, the sulfur poisoning of the NO x storage catalyst can be avoided, in which a so-called "SO x trap" in the literature SO x storage catalyst is used, which is arranged in the exhaust line before the NO x storage catalyst.
Wenn die Abgase den SOx-Speicher-Katalysator durchströmen, wird ein Großteil der vom Motor emittierten Schwefelverbindungen darin absorbiert und abgespeichert und auf diese Weise die Schwefelvergiftung des NOx-Speicher-Katalysators vermieden.When the exhaust gases flow through the SO x storage catalytic converter, a large part of the sulfur compounds emitted by the engine are absorbed and stored therein and in this way the sulfur poisoning of the NO x storage catalytic converter is avoided.
Jedoch ist die NOx-Speicher-Kapazität eines derartigen SOx-Traps bzw. SOx-Speicher-Katalysators begrenzt, so dass für einen Dauerbetrieb eine Regeneration bzw. Desulfatisierung des SOx-Speicher-Katalysators durchgeführt werden muss. Eine derartige Desulfatisierung kann mit Hilfe eines Abgases erreicht werden, das Reduktionsmittel (z.B. CO, H2, HC) enthält und eine relativ hohe Temperatur aufweist. Unter diesen Bedingungen werden die zuvor gespeicherten Schwefelmengen hauptsächlich als SO2 und H2S desorbiert und freigesetzt, wobei die SOx-Speicherkapazität des SOx-Speicher-Katalysators wieder hergestellt wird.However, the NO x storage capacity of such a SO x trap or SO x storage catalytic converter is limited, so that regeneration or desulfation of the SO x storage catalytic converter must be carried out for continuous operation. Desulfation of this type can be achieved with the aid of an exhaust gas which contains reducing agents (for example CO, H 2 , HC) and has a relatively high temperature. Under these conditions, the previously stored amounts of sulfur are mainly desorbed and released as SO 2 and H 2 S, the SO x storage capacity of the SO x storage catalyst being restored.
Der Einsatz eines SOx-Traps und ein Verfahren zu dessen Desulfatisierung ist in der europäischen Patentanmeldung EP 0 625 633 A1 beschrieben. EP 0 625 633 A1 enthält jedoch keine Angaben darüber, wie die zur Desulfatisierung des SOx-Traps notwendige Temperaturanhebung des Abgases gezielt und auf einfache Weise erreicht werden kann.The use of a SO x trap and a method for desulfating it is described in European patent application EP 0 625 633 A1. However, EP 0 625 633 A1 does not contain any information as to how the temperature increase in the exhaust gas required for desulfating the SO x trap can be achieved in a targeted and simple manner.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten, dass die für die Desulfatisierung des SOx-Speicher-Katalysators notwendige Abgaszusammensetzung und Abgastemperatur mit technisch einfachen Maßnahmen bzw. Einrichtungen bereitgestellt werden kann.The present invention deals with the problem of designing a method of the type mentioned at the outset such that the exhaust gas composition and exhaust gas temperature required for the desulfation of the SO x storage catalyst can be provided using technically simple measures or devices.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this problem is solved by a method solved the features of claim 1.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, mit Hilfe der Motorsteuerung die Abgaszusammensetzung dahingehend zu beeinflussen, dass diese eine reduzierende Atmosphäre aufweisen, die im SOx-Speicher-Katalysator eine Freisetzung der SOx-Verbindungen bewirken kann. Die dazu außerdem erforderliche hohe Abgastemperatur wird dabei in einfacher Weise -mit Hilfe der vorgeschlagenen Zuführung von sekundärer Luft in den Abgasstrang, nach dem Motor und vor dem SOx-Speicher-Katalysator erreicht. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass das mit Reduktionsmitteln angereicherte Abgas eine hohe chemische Energie enthält, die unter Zufuhr von Sauerstoff mittels entsprechender chemischer Reaktionen in Wärmeenergie umgesetzt werden kann. Der dazu benötigte Sauerstoff wird mit der Sekundärluft zur Verfügung gestellt. Im SOx-Speicher-Katalysator kann dann eine katalytische Verbrennung eines Teils der im Abgas mitgeführten Reduktionsmittel mit dem Sauerstoff der Sekundärluft stattfinden, bei der Wärmeenergie freigesetzt und vorzugsweise an das Oberflächenmaterial des SOx-Speicher-Katalysators übertragen wird. Die für die Sulfatzersetzung notwendige hohe Temperatur im SOx-Speicher-Katalysator kann somit durch diese chemische Reaktion im SOx-Speicher-Katalysator selbst erzeugt werden und erfordert daher keine zusätzliche Energiequelle.The invention is based on the general idea of using the engine control system to influence the exhaust gas composition in such a way that they have a reducing atmosphere which can release the SO x compounds in the SO x storage catalytic converter. The high exhaust gas temperature also required for this is achieved in a simple manner — with the aid of the proposed supply of secondary air into the exhaust line, after the engine and before the SO x storage catalytic converter. Here, the knowledge is exploited that the exhaust gas enriched with reducing agents contains a high chemical energy, which can be converted into thermal energy by supplying oxygen by means of appropriate chemical reactions. The oxygen required for this is provided with the secondary air. In the SO x storage catalyst a catalytic combustion can take place of a portion of the entrained in the exhaust gas reducing agent with oxygen in the secondary air, liberated in the thermal energy, and is preferably transferred to the surface material of the SO x storage catalyst. The high temperature in the SO x storage catalyst required for the sulfate decomposition can thus be generated by this chemical reaction in the SO x storage catalyst itself and therefore does not require an additional energy source.
Eine Reduktionsmittel enthaltende Atmosphäre wird im Abgas auf einfache Weise dadurch bereitgestellt, dass durch die Motorsteuerung von Mager-Betrieb auf Fett-Betrieb des Verbrennungsmotors umgestellt wird.An atmosphere containing reducing agent is in the exhaust gas provided in a simple manner by the engine control from lean operation to rich operation of the internal combustion engine is converted.
Um eine optimale Desulfatisierung erzielen zu können wird im SOx-Speicher-Katalysator vorzugsweise eine Temperatur von mehr als 550 °C eingestellt.In order to be able to achieve optimal desulfation, a temperature of more than 550 ° C. is preferably set in the SO x storage catalyst.
Um eine derartig hohe Temperatur im SOx-Speicher-Katalysator erzielen zu können und um eine für die Desulfatisierung des SOx-Speicher-Katalysators optimale Zusammensetzung der Abgase zu erreichen, wird das Verbrennungs-Luftverhältnis der mit der Sekundärluft vermischten Abgase aus einem Bereich von λ = 0,75 bis λ = 0,99 gewählt.In order to be able to achieve such a high temperature in the SO x storage catalyst and to achieve an optimal composition of the exhaust gases for the desulfation of the SO x storage catalyst, the combustion / air ratio of the exhaust gases mixed with the secondary air is from a range of λ = 0.75 to λ = 0.99 selected.
Die Einstellung dieser bevorzugten Werte für das Verbrennungs-Luftverhältnis der mit Sekundärluft gemischten Abgas und für die im SOx-Speicher-Katalysator herrschende Temperatur wird entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erzielt, dass während der Desulfatisierung durch die Motorsteuerung die Menge der zugeführten Sekundärluft und/oder das Verbrennungsluftverhältnis der vom Motor kommenden Abgase beeinflusst bzw. variiert wird. Die vorgeschlagenen Maßnahmen ermöglichen auf einfache Weise eine Regelung bzw. Steuerung der Parameter, die für den Ablauf der Desulfatisierung charakteristisch sind.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the setting of these preferred values for the combustion-air ratio of the exhaust gas mixed with secondary air and for the temperature prevailing in the SO x storage catalytic converter is achieved by the amount of secondary air supplied by the engine control during the desulfurization and / or the combustion air ratio of the exhaust gases coming from the engine is influenced or varied. The proposed measures make it possible to regulate or control the parameters which are characteristic of the course of the desulfation in a simple manner.
Bei einer Abgasreinigungseinrichtung, bei der im Abgasstrang vor dem NOx-Speicher-Katalysator der SOx-Speicher-Katalysator angeordnet ist, gelangen die bei der Desulfatisierung des SOx-Speicher-Katalysators freigesetzten Schwefelverbindungen in den NOx-Speicher-Katalysator und können dort Verbindungen mit dem NOx-Speicher-Material eingehen und Sulfate bilden. Dies hat zur Folge, dass sich die NOx-Speicher-Kapazität des NOx-Speicher-Katalysators verringert.In an exhaust gas purification device in which the SO x storage catalyst is arranged in the exhaust line upstream of the NO x storage catalyst, reach the released during the desulfurization of the SO x storage catalyst sulfur compounds in the NO x storage catalyst and can there form connections with the NO x storage material and form sulfates. As a result, the NO x storage capacity of the NO x storage catalytic converter is reduced.
Es stellt sich somit das Problem, die Desulfatisierung des SOx-Speicher-Katalysators so durchzuführen, dass dabei die Speicherfähigkeit des NOx-Speicher-Katalysators nicht beeinträchtigt wird. Dies wird dadurch ermöglicht, dass im Abgasstrang ein den NOx-Speicher-Katalysator umgehender Bypass vorgesehen ist, der während der Desulfatisierung von der Motorsteuerung aktiviert ist. Mit Hilfe dieses Bypasses werden die mit Schwefelverbindungen beladenen Abgase während der Desulfatisierung am NOx-Speicher-Katalysator vorbeigeleitet, so dass es zu keiner Sulfatbildung im NOx-Speicher-Katalysator kommen kann.The problem thus arises of carrying out the desulfation of the SO x storage catalyst in such a way that the storage capacity of the NO x storage catalyst is not impaired. This is made possible by the fact that a bypass that bypasses the NO x storage catalytic converter is provided in the exhaust line and is activated by the engine control during the desulphation. With the help of this bypass, the exhaust gases loaded with sulfur compounds are guided past the NO x storage catalytic converter during desulfation, so that no sulfate formation can occur in the NO x storage catalytic converter.
Bei einer anderen besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Adsorption von Schwefelverbindungen im NOx-Speicher-Katalysator während der Desulfatisierung des SOx-Speicher-Katalysators auch dadurch verhindert werden, dass nach dem Umschalten von Mager-Betrieb auf Fett-Betrieb des Verbrennungsmotors zunächst eine Regeneration des NOx-Speicher-Katalysators durchgeführt wird, wobei die Motorsteuerung einen mit dem Regenerationsgrad des NOx-Speicher-Katalysators korrelierenden Parameter überwacht und erst bei Erreichen eines vorbestimmten Schwellwertes für diesen Parameter die Zufuhr von Sekundärluft in den Abgasstrang veranlasst. Durch diese vorgelagerte Regenerationsphase werden mit Hilfe der während des Fett-Betriebs vom Motor emittierte Reduktionsmittel die in dem SOx-Speicher-Katalysator und in dem NOx-Speicher-Katalysator gespeicherten Sauerstoffmengen und Nitrate umgesetzt. Die beiden Katalysatoren (SOx-und NOx-Speicher-Katalysator) werden dadurch in einen reduzierten Zustand versetzt, in dem - außer den Sulfaten im SOx-Speicher-Katalysator - näherungsweise keine sauerstoffhaltigen Atome oder Moleküle in den Katalysatoren mehr vorhanden sind. Nach einer derartigen Regeneration, insbesondere des NOx-Speicher-Katalysators kann dann die eigentliche Desulfatisierung des SOx-Speicher-Katalysators erfolgen, indem Sekundärluft zugeführt wird. Bei dieser unmittelbar nachgeschalteten Desulfatisierung werden die während des Mager-Betriebes adsorbierten und gespeicherten Schwefelverbindungen aus dem SOx-Speicher-Katalysator desorbiert und freigesetzt. Die freigesetzten Schwefelverbindungen können den reduzierten NOx-Speicher-Katalysator durchströmen, ohne dass dabei eine Adsorption bzw. Speicherung der Schwefelverbindungen stattfinden kann. Eine Schwefelvergiftung bzw. Sulfatisierung des NOx-Speicher-Katalysators kann somit während der Desulfatisierung des vorgeschalteten SOx-Speicher-Katalysators verhindert werden und zwar ausschließlich durch die Wahl eines besonders geschickten Ablaufes der Steuerungs- bzw. Regelungsvorgänge. Eine nach diesem Verfahren arbeitende Abgasreinigungseinrichtung verfügt über wenig bewegliche Bauteile, ist dadurch robust, wenig störanfällig und preiswert.In another particularly advantageous embodiment of the method according to the invention, the adsorption of sulfur compounds in the NO x storage catalytic converter during the desulfation of the SO x storage catalytic converter can also be prevented by switching the lean mode to the rich mode of the internal combustion engine a regeneration of the NO x storage catalytic converter is first carried out, the engine control monitoring a parameter correlating with the degree of regeneration of the NO x storage catalytic converter and only initiating the supply of secondary air into the exhaust gas line when a predetermined threshold value for this parameter has been reached. Through this upstream regeneration phase, the amounts of oxygen and nitrates stored in the SO x storage catalytic converter and in the NO x storage catalytic converter are converted with the aid of the reducing agent emitted by the engine during rich operation. The two catalysts (SO x and NO x storage catalyst) are thereby brought into a reduced state in which - apart from the sulfates in the SO x storage catalyst - there are approximately no more oxygen-containing atoms or molecules in the catalysts. After such regeneration, in particular of the NO x storage catalytic converter, the actual desulfation of the SO x storage catalytic converter can then take place by supplying secondary air. In this immediately downstream desulphation, the sulfur compounds adsorbed and stored during lean operation are desorbed and released from the SO x storage catalyst. The released sulfur compounds can flow through the reduced NO x storage catalyst without the sulfur compounds being adsorbed or stored. Sulfur poisoning or sulfation of the NO x storage catalytic converter can thus be prevented during the desulfation of the upstream SO x storage catalytic converter, and only through the choice of a particularly skillful sequence of the control processes. An exhaust gas purification device operating according to this method has few moving components, is therefore robust, less prone to failure and inexpensive.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigen, jeweils schematisch,
- Fig.1
- eine Prinzipskizze eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasreinigungseinrichtung, die einen einen NOx-Speicher-Katalysator umgehenden Bypass aufweist und mit zwei Schließorganen ausgestattet ist,
- Fig. 2
- eine Prinzipskizze eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasreinigungseinrichtung wie in Fig. 1, jedoch mit nur einem Schließorgan, und
- Fig. 3
- eine Prinzipskizze eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasreinigungseinrichtung wie in den Fig. 1 und 2, jedoch ohne Bypass.
- Fig. 1
- 1 shows a schematic diagram of an internal combustion engine with an exhaust gas cleaning device which has a bypass that bypasses a NO x storage catalytic converter and is equipped with two closing elements,
- Fig. 2
- a schematic diagram of an internal combustion engine with an exhaust gas purification device as in Fig. 1, but with only one closing member, and
- Fig. 3
- a schematic diagram of an internal combustion engine with an exhaust gas purification device as in FIGS. 1 and 2, but without bypass.
Entsprechend den Fig. 1 bis 3 wird einem Verbrennungsmotor 1,
der sowohl ein Diesel- als auch ein Otto-Motor sein kann,
Luft über eine elektronisch oder elektrisch verstellbare
Drosselklappe 2 zugeführt. Die Drosselklappe 2 ist dabei mit
einer elektronischen Motorsteuerung 3 verbunden, die über einen
Rechner, einen Speicher mit Daten und entsprechenden Programmen
verfügt.1 to 3, an internal combustion engine 1,
which can be both a diesel and a petrol engine,
Air via an electronically or electrically
Die bei der Verbrennung vom Motor 1 gebildeten Abgase treten
in einen Abgasstrang 4 einer Abgasreinigungseinrichtung 5 des
Motors 1 ein. Dabei ist an den Abgasstrang 4, im gezeigten
Ausführungsbeispiel bereits im Austrittsbereich der Abgase
aus dem Verbrennungsmotor 1, eine Sekundärluftzuführung 6 angeschlossen,
die mit einer von der Motorsteuerung 3 gesteuerten
Sekundärluftpumpe 7 Sekundärluft in den Abgasstrang 4 zur
Vermischung mit den Abgasen einbringen kann.The exhaust gases formed by the engine 1 during combustion occur
into an exhaust line 4 of an exhaust
Nach den Anschlussstellen der Sekundärluftzuführung 6 an den
Abgasstrang 4 ist eine λ-Sonde 8 im Abgasstrang angeordnet,
die mit der Motorsteuerung 3 verbunden ist. Nach der λ-Sonde
8 ist im Abgasstrang 4 ein SOx-Speicher-Katalysator 9 angeordnet,
der vorzugsweise als SOx-Trap ausgebildet ist.After the connection points of the
Nach dem SOx-Speicher-Katalysator 9 ist im Abgasstrang 4 ein
mit der Motorsteuerung 3 verbundener Temperatursensor 10 angeordnet.
Dabei misst der Temperatursensor 10 eine Temperatur,
die mit der im SOx-Speicher-Katalysator 9 herrschenden
Temperatur korreliert.After the SO x storage
Bei der Ausführungsform entsprechend Fig. 1 zweigt sich der
Abgasstrang 4 in seinem weiteren Verlauf auf, wobei in einem
ersten Teilstrang 4a ein NOx-Speicher-Katalysator 11 angeordnet
ist. Vor dem NOx-Speicher-Katalysator 11 ist in diesem ersten
Teilstrang 4a ein als Abgasklappe ausgebildetes Schließorgan
12 angeordnet, das mit der Motorsteuerung 3 verbunden
ist und durch diese zwischen einer Durchlassstellung und einer
Sperrstellung verstellbar ist.In the embodiment according to FIG. 1, the exhaust line 4 branches off in its further course, a NO x storage
Ein nach der Abzweigung ausgebildeter zweiter Teilstrang 4b
bildet einen den NOx-Speicher-Katalysator 11 umgehenden Bypass
13. In diesem Bypass 13 ist ebenfalls ein als Abgasklappe
ausgebildetes Schließorgan 14 angeordnet, das auch mit der
Motorsteuerung 3 verbunden und zwischen einer Durchlassstellung
und einer Sperrstellung verstellbar ist.A second
Die Teilstränge 4a und 4b des Abgasstranges 4 sind nach dem
NOx-Speicher-Katalysator 11 wieder zu einem gemeinsamen Abgasstrang
4 zusammengeführt.The sub-lines 4a and 4b of the exhaust line 4 are brought together again to form a common exhaust line 4 after the NO x storage
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren arbeitet wie folgt:The method proposed according to the invention works as follows:
Die Motorsteuerung 3 überwacht die Speicherkapazität des SOx-Speicher-Katalysators
9 und stellt fest, wann eine Regeneration
des SOx-Speicher-Katalysators erforderlich ist. Um die
aktuelle Speicherkapazität des SOx-Speicher-Katalysators 9
feststellen zu können, kann vorgesehen sein, dass hier nicht
dargestellte Sensoren im SOx-Speicher-Katalysator 9 oder im
Abgasstrang 4 angeordnet sind, die z.B. einen Anstieg des Gehalts
an Schwefelverbindungen im Abgas oder einen anderen,
mit der SOx-Speicher-Kapazität korrelierenden Parameter detektieren.
Ebenso ist es möglich, die jeweils aktuelle Speicherkapazität
des SOx-Speicher-Katalysators 9 anhand von in einem
entsprechenden Speicher abgelegten Kennfeldern zu bestimmen,
in denen beispielsweise die SOx-Speicher-Kapazität in Abhängigkeit
von der Betriebsdauer des Verbrennungsmotors 1 und
des Schwefelgehalts der vom Motor 1 kommenden Abgase abgelegt
ist.The
Nachdem die Motorsteuerung 3 ein Absinken der SOx-Speicher-Kapazität
auf bzw. unter einen vorbestimmten Schwellwert
festgestellt hat, beeinflusst sie das Betriebsverhalten des
Verbrennungsmotors 1 dahingehend, dass dieser von einem Mager-Betrieb
auf einen Fett-Betrieb umgestellt wird. Dabei
kann vorgesehen sein, dass sich ggf. bei der Umstellung zwischen
den beiden Betriebsarten (mager bzw. fett) auftretende
Veränderung der Motorleistung, insbesondere des Motordrehmoments,
z.B. durch eine entsprechende Veränderung der Stellung
der Drosselklappe 2 ausgeglichen wird, so dass der Fahrer den
Wechsel zwischen den Betriebsarten nicht wahrnimmt.After the
Mit dem Wechsel auf fetten Motorbetrieb oder dazu zeitlich verzögert wird die Sekundärluftpumpe 7 aktiviert, so dass Sekundärluft in den Abgasstrang 4 eingeblasen wird. Dabei vermischt sich das von Motor 1 kommende Abgas mit der Sekundärluft. Aufgrund der im Fett-Betrieb unterstöchiometrischen Verbrennung mit λ < 1 sind die vom Motor 1 kommenden Abgase mit Reduktionsmittel beladen. Durch die Zufuhr von Sekundärluft werden die Abgase außerdem mit Sauerstoff angereichert.With the change to rich engine operation or to it in time the secondary air pump 7 is activated with a delay, so that secondary air is blown into the exhaust line 4. Mixed up the exhaust gas coming from engine 1 with the secondary air. Due to the substoichiometric in fat mode Combustion with λ <1 are the exhaust gases coming from engine 1 loaded with reducing agent. By supplying secondary air the exhaust gases are also enriched with oxygen.
Mit Hilfe der λ -Sonde 8 wird von der Motorsteuerung 3 der
aktuelle λ -Wert vor dem SOx-Speicher-Katalysator 9, das heißt
das Verbrennungsluftverhältnis der mit der Sekundärluft vermischten
Abgase, gemessen. Um einen vorbestimmten λ-Wert der
Abgase einstellen zu können, bei dem ein optimaler Ablauf der
Desulfatisierung des SOx-Speicher-Katalysators 9 gewährleistet
werden kann, beeinflusst die Motorsteuerung 3 die Abgaszusammensetzung.
Dazu werden erfindungsgemäß mehrere Möglichkeiten
vorgeschlagen:With the help of the
Entsprechend der ersten Möglichkeit zur Beeinflussung des λ-Wertes
der dem SOx-Speicher-Katalysator 9 zugeführten Abgase
wird - bei einem konstant bleibenden Verbrennungs-Luftverhältnis
der vom fett betriebenen Motor 1 kommenden Abgase
- die Menge an zugeführter Sekundärluft über eine entsprechende
Ansteuerung der Sekundärluftzuführung 6 bzw. deren
Sekundärluftpumpe 7 variiert.According to the first possibility for influencing the λ value of the exhaust gases supplied to the SO x storage
Entsprechend einer zweiten Möglichkeit zur Beeinflussung der
Abgaszusammensetzung vor deren Eintritt in den SOx-Speicher-Katalysator
9 kann - bei einer konstant bleibenden Menge an
zugeführter Sekundärluft - über die Motorsteuerung 3 das Verbrennungsluftverhältnis
der vom Motor 1 erzeugten Abgase variiert
werden, in dem die Motorsteuerung 3 in den Betrieb des
Motors 1 eingreift. According to a second possibility for influencing the exhaust gas composition before it enters the SO x storage
Bei einer dritten Möglichkeit zur Beeinflussung des λ-Wertes
der dem SOx-Speicher-Katalysator 9 zugeführten Abgase werden
die vorgenannten Möglichkeiten kombiniert, das heißt sowohl
das Verbrennungsluftverhältnis der vom Motor 1 erzeugten Abgase
als auch die Menge der zugeführten Sekundärluft werden
durch die Motorsteuerung 3 in geeigneter Weise beeinflusst.In a third possibility for influencing the λ value of the exhaust gases supplied to the SO x storage
Das für eine Desulfatisierung des SOx-Speicher-Katalysators 9
angestrebte Verbrennungsluftverhältnis wird vorzugsweise aus
einem Bereich von λ = 0,75 bis λ = 0,99 gewählt.The combustion air ratio aimed for desulfation of the SO x storage
Die in den SOx-Speicher-Katalysator 9 eintretenden Abgase weisen
einen hohen Gehalt an Reduktionsmitteln (z.B. CO, H2, HC)
auf, außerdem sind diese Abgase nach der Sekundärluftzuführung
6 mit Sauerstoff angereichert, so dass im SOx-Speicher-Katalysator
9 eine katalytische Verbrennung stattfinden kann.
Bei dieser Reaktion wird die in den Reduktionsmitteln gespeicherte
chemische Energie durch Oxidation in Wärmeenergie umgesetzt.
Auf diese Weise wird der SOx-Speicher-Katalysator 9
erwärmt und kann eine für die Desulfatisierung optimale Temperatur
erreichen.The exhaust gases entering the SO x storage
Mit Hilfe des Temperatursensors 10 wird die Erwärmung des SOx-Speicher-Katalysators
9 überwacht. Diese Erwärmung des SOx-Speicher-Katalysators
9 kann durch eine Beeinflussung des
Verbrennungsluftverhältnisses der dem SOx-Speicher-Katalysator
9 zugeführten Abgase reguliert werden. Die Motorsteuerung 3
regelt bzw. stellt im SOx-Speicher-Katalysator 9 mit Hilfe des
Temperatursensors 10 eine für die Desulfatisierung optimale
Temperatur ein, vorzugsweise mehr als 550° C. Außerdem ermöglicht
der Temperatursensor 10 einen wirksamen Schutz vor
Überhitzung des SOx-Speicher-Katalysators 9 bzw. der anderen
Bestandteile der Abgasreinigungseinrichtung 5.With the aid of the
Während der normalen Betriebsphase des Verbrennungsmotors 1
bzw. dessen Abgasreinigungseinrichtung 5, in denen Schwefelverbindungen
im SOx-Speicher-Katalysator 9 adsorbiert und gespeichert
werden, ist die Abgasklappe 14 des Bypasses 13 geschlossen,
während die Abgasklappe 12 in dem den NOx-Speicher-Katalysator
11 enthaltenden Teilstrang 4a des Abgasstranges 4
geöffnet ist. Die von Schwefelverbindungen gereinigten Abgase
durchströmen den NOx-Speicher-Katalysator 11 und werden in
diesem von Stickoxiden (NOx) befreit.During the normal operating phase of the internal combustion engine 1 or its exhaust
Während der Desulfatisierung wird gleichzeitig mit der Aktivierung
der Sekundärluftzuführung 6 oder zeitlich verzögert
die Abgasklappe 12 geschlossen und die Abgasklappe 14 geöffnet,
so dass die Abgase unter Umgehung des NOx-Speicher-Katalysators
11 ausschließlich den Bypass 13 durchströmen.
Auf diese Weise wird gewährleistet, dass die während der
Desulfatisierung des SOx-Speicher-Katalysators 9 freigesetzten
Schwefelverbindungen von der Abgasströmung nicht in den NOx-Speicher-Katalysator
11 transportiert werden können. Somit
kann wirksam eine Sulfatbildung im NOx-Speicher-Katalysator 11
und folglich dessen Vergiftung bzw. Kapazitätsverminderung
verhindert werden. During the desulfation, simultaneously with the activation of the
Zur Vermeidung einer Schwefelvergiftung des NOx-Speicher-Katalysators
11 während der Desulfatisierung des SOx-Speicher-Katalysators
9 ist im Unterschied zur Ausführungsform gemäß
Fig.1 bei einem anderen Aufbau der Abgasreinigungseinrichtung
5 entsprechend Fig. 2 nur ein als Abgasklappe ausgebildetes
Schließorgan 15 vorgesehen, das im Bypass 13 angeordnet und
über eine Verbindung mit der Motorsteuerung 3 durch diese
zwischen einer Durchgangsstellung und einer Sperrstellung
verstellbar ist. Während des Normalbetriebes des Verbrennungsmotors
1 bzw. der Abgasreinigungsanlage 5 ist die Abgasklappe
15 in ihrer geschlossenen Stellung, so dass die schwefelfreien
Abgase den NOx-Speicher-Katalysator 11 durchströmen
müssen. Im Unterschied dazu ist die Abgasklappe 15 während
der Regenerationsphase bzw. Desulfatisierung des SOx-Speicher-Katalysators
9 auf Durchlass geschaltet. Zwar sind bei dieser
Ausführungsform gemäß Fig. 2 bei geöffneter Abgasklappe 15
zwei Strömungswege, nämlich durch Teilstrang 4a und durch
Teilstrang 4b, möglich, jedoch ist der Abgasstrang 4 in diesem
Bereich strömungstechnisch derart ausgebildet, dass bei
geöffneter Abgasklappe 15 die Abgase ausschließlich oder zumindest
größtenteils durch den Bypass 13 strömen und keine
schwefelhaltigen Abgase oder nur vernachlässigbar geringe Anteile
den NOx-Speicher-Katalysator 11 durchströmen. Dies wird
beispielsweise durch eine Erhöhung des Strömungswiderstandes
im Teilstrang 4a, z.B. durch eine Drosselstelle realisiert.
Die Abgasreinigungseinrichtung 5 entsprechend Fig. 2 ist aufgrund
ihrer Ausführung mit nur einer Abgasklappe 15 preiswerter
und weniger störanfällig als die Ausführungsform entsprechend
Fig. 1.In order to avoid sulfur poisoning of the NO x storage
Entsprechend Fig. 3 wird bei einer anderen Variante ein
Schutz des NOx-Speicher-Katalysators 11 vor einer Schwefelvergiftung
während der Desulfatisierung auch ohne Bypass erreicht.
Dies wird dadurch ermöglicht, dass bei einer derartigen
Abgasreinigungseinrichtung 5 vor der eigentlichen Desulfatisierung
des SOx-Speicher-Katalysators 9 von der Motorsteuerung
3 eine Regeneration des NOx-Speicher-Katalysators 11
durchgeführt wird.According to FIG. 3, in another variant, protection of the NO x storage
Der gesamte Desulfatisierungsvorgang läuft bei einer Anordnung
entsprechend Fig. 3 wie folgt ab:The entire desulfation process takes place in one
Nachdem die Motorsteuerung 3 ein Absinken der SOx-Speicher-Kapazität
des SOx-Speicher-Katalysators 9 auf oder unter einen
vorbestimmten Schwellwert festgestellt hat, veranlasst sie -
wie bei den Ausgestaltungen gemäß den Fig. 1 und 2 - einen
Wechsel von Mager-Betrieb auf Fett-Betrieb des Verbrennungsmotors
1, jedoch in diesem Fall ohne die Sekundärluftzuführung
6 zu aktivieren. Der Verbrennungsmotor 1 erzeugt dann
Abgase mit einem relativ hohen Reduktionsmittelgehalt, die im
NOx-Speicher-Katalysator 11 eine Reduktionsreaktion auslösen,
bei der die im NOx-Speicher-Katalysator 11 adsorbierten
Stickoxide reduziert und in Form unbedenklicher Verbindungen
wie N2, CO2, H2O freigesetzt werden. Der NOx-Speicher-Katalysator
11 wird durch seine Regeneration in einen reduzierten
Zustand überführt, bei dem keine sauerstoffhaltigen
Spezies mehr im NOx-Speicher-Katalysator 11 vorhanden sind.After the
Während dieser Regeneration des NOx-Speicher-Katalysators 11
wird auch der SOx-Speicher-Katalysator 9 von den reduzierend
wirkenden Abgasen des fett betriebenen Verbrennungsmotors 1
durchgeströmt, so dass auch im SOx-Speicher-Katalysator 9 eine
Reduktion stattfinden kann, bei der außer den Schwefeloxid-verbindungen
(SOx) sauerstoffhaltige Verbindungen freigesetzt
werden.During this regeneration of the NOx
Das Ende des Regenerationsvorganges für den NOx-Speicher-Katalysator
11 wird von der Motorsteuerung 3 festgestellt.
Beispielsweise erfolgt der Regenerationsprozess anhand von in
Kennfeldern abgespeicherten Parametern oder mit Hilfe eines
im Abgasstrang 4 nach dem NOx-Speicher-Katalysator 11 angeordneten
zusätzlichen Sensors 16. Dieser Sensor 16 ist mit der
Motorsteuerung 3 verbunden und kann entsprechend einer bevorzugten
Ausführungsform als λ-Sonde ausgebildet sein. Das Ende
der Regenerationsphase kann vom Sensor 16 beispielsweise dadurch
detektiert werden, dass die im Abgas enthaltenen Reduktionsmittel
in zunehmenden Maße den NOx-Speicher-Katalysator
11 unverändert durchströmen.The end of the regeneration process for the NO x storage
Nach Abschluss der Regenerationsphase des NOx-Speicher-Katalysators
11 beginnt die eigentliche Desulfatisierung des
SOx-Speicher-Katalysators 9, in dem mit Hilfe der Sekundärluftzuführung
6 Sekundärluft in die vom Motor 1 kommenden Abgase
eingeleitet wird. Mit Hilfe des Verbrennungsluftverhältnisses
vor dem SOx-Speicher-Katalysator 9 werden die optimalen
Bedingungen für die Desulfatisierung durch die Motorsteuerung
3 eingestellt bzw. eingeregelt. Dabei ist es durchaus möglich,
dass für die Regeneration des NOx-Speicher-Katalysators
11 ein Fett-Betrieb mit einem anderen λ-Wert als für die
Desulfatisierung des SOx-Speicher-Katalysators 9 eingestellt
wird.After the regeneration phase of the NO x storage
Die während der Desulfatisierung freigesetzten Schwefelverbindungen
werden von der Abgasströmung dem NOx-Speicher-Katalysator
11 zugeleitet. Da dieser sich jedoch in einem reduzierten
Zustand befindet, können die im Abgas enthaltenen
Schwefelverbindungen von dessen Adsorbermaterial nicht adsorbiert
und gespeichert werden, so dass die Schwefelverbindungen
den NOx-Speicher-Katalysator 11 unverändert durchströmen.
Mit Hilfe dieses erfindungsgemäß vorgeschlagenen geschickten
Regelungsvorganges kann somit effektiv eine Sulfatisierung
bzw. Schwefelvergiftung des NOx-Speicher-Katalysators 11 während
der Desulfatisierung des vorgeschalteten SOx-Speicher-Katalysators
9 vermieden werden.The sulfur compounds released during the desulfation are fed to the NO x storage
Eine Abgasreinigungseinrichtung 5 entsprechend Fig. 3 weist
im Vergleich zu den vorgehend beschriebenen Ausführungsformen
entsprechend Fig. 1 und 2 keine Abgasklappen auf, so dass der
Gesamtaufbau der Abgasreinigungseinrichtung 5 erheblich robuster
und weniger störanfällig, somit wartungsfreundlich und
insgesamt preiswert ist. An exhaust
Das Ende der Desulfatisierung des SOx-Speicher-Katalysators 9
wird bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen von der Motorsteuerung
3 beispielsweise anhand von in Kennfeldern abgelegten
Parametern ermittelt. Zusätzlich oder alternativ kann
entsprechend Fig. 3 zwischen dem SOx-Speicher-Katalysator 9
und dem NOx-Speicher-Katalysator 11 im Abgasstrang 4, insbesondere
bei den Beispielen gemäß den Fig.1 und 2 vor dem Bypass
13, ein weiterer Sensor 17 angeordnet sein, der mit der
Motorsteuerung 3 verbunden ist. Dieser Sensor 17 kann beispielsweise
eine Abnahme freigesetzter Schwefelverbindungen
in den Abgasen detektieren oder entsprechend einer anderen
Ausführungsform als λ-Sonde ausgebildet sein und das Verbrennungsluftverhältnis
der Abgase nach dem SOx-Speicher-Katalysator
9 überwachen.The end of the desulfation of the SO x storage
Claims (17)
- A process for purifying the exhaust emissions of an internal combustion engine with a engine control system which permits the internal combustion engine to switch between lean operation and rich operation and an exhaust emission control system in which a λ-sensor, a SOx storage catalytic converter and a NOx storage catalytic converter are positioned one after another in the exhaust train,
characterised by the following stages:- A
- a parameter correlating with the current SOx storage capacity of the SOx storage catalytic converter (9) is generated by means of a sensory mechanism connected to the engine control system (3),
- B
- when the engine control system (3) detects a reduction in SOx storage capacity to below a pre-set parameter value, it starts desulphatisation of the SOx storage catalytic converter by initiating a switch in the internal combustion engine from lean operation to rich operation,
- C
- secondary air is introduced into the exhaust train (4) after the engine (1) and before the λ-sensor (8) by means of a controlled secondary air feed system,
- D
- the current combustion air ratio of the exhaust emissions mixed with secondary air is detected by the λ-sensor (8) and set to a pre-determined value by the engine control system (3),
- E
- a signal value correlating with the temperature prevailing in the SOx storage catalytic converter (9) is generated by means of a temperature sensor (10), with the temperature prevailing in the SOx storage catalytic converter (9) being set to achieve a pre-determined signal value by the engine control system (3),
- F
- upon reaching a pre-determined threshold value for the parameter correlating with the SOx storage capacity of the SOx storage catalytic converter (9) the engine control system (3) ends desulphatisation by initiating a switch in the internal combustion engine (1) from rich operation to lean operation.
- A process in accordance with claim 1,
characterised in that
during the desulphatisation process in order to set the pre-determined value for the combustion air ratio of the exhaust emissions mixed with the secondary air and for the temperature prevailing in the SOx storage catalytic converter (9), the engine control system (3) varies the amount of secondary air supplied and/or the combustion air ratio of the exhaust emissions coming from the engine (1). - A process in accordance with claim I or 2,
characterised in that
a bypass (13) avoiding the NOx storage catalytic converter (11) is provided in the exhaust train (4) and is activated during the desulphatisation process by the engine control system (3). - A process in accordance with claim 3,
characterised in that
means (12, 14) are provided to guide the flow of exhaust emissions which guide the emissions through the bypass (13) and block the supply to the NOx storage catalytic converter (11) when the desulphatisation process is active and guide the emissions through the NOx storage catalytic converter (11) and block any flow through the bypass (13) when the desulphatisation process is deactivated - A process in accordance with claim 4,
characterised in that
a switch positioned in a fork of the exhaust train (4) into the NOx storage catalytic converter (11) and the bypass (13) is provided as the means of guiding the flow of exhaust emissions. - A process in accordance with claim 4,
characterised in that
a first closing member (12) is provided in the feed flow to the NOx storage catalytic converter (11) and a second closing member (14) is provided in the bypass (13) as the means of guiding the flow of exhaust emissions, with the closing members (12, 14) being switched altemately to open and closed. - A process in accordance with claim 3,
characterised in that
a closing member (15) is positioned in the bypass (13) and that the arrangement of the bypass (13) and the NOx storage catalytic converter (11) in the exhaust train (4) is designed in terms of flow technology in such a way that when the closing member (15) is switched to open the exhaust emissions flow exclusively or essentially through the bypass (13). - A process in accordance with claim 1 or 2,
characterised in that
once stage B is complete, a regeneration of the NOx storage catalytic converter (11) is carried out with the engine control system (3) monitoring a parameter which correlates with the degree of regeneration of the NOx storage catalytic converter (11) and not initiating the start of stage C until a pre-determined threshold value for this parameter is reached. - A process in accordance with claim 8,
characterised in that
in order to detect the parameter correlating with the degree of regeneration of the NOx storage catalytic converter (11), a sensor (16), in particular a λ-sensor, is provided which is positioned after the NOx storage catalytic converter (11) in the exhaust train (4). - A process in accordance with one of the preceding claims,
characteri sed in that
the parameter correlating with the SOx storage capacity of the SOx storage catalytic converter (9) is calculated by means of a characteristic diagram dependent upon the period of operation of the internal combustion engine (1) and the composition of the exhaust emissions coming from the engine (1). - A process in accordance with one of the preceding claims,
characterised in that
in order to detect the parameter correlating with the SOx storage capacity of the SOx storage catalytic converter (9) a sensor (17), in particular aλ-sensor, is positioned between the SOx storage catalytic converter (9) and the NOx storage catalytic converter (11) in the exhaust train (4). - A process in accordance with one of the preceding claims,
characterised in that
the value of the combustion air ratio of the exhaust emissions mixed with secondary air pre-determined for the desulphatisation process is selected from a range of between λ = 0.75 and λ= 0.99. - A process in accordance with one of the preceding claims,
characteri sed in that
the value of the temperature prevailing in the SOx storage catalytic converter (9) predetermined for the desulphatisation process corresponds to a temperature of more than 550°C. - A process in accordance with one of the preceding claims,
characterised in that
during the switch in the internal combustion engine (1) from lean operation to rich operation the engine control system (3) varies a supply of air to the internal combustion engine (1) in order to generate constant engine torque or constant engine output by means of a controlled throttle valve. - A device for purifying exhaust emissions in an internal combustion engine (1) with an engine control system (3) which permits a switch in the internal combustion engine (1) between lean operation and rich operation in which a secondary air feed (6), a λ-sensor (8), a SOx storage catalytic converter (9), a temperature sensor (10) and a NOx storage catalytic converter (11) are positioned one after the other after the engine in an exhaust train (4).
- A device in accordance with claim 15,
characterised in that
a bypass (13) to avoid the NOx storage catalytic converter (11) is provided in the exhaust train (4). - A device in accordance with claim 16,
characterised in that
means (12, 14) are provided in the exhaust train (4) to guide the flow of exhaust emissions and which essentially guide the flow of exhaust emissions either through the NOx storage catalytic converter (11) or through the bypass (13).
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