EP1079079B1 - Motorsteuerung für einen Dieselmotor - Google Patents

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EP1079079B1
EP1079079B1 EP00113356A EP00113356A EP1079079B1 EP 1079079 B1 EP1079079 B1 EP 1079079B1 EP 00113356 A EP00113356 A EP 00113356A EP 00113356 A EP00113356 A EP 00113356A EP 1079079 B1 EP1079079 B1 EP 1079079B1
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EP
European Patent Office
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mode
diesel engine
storage
operated
salt
Prior art date
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EP00113356A
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EP1079079A2 (de
EP1079079A3 (de
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Holger Adler
Frank Dr. Duvinage
Stefan Dr. Kurze
Michael Lenz
Thomas Liebscher
Ulrich Merten
Norbert Ruzicka
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication date
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Publication of EP1079079A3 publication Critical patent/EP1079079A3/de
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    • F02D2250/32—Air-fuel ratio control in a diesel engine

Definitions

  • the invention relates to a motor control for a Diesel engine, in whose exhaust system a storage catalytic converter is arranged with the characteristics of the preamble of Claim 1.
  • an operating method for a diesel engine in which the diesel engine, in whose exhaust gas line a NO x storage catalytic converter is arranged, in a superstoichiometric operation (lean operation) and in a substoichiometric operation (rich operation) can be operated.
  • lean operation of the diesel engine the NO x salts contained in its exhaust gases are stored in the NO x storage catalyst by adsorption.
  • a large part of the nitrogen oxides emitted by the diesel engine can be removed from the exhaust gas.
  • the diesel engine is switched over to the rich operation for a certain time, in which the unburned diesel fuel acts as a reducing agent for the adsorbed in the NO x storage NO x salts, which reduces the nitrogen oxides for desorption from the NO x storage catalytic converter , During this desorption operation or regeneration operation, the stored nitrogen oxides are removed from the NO x storage catalyst.
  • SO x sulfur oxides
  • SO x salts thermodynamically more stable and therefore have a higher chemical binding energy than the NO x salts (nitrates), with the result that a regeneration process described above, although sufficient to desorb the adsorbed nitrogen oxides, but not sufficient to desorb the adsorbed sulfur oxides.
  • an engine control of the type mentioned which allows operation of a diesel engine in a storage mode in which NO x salts and SO x salts are absorbed in a storage catalytic converter from the exhaust gas of the diesel engine an exhaust line of the diesel engine is arranged.
  • the known engine control also allows operation of the diesel engine in a regeneration mode in which a reducing exhaust gas is generated, whereby at least the NO x salts are desorbed from the storage catalyst.
  • the known engine control allows operation of the diesel engine in a desalting mode in which a higher temperature is generated in the storage catalyst than in the storage mode and regeneration mode and in which alternately a reducing exhaust gas and an oxidizing exhaust gas will be generated, whereby at least the SO x Salts are desorbed from the storage catalyst.
  • EP 1 050 675 A1 EP 1 105 629 A0 and the EP 1 183 453 A0 are further generic motor controls
  • EP 1 050 675 A1 EP 1 105 629 A0 and the EP 1 183 453 A0 are further generic motor controls
  • they are only for the question novelty for like-named Contracting States are.
  • the present invention deals with the problem for a motor control of the type mentioned a to provide improved embodiment, in particular a has increased efficiency and effectiveness.
  • the inventive embodiment in which the ⁇ -values in Desalting mode are always smaller than in the storage mode, as particularly advantageous.
  • a lean operated Diesel engine usually operates with ⁇ values of 1.3 to 10.
  • the inventive control causes in desalination mode, operation with ⁇ values ⁇ 1.3.
  • a diesel engine operating in the Regeneration mode substoichiometric, d. H. with ⁇ ⁇ 1 is operated, according to the invention provided that the Engine control according to the invention the diesel engine in Desalting mode is operated so that the ⁇ values are always greater are as in the regeneration mode of the diesel engine.
  • the control according to the invention actuates the Diesel engine so that this in desalting ⁇ values which are always greater than 0.85.
  • Preferably works according to the invention operated diesel engine in Desalting mode with ⁇ values ⁇ 0.88, in particular with ⁇ ⁇ 0.9, e.g. ⁇ 0.97.
  • a particularly advantageous embodiment is characterized formed that the diesel engine alternately in desalination mode superstoichiometric, d. H. with an air-fuel ratio ⁇ > 1, and substoichiometric, d. H. with a Air-fuel ratio ⁇ ⁇ 1 is operated.
  • the Stoichiometric operation becomes the oxidizing Exhaust gas generated during the stoichiometric operation of the causing reducing exhaust gas.
  • the diesel engine Permanently stoichiometric in desalting mode ie with ⁇ ⁇ 1
  • secondary air supply switched off is in the storage catalytic converter then from the diesel engine in substoichiometric operation produced, reducing acting Exhaust gas available while switched on Secondary air supply of the supplied oxygen to the exhaust gas in the Storage catalyst gives the desired oxidizing effect.
  • this points into the storage catalytic converter introduced exhaust gas secondary air mixture a superstoichiometric air-fuel ratio.
  • the temperature in the storage catalyst is during the Desalting mode preferably at least 500 to 600 ° C to the To support desalination.
  • the change takes place between reducing and oxidizing atmosphere in the Storage catalyst with a frequency of about 1 to 10 Hz instead of.
  • An increase in temperature, for example, by a late fuel post-injection can be achieved.
  • controller operates the diesel engine only following an operation in the regeneration mode in the desalting mode, ie, that a desorption of salts with relatively high chemical binding energy, such. B. SO x , is only carried out when previously the salts with relatively low chemical binding energy, such as. B. NO x , have been desorbed from the storage catalyst.
  • This procedure allows a particularly efficient desorption of the salts with relatively high chemical binding energy.
  • an exhaust gas turbocharger 1 sucks on its Compressor inlet side fresh air according to the arrow a on.
  • an exhaust gas turbocharger 1 can also another Charger, z. B. a mechanical loader and / or a so-called "booster".
  • the sucked Fresh air flows through at a correspondingly increased pressure Heat exchanger 2, which serves as intercooler, and reached a throttle point 3 in a suction line 4 a Diesel engine 10.
  • throttle 3 is a throttle 5 arranged, via an actuator 6 of a power-operated actuator 7 is actuated.
  • Throttle 3 After Throttle 3 first passes through the fresh air Suction pipe 16 and then reaches an air-collecting chamber 8, from where from them via separate inlet channels 9 the combustion areas of the Diesel engine 10 is supplied.
  • the inlet channels 9 are each individual throttle valves 11 are arranged, the according to the embodiment via a common Actuator 12 of a servo-operated actuator 13th are operable.
  • Downstream of the diesel engine 10 are those during combustion formed exhaust gases in an exhaust gas collection chamber 14 with a Exhaust gas recirculation line 15 in the intake manifold 16, d. H. here after the throttle 3 and in front of the air collection chamber 8 in the Air intake 4 opens.
  • the exhaust gas recirculation line 15 also upstream of the Throttle 3 to the intake of the diesel engine 10th be connected.
  • an exhaust gas recirculation valve 17 In the mouth region of the exhaust gas recirculation line 15 is in Intake manifold 16, an exhaust gas recirculation valve 17 is arranged, the via an actuator 18 of a power-operated Actuator 19 can be actuated.
  • an actuator 18 of a power-operated Actuator 19 can be actuated.
  • the exhaust gas recirculation line 15 with a heat exchanger 20 in the heat exchange, so that optionally achieved cooling of the recirculated exhaust gas can be.
  • the turbine inlet section and / or the turbine flowing exhaust gas flow is with the help of a Actuator 21 changeable, that of a power-operated Actuator 22 is actuated.
  • a Actuator 21 changeable that of a power-operated Actuator 22 is actuated.
  • the exhaust gas according to the Arrow b an exhaust purification device 28 fed, the in Fig. 1 by a dashed lines shown Frame is marked and described in more detail below becomes.
  • the diesel engine 10 is powered by a motor control or Motor control 23 controlled or regulated, what this over Lines with the corresponding units of the diesel engine 10 is connected.
  • a line 24th shown, which the engine control with a Injection 25 of the diesel engine 10 connects.
  • Further Lines 34, 35, 36 and 37 connect the controller 23 with the Actuators 22, 13, 19 and 7.
  • the exhaust gas purification device 28 has an adsorber or storage catalytic converter 29, which is preferably designed as a NO x storage catalytic converter.
  • the exhaust gas purification device 28 further comprises an oxidation catalyst 30 arranged upstream or downstream of the NO x storage catalytic converter 29.
  • the two catalytic converters 29 and 30 are connected to one another by at least one possibly thermally insulated pipe 31 which is, for example, air-gap or mat-insulated.
  • a first ⁇ probe 32 is arranged in the exhaust line of the diesel engine 10, which is connected via a corresponding signal line 33 to the controller 23.
  • a first temperature sensor 38 is arranged, which is connected via a signal line 39 to the controller 23.
  • ⁇ probes and temperature sensors may be housed in the exhaust line of the diesel engine 10.
  • NO x sensor 42 is provided which communicates downstream of the storage catalytic converter 29 with the exhaust line and is also connected to the controller 23.
  • a secondary air feed 43 may be provided be the fresh air over one to the exhaust system connected supply line 44 downstream of the diesel engine 10, here downstream of the turbocharger 1, and upstream of the Storage catalytic converter 29 introduces into the exhaust system.
  • the Amount of the supplied secondary air is via a controllable Supply valve 45 adjustable via a corresponding Control line 46 is connected to the motor controller 23.
  • the secondary air can, for example, from the pressure side of the Be exhausted exhaust gas turbocharger 1. Likewise, the Secondary air available in another suitable way be put.
  • the storage catalytic converter 29 may be provided with a heating device 27 be equipped in Fig. 1 by a in the Storage catalytic converter 29 symbolizes integrated heating coil is.
  • control according to the invention operates as follows:
  • the controller 23 operates the diesel engine 10 to operate in a storage mode in which the diesel engine 10 operates more than stoichiometrically. In such a lean operation thus prevails for the combustion of the diesel fuel, an excess of atmospheric oxygen, so that ⁇ > 1 applies.
  • the diesel engine 10 is operated in its storage mode with ⁇ -values of 1.3 to 10, wherein the change of the ⁇ -value can be realized by varying the injected amount of fuel.
  • the exhaust gases of the diesel engine 10 are mainly salts with relatively low chemical binding energy, usually NO x , as well as significantly less salts with relatively high chemical binding energy, such as. Eg SO x .
  • both the NO x salts and the SO x salts are adsorbed by the storage catalytic converter 29.
  • the storage capacity of the storage catalytic converter 29 decreases, so that a regeneration of the storage catalytic converter 29 must be performed.
  • the time at which such a regeneration must be performed can be determined by means of calculation models or, for example, with the aid of the NO x sensor 42.
  • the controller 23 switches the operation of the diesel engine 10 to a regeneration mode in which the diesel engine 10 operates at a substoichiometric ratio of atmospheric oxygen and fuel.
  • this "rich operation” no complete combustion of the injected fuel can be realized in the diesel engine 10, so that unburned fuel is still contained in the exhaust gas.
  • the diesel engine 10 is operated in its regeneration mode, for example, with a ⁇ value of 0.85.
  • the unburned fuel in the exhaust gas serves as a reducing agent, so that the exhaust gas supplied to the storage catalytic converter 29 has a reducing effect. Due to this reducing atmosphere, the nitrates stored in the storage catalyst 29 can be desorbed and transported away.
  • the regeneration mode is operated until the nitrates adsorbed in the storage catalyst 29 are almost completely desorbed. Since the sulfates have a higher chemical binding energy relative to the nitrates, they are thermodynamically more stable, so that during denitrification or denitration in the regeneration mode there is virtually no desorption of the SO x salts. However, the occupied by the sulfates surface of the storage catalyst 29 is no longer available for storing the nitrates. Over time, the salts accumulate with relatively high chemical binding energy, so usually the sulfates in the storage catalytic converter 29 more and more, causing its NO x storage capacity decreases more and more. From a certain threshold, the controller 23 decides that desulfurization or desulfation of the NO x storage catalyst 29 must be performed.
  • the controller 23 Prior to such desulfation, the controller 23 causes First, a denitrification by the operation of the Diesel engine 10 is switched to the regeneration mode.
  • the controller 23 switches the diesel engine operation either directly on one Desalting mode or initially back to the storage mode and then to the desalting mode.
  • this Desalting mode becomes the storage catalyst 29 alternately reducing exhaust gas and oxidizing exhaust gas fed.
  • this alternating occurs Change between reduction and oxidation in that constant between a lean operation and a fat operation of the Diesel engine 10 is switched.
  • the ⁇ values in the fat operation of the desalting mode always are greater than the ⁇ values in the rich mode of the Regeneration mode.
  • the ⁇ values are in Lean operation of the desalting mode always smaller than the ⁇ values in lean operation of the storage mode.
  • the heating coil 27 are activated.
  • a targeted late post-injection of Fuel a temperature increase in the exhaust line, in particular in the storage catalytic converter 29.
  • the alternating Change between oxidizing exhaust gas and reducing acting exhaust gas can be achieved in that the diesel engine 10 is permanently operated fat in desalting mode, wherein alternately the secondary air supply 43 is turned on and is switched off. With secondary air supply switched on 43 is then so much atmospheric oxygen in the rich exhaust introduced that upstream of the storage catalyst 29th gives a lean exhaust gas composition.
  • the storage catalytic converter 29 By means of this alternately reducing and oxidizing atmosphere at a generally elevated temperature in the storage catalyst 29, it is possible to reduce the salts in the reduction phases and to oxidize them in the oxidation phases. Harmful secondary emissions, such. B. H 2 S, can be avoided. It is clear that the storage catalytic converter 29 to a certain extent also has an oxidation and reduction function or reducing and oxidizing properties for realizing the above-described reduction and oxidation processes.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Motorsteuerung für einen Dieselmotor, in dessen Abgasstrang ein Speicherkatalysator angeordnet ist, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus der DE 197 50 226 Cl ist ein Betriebsverfahren für einen Dieselmotor bekannt, bei dem der Dieselmotor, in dessen Abgasstrang ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet ist, in einem überstöchiometrischen Betrieb (Mager-Betrieb) und in einem unterstöchiometrischen Betrieb (Fett-Betrieb) betrieben werden kann. Im Mager-Betrieb des Dieselmotors werden die in seinen Abgasen enthaltenen NOx-Salze im NOx-Speicherkatalysator durch Adsorption gespeichert. In diesem Adsorptionsbetrieb oder Speicherbetrieb kann ein Großteil der vom Dieselmotor emittierten Stickoxide aus dem Abgas entfernt werden. Zur Aufrechterhaltung der Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators ist es erforderlich, die gespeicherten Stickoxide wieder aus dem NOx-Speicherkatalysator zu entfernen. Zu diesem Zweck wird der Dieselmotor für eine bestimmte Zeit auf den Fett-Betrieb umgeschaltet, in dem der unverbrannte Dieselkraftstoff als Reduktionsmittel für die im NOx-Speicherkatalysator adsorbierten NOx-Salze wirkt, das die Stickoxide zur Desorption aus dem NOx-Speicherkatalysator reduziert. Während dieses Desorptionsbetriebs oder Regenerationsbetriebs werden die gespeicherten Stickoxide aus dem NOx-Speicherkatalysator entfernt.
Bei schwefelhaltigen Dieselkraftstoffen kommt es während des Mager-Betriebs des Dieselmotors neben der erwünschten Adsorption von Stickoxiden auch zu einer unerwünschten Adsorption von im Abgas enthaltenen Schwefeloxiden (SOx). Diese Schwefeloxide entstehen durch Verbrennung von im Dieselkraftstoff vorhandenen schwefelhaltigen Kohlenwasserstoffen und werden im Speicherkatalysator als SOx-Salze, insbesondere als Sulfat, gespeichert. Diese SOx-Salze (Sulfate) sind jedoch thermodynamisch stabiler und weisen daher eine höhere chemische Bindungsenergie auf als die NOx-Salze (Nitrate), mit der Folge, daß ein zuvor beschriebener Regenerationsvorgang zwar ausreicht, die adsorbierten Stickoxide zu desorbieren, jedoch nicht dazu ausreicht, die adsorbierten Schwefeloxide zu desorbieren. Auf diese Weise kommt es im Laufe der Zeit zu einer Anreicherung der Schwefeloxide im NOx-Speicherkatalysator, durch die die Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators für Stickoxide allmählich abnimmt. Die zunehmende Anreicherung von Schwefeloxiden im NOx-Speicherkatalysator kann bei diesem zu einer irreversiblen Schädigung führen und wird im allgemeinen auch als "Schwefelvergiftung" des NOx-Speicherkatalysators bezeichnet.
Aus der EP 0 580 389 A1 ist eine Motorsteuerung der eingangs genannten Art bekannt, die einen Betrieb eines Dieselmotors in einem Speichermodus ermöglicht, in dem aus dem Abgas des Dieselmotors NOx-Salze und SOx-Salze in einem Speicherkatalysator absorbiert werden, der in einem Abgasstrang des Dieselmotors angeordnet ist. Die bekannte Motorsteuerung ermöglicht außerdem einen Betrieb des Dieselmotors in einem Regenerationsmodus, in dem ein reduzierend wirkendes Abgas erzeugt wird, wodurch zumindest die NOx-Salze aus dem Speicherkatalysator desorbiert werden. Desweiteren ermöglicht die bekannte Motorsteuerung einen Betrieb des Dieselmotors in einem Entsalzungsmodus, in dem im Speicherkatalysator eine höhere Temperatur erzeugt wird, als im Speichermodus und im Regenerationsmodus und in dem abwechselnd ein reduzierend wirkendes Abgas und ein oxidierend wirkendes Abgas erzeugen werden, wodurch zumindest die SOx-Salze aus dem Speicherkatalysator desorbiert werden.
Durch die erhöhte Temperatur ist es in Verbindung mit einem reduzierend wirkenden Abgas möglich, Salze mit relativ hoher chemischer Bindungsenergie, wie z. B. SOx, aus dem Speicherkatalysator zu desorbieren. Durch das oxidierend wirkende Abgas kann dann das desorbierte Salz oxidiert werden, so daß einerseits eine erneute Adsorption im Speicherkatalysator verhindert und andererseits die Ausbildung schädlicher Sekundärprodukte, wie z. B. H2S, vermieden werden kann. Es hat sich gezeigt, daß mit Hilfe des durchgeführten Entsalzungsmodus eine effiziente Desulfatisierung eines NOx-Speicherkatalysators durchführbar ist, so daß eine Schwefelvergiftung des NOx-Speicherkatalysators verhindert werden kann.
Aus der EP 1 050 675 A1, der EP 1 105 629 A0 und der EP 1 183 453 A0 sind weitere gattungsgemäße Motorsteuerungen bekannt, die jedoch gemäß Art. 54 (3) EPÜ nur für die Frage der Neuheit für gleich benannte Vertragsstaaten von Bedeutung sind.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Motorsteuerung der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die inbesondere eine erhöhte Wirtschaftlichkeit und Effektivität aufweist.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei einem Dieselmotor, der im Speichermodus überstöchiometrisch mit λ-Werten > 1 betrieben wird, hat sich die erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der die λ-Werte im Entsalzungsmodus stets kleiner sind als im Speichermodus, als besonders vorteilhaft herausgestellt. Ein mager betriebener Dieselmotor arbeitet üblicherweise mit λ-Werten von 1,3 bis 10. Im Unterschied dazu bewirkt die erfindungsgemäße Steuerung im Entsalzungsmodus einen Betrieb mit λ-Werten < 1,3. Vorzugsweise arbeitet der erfindungsgemäß ausgestaltete Dieselmotor im Entsalzungsmodus mit λ-Werten < 1,1, insbesondere ≤ 1,05, z.B. λ = 1,03.
Zusätzlich oder alternativ ist bei einem Dieselmotor, der im Regenerationsmodus unterstöchiometrisch, d. h. mit λ < 1, betrieben wird, erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Motorsteuerung den Dieselmotor im Entsalzungsmodus so betätigt, daß die λ-Werte stets größer sind als im Regenerationsmodus des Dieselmotors. Zur Denitratisierung arbeiten herkömmliche Dieselmotoren im Regenerationsbetrieb mit λ-Werten von 0,75 bis 0,85. Im Unterschied dazu betätigt die erfindungsgemäße Steuerung den Dieselmotor so, daß dieser im Entsalzungsmodus λ-Werte aufweist, die stets größer sind als 0,85. Vorzugsweise arbeitet der erfindungsgemäß betätigte Dieselmotor im Entsalzungsmodus mit λ-Werten ≥ 0,88, insbesondere mit λ ≥ 0,9, z.B. λ = 0,97.
Wenn die erfindungsgemäße Steuerung den Dieselmotor im Entsalzungsmodus betreibt, erfolgt somit vorzugsweise ein permanenter Wechsel von Betriebsphasen mit etwa λ = 1,05 und etwa λ = 0,95. Es hat sich gezeigt, daß ein derartiger Betrieb mit λ-Sprüngen um den stöchiometrischen Betriebspunkt (λ=1) besonders vorteilhaft ist für die Durchführung einer Entsalzung, insbesondere einer Desulfatisierung.
Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform wird dadurch gebildet, daß der Dieselmotor im Entsalzungsmodus abwechselnd überstöchiometrisch, d. h. mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ>1, und unterstöchiometrisch, d. h. mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ<1 betrieben wird. Durch den überstöchiometrischen Betrieb wird das oxidierend wirkende Abgas erzeugt, während der unterstöchiometrische Betrieb das reduzierend wirkende Abgas verursacht.
Alternativ zur vorgenannten Weiterbildung kann der Dieselmotor im Entsalzungsmodus permanent unterstöchiometrisch, also mit λ<1, betrieben werden, wobei dann eine zwischen dem Dieselmotor und dem Speicherkatalysator an den Abgasstrang angeschlossene Sekundärluftzuführung abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird. Bei ausgeschalteter Sekundärluftzuführung steht im Speicherkatalysator dann das vom Dieselmotor im unterstöchiometrischen Betrieb erzeugte, reduzierend wirkende Abgas zur Verfügung, während bei eingeschalteter Sekundärluftzuführung der zugeführte Sauerstoff dem Abgas im Speicherkatalysator die erwünschte oxidierende Wirkung gibt. Insbesondere weist dann das in den Speicherkatalysator eingeleitete Abgas-Sekundärluft-Gemisch ein überstöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf.
Die Temperatur im Speicherkatalysator beträgt während des Entsalzungsmodus vorzugsweise mindestens 500 bis 600°C, um die Entsalzung zu unterstützen. Vorzugsweise findet der Wechsel zwischen reduzierender und oxidierender Atmosphäre im Speicherkatalysator mit einer Frequenz von etwa 1 bis 10 Hz statt. Eine Temperaturerhöhung kann beispielsweise durch eine späte Kraftstoff-Nacheinspritzung erreicht werden.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Steuerung den Dieselmotor nur im Anschluß an einen Betrieb im Regenerationsmodus im Entsalzungsmodus betreibt, d. h., daß eine Desorption von Salzen mit relativ hoher chemischer Bindungsenergie, wie z. B. SOx, erst dann durchgeführt wird, wenn zuvor die Salze mit relativ niedriger chemischer Bindungsenergie, wie z. B. NOx, aus dem Speicherkatalysator desorbiert worden sind. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine besonders effiziente Desorption der Salze mit relativ hoher chemischer Bindungsenergie.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmalen nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann.
    • Entsprechend Fig. 1 saugt ein Abgasturbolader 1 auf seiner Verdichtereintrittsseite Frischluft entsprechend dem Pfeil a an. Anstelle eines Abgasturboladers 1 kann auch eine andere Aufladeeinrichtung, z. B. ein mechanischer Lader und/oder ein sogenannter "Booster", verwendet werden. Die angesaugte Frischluft durchströmt bei entsprechend erhöhtem Druck einen Wärmetauscher 2, der als Ladeluftkühler dient, und erreicht eine Drosselstelle 3 in einer Ansaugleitung 4 eines Dieselmotors 10. In der Drosselstelle 3 ist eine Drosselklappe 5 angeordnet, die über ein Stellglied 6 von einem hilfskraftbetätigten Stellantrieb 7 betätigbar ist. Nach der Drosselstelle 3 durchquert die Frischluft zunächst ein Saugrohr 16 und erreicht dann eine Luftsammelkammer 8, von wo aus sie über separate Einlaßkanäle 9 den Brennbereichen des Dieselmotors 10 zugeführt wird. In den Einlaßkanälen 9 sind jeweils einzelne Drosselklappen 11 angeordnet, die entsprechend dem Ausführungsbeispiel über ein gemeinsames Stellglied 12 von einem hilfskraftbetätigten Stellantrieb 13 betätigbar sind.
    Stromab des Dieselmotors 10 werden die während der Verbrennung gebildeten Abgase in einer Abgassammelkammer 14 mit einer Abgasrückführungsleitung 15, die im Saugrohr 16, d. h. hier nach der Drosselstelle 3 und vor der Luftsammelkammer 8 in der Luftansaugleitung 4 mündet. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Abgasrückführungsleitung 15 auch stromauf der Drosselstelle 3 an den Ansaugtrakt des Dieselmotors 10 angeschlossen sein.
    Im Mündungsbereich der Abgasrückführungsleitung 15 ist im Saugrohr 16 ein Abgasrückführungsventil 17 angeordnet, das über ein Stellglied 18 von einem hilfskraftbetätigten Stellantrieb 19 betätigbar ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel steht die Abgasrückführungsleitung 15 mit einem Wärmetauscher 20 im Wärmeaustausch, so daß gegebenenfalls eine Kühlung des rückgeführten Abgases erreicht werden kann.
    Der Turbineneintrittsquerschnitt und/oder der die Turbine durchströmende Abgasvolumenstrom ist mit Hilfe eines Stellglieds 21 veränderbar, das von einem hilfskraftbetätigten Stellantrieb 22 betätigbar ist. Nach dem Durchströmen der Turbine des Abgasturboladers 1 wird das Abgas entsprechend dem Pfeil b einer Abgasreinigungseinrichtung 28 zugeleitet, die in Fig. 1 durch einen mit unterbrochenen Linien dargestellten Rahmen gekennzeichnet ist und weiter unten genauer beschrieben wird.
    Der Dieselmotor 10 wird von einer Motorsteuerung oder Motorregelung 23 gesteuert bzw. geregelt, wozu diese über Leitungen mit den entsprechenden Aggregaten des Dieselmotors 10 verbunden ist. Beispielsweise ist in Fig. 1 eine Leitung 24 dargestellt, welche die Motorsteuerung mit einer Einspritzanlage 25 des Dieselmotors 10 verbindet. Weitere Leitungen 34, 35, 36 und 37 verbinden die Steuerung 23 mit den Stellantrieben 22, 13, 19 und 7.
    Die Abgasreinigungseinrichtung 28 weist einen Adsorber- bzw. Speicherkatalysator 29 auf, der vorzugsweise als NOx-Speicherkatalysator ausgebildet ist. Des weiteren umfaßt die Abgasreinigungseinrichtung 28 einen stromauf oder stromab des NOx-Speicherkatalysators 29 angeordneten Oxidationskatalysator 30. Die beiden Katalysatoren 29 und 30 sind durch wenigstens ein unter Umständen wärmeisoliertes Rohr 31 miteinander verbunden, das beispielsweise luftspalt- oder mattenisoliert ist. Stromab des Speicherkatalysators 29 ist eine erste λ-Sonde 32 im Abgasstrang des Dieselmotors 10 angeordnet, die über eine entsprechende Signalleitung 33 mit der Steuerung 23 verbunden ist. Des weiteren ist stromab des Speicherkatalysators 29 ein erster Temperatursensor 38 angeordnet, der über eine Signalleitung 39 an die Steuerung 23 angeschlossen ist. Außerdem ist stromauf des Speicherkatalysators 29 eine zweite λ-Sonde 40 sowie ein zweiter Temperatursensor 41 angeordnet, die ebenfalls in entsprechender Weise mit der Steuerung 23 kommunizieren. Zusätzlich können weitere, hier nicht dargestellte λ-Sonden und Temperatursensoren im Abgasstrang des Dieselmotors 10 untergebracht sein. Außerdem ist wenigstens ein NOx-Sensor 42 vorgesehen, der hier stromab des Speicherkatalysators 29 mit dem Abgasstrang kommuniziert und ebenfalls mit der Steuerung 23 verbunden ist.
    Des weiteren kann eine Sekundärluftzuführung 43 vorgesehen sein, die Frischluft über eine an den Abgasstrang angeschlossene Zuführungsleitung 44 stromab des Dieselmotors 10, hier stromab des Turboladers 1, und stromauf des Speicherkatalysators 29 in den Abgasstrang einleitet. Die Menge der zugeführten Sekundärluft ist über ein steuerbares Zuführungsventil 45 einstellbar, das über eine entsprechende Steuerleitung 46 an die Motorsteuerung 23 angeschlossen ist. Die Sekundärluft kann beispielsweise von der Druckseite des Abgasturboladers 1 abgezweigt werden. Ebenso kann die Sekundärluft auf eine andere geeignete Weise zur Verfügung gestellt werden.
    Der Speicherkatalysator 29 kann mit einer Heizeinrichtung 27 ausgestattet sein, die in Fig. 1 durch eine in den Speicherkatalysator 29 integrierte Heizspirale symbolisiert ist.
    Die erfindungsgemäße Steuerung arbeitet wie folgt:
    Für einen normalen Betrieb des Dieselmotors 10 betätigt die Steuerung 23 den Dieselmotor 10 so, daß er in einem Speichermodus betrieben wird, in dem der Dieselmotor 10 überstöchiometrisch arbeitet. In einem derartigen Mager-Betrieb herrscht somit für die Verbrennung des Dieselkraftstoffs ein Überschuß an Luftsauerstoff, so daß λ>1 gilt. Der Dieselmotor 10 wird in seinem Speichermodus mit λ-Werten von 1,3 bis 10 betrieben, wobei die Veränderung des λ-Werts durch Variieren der eingespritzten Kraftstoffmenge realisiert werden kann. In den Abgasen des Dieselmotors 10 sind hauptsächlich Salze mit relativ niedriger chemischer Bindungsenergie, in der Regel NOx, sowie deutlich weniger Salze mit relativ hoher chemischer Bindungsenergie, wie z. B. SOx. Beim Durchströmen des NOx-Speicherkatalysators 29 werden sowohl die NOx-Salze als auch die SOx-Salze vom Speicherkatalysator 29 adsorbiert. Im Laufe der Zeit läßt die Speicherkapazität des Speicherkatalysators 29 nach, so daß eine Regeneration des Speicherkatalysators 29 durchgeführt werden muß. Der Zeitpunkt, zu dem eine derartige Regeneration durchgeführt werden muß, kann mittels Rechenmodellen oder beispielsweise mit Hilfe des NOx-Sensors 42 bestimmt werden.
    Zur Durchführung einer Regeneration schaltet die Steuerung 23 die Betätigung des Dieselmotors 10 auf einen Regenerationsmodus um, in dem der Dieselmotor 10 mit einem unterstöchiometrischen Verhältnis von Luftsauerstoff und Kraftstoff arbeitet. In diesem "Fett-Betrieb" kann im Dieselmotor 10 keine vollständige Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs realisiert werden, so daß im Abgas noch unverbrannter Kraftstoff enthalten ist. Der Dieselmotor 10 wird in seinem Regenerationsmodus beispielsweise mit einem λ-Wert von 0,85 betrieben. Der unverbrannte Kraftstoff im Abgas dient als Reduktionsmittel, so daß das dem Speicherkatalysator 29 zugeführte Abgas reduzierend wirkt. Aufgrund dieser reduzierenden Atmosphäre können die im Speicherkatalysator 29 gespeicherten Nitrate desorbiert und wegtransportiert werden. Der Regenerationsmodus wird dabei so lange betrieben, bis die im Speicherkatalysator 29 adsorbierten Nitrate nahezu vollständig desorbiert sind. Da die Sulfate relativ zu den Nitraten eine höhere chemische Bindungsenergie aufweisen, sind sie thermodynamisch stabiler, so daß während der Entstickung oder Denitratisierung im Regenerationsmodus so gut wie keine Desorption der SOx-Salze stattfindet. Die von den Sulfaten besetzte Oberfläche des Speicherkatalysators 29 steht jedoch zur Speicherung der Nitrate nicht mehr zur Verfügung. Im Laufe der Zeit reichern sich die Salze mit relativ hoher chemischer Bindungsenergie, also in der Regel die Sulfate, im Speicherkatalysator 29 mehr und mehr an, wodurch dessen NOx-Speicherfähigkeit mehr und mehr abnimmt. Ab einem bestimmten Schwellenwert entscheidet die Steuerung 23, daß eine Entschwefelung oder Desulfatisierung des NOx-Speicherkatalysators 29 durchgeführt werden muß.
    Vor einer solchen Desulfatisierung veranlaßt die Steuerung 23 zunächst eine Denitratisierung, indem der Betrieb des Dieselmotors 10 auf den Regenerationsmodus umgeschaltet wird.
    Nach Beendigung der Denitratisierung schaltet die Steuerung 23 den Dieselmotorbetrieb entweder direkt auf einen Entsalzungsmodus oder zunächst wieder auf den Speichermodus und anschließend auf den Entsalzungsmodus um. In diesem Entsalzungsmodus wird dem Speicherkatalysator 29 abwechselnd reduzierend wirkendes Abgas und oxidierend wirkendes Abgas zugeführt.
    In einer ersten Alternative erfolgt dieser alternierende Wechsel zwischen Reduktion und Oxidation dadurch, daß ständig zwischen einem Mager-Betrieb und einem Fett-Betrieb des Dieselmotors 10 umgeschaltet wird. Hierbei ist zu beachten, daß die λ-Werte im Fett-Betrieb des Entsalzungsmodus stets größer sind als die λ-Werte im Fett-Betrieb des Regenerationsmodus. Beispielsweise wird der Dieselmotor 10 in einer Fett-Betriebsphase des Entsalzungsmodus mit λ=0,88 oder 0,90 oder 0,97 betrieben. Des weiteren sind die λ-Werte im Mager-Betrieb des Entsalzungsmodus stets kleiner als die λ-Werte im Mager-Betrieb des Speichermodus. Beispielsweise arbeitet der Dieselmotor 10 in den Mager-Betriebsphasen des Entsalzungsmodus mit λ=1,1 oder 1,05 oder 1,03. Um im Speicherkatalysator 29 die Temperatur zu erhöhen, kann beispielsweise die Heizspirale 27 aktiviert werden. Ebenso ist es möglich, durch eine gezielte späte Nacheinspritzung von Kraftstoff eine Temperaturerhöhung im Abgasstrang, insbesondere im Speicherkatalysator 29, zu erzeugen.
    Entsprechend einer zweiten Alternative kann der alternierende Wechsel zwischen oxidierend wirkendem Abgas und reduzierend wirkendem Abgas dadurch erreicht werden, daß der Dieselmotor 10 im Entsalzungsmodus permanent fett betrieben wird, wobei abwechselnd die Sekundärluftzuführung 43 eingeschaltet und abgeschaltet wird. Bei eingeschalteter Sekundärluftzuführung 43 wird dann so viel Luftsauerstoff in das fette Abgas eingeleitet, daß sich stromauf des Speicherkatalysators 29 eine magere Abgaszusammensetzung ergibt.
    Durch diese abwechselnd reduzierend und oxidierend wirkende Atmosphäre bei insgesamt erhöhter Temperatur im Speicherkatalysator 29 gelingt es, in den Reduktionsphasen die Salze zu reduzieren und in den Oxidationsphasen zu oxidieren. Schädliche Sekundäremissionen, wie z. B. H2S, können dadurch vermieden werden. Es ist klar, daß der Speicherkatalysator 29 zur Realisierung der vorbeschriebenen Reduktions- und Oxidationsvorgänge in gewisser Weise auch eine Oxidations- und Reduktionsfunktion bzw. reduzierende und oxidierende Eigenschaften aufweist.

    Claims (8)

    1. Motorsteuerung, die einen Betrieb eines Dieselmotors (10) in einem Speichermodus ermöglicht, in dem aus dem Abgas des Dieselmotors (10) erste Salze mit relativ niedriger chemischer Bindungsenergie, z. B. NOx, und zweite Salze mit relativ hoher chemischer Bindungsenergie, z. B. SOx, in einem Speicherkatalysator (29) adsorbiert werden, der in einem Abgasstrang des Dieselmotors (10) angeordnet ist,
      wobei die Motorsteuerung (23) einen Betrieb des Dieselmotors (10) in einem Regenerationsmodus ermöglicht, in dem ein reduzierend wirkendes Abgas erzeugt wird, wodurch zumindest die ersten Salze aus dem Speicherkatalysator (29) desorbiert werden,
      wobei die Motorsteuerung (23) einen Betrieb des Dieselmotors (10) in einem Entsalzungsmodus ermöglicht, in dem im Speicherkatalysator (29) eine höhere Temperatur erzeugt wird als im Speichermodus und im Regenerationsmodus und in dem abwechselnd ein reduzierend wirkendes Abgas und ein oxidierend wirkendes Abgas erzeugt werden, wodurch zumindest die zweiten Salze aus dem Speicherkatalysator (29) desorbiert werden,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Dieselmotor (10) im Speichermodus überstöchiometrisch (λ>1) betrieben wird und daß die λ-Werte im Entsalzungsmodus stets kleiner sind als im Speichermodus, und/oder
      daß der Dieselmotor (10) im Regenerationsmodus unterstöchiometrisch (λ<1) betrieben wird und daß die λ-Werte im Entsalzungsmodus stets größer sind als im Regenerationsmodus.
    2. Motorsteuerung nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß die λ-Werte im Entsalzungsmodus stets kleiner sind als 1,3.
    3. Motorsteuerung nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, daß die λ-Werte im Entsalzungsmodus stets größer sind als 0,85.
    4. Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Dieselmotor (10) im Entsalzungsmodus abwechselnd überstöchiometrisch (λ>1) und unterstöchiometrisch (λ<1) betrieben wird.
    5. Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Dieselmotor (10) im Entsalzungsmodus unterstöchiometrisch (λ<1) betrieben wird, wobei eine zwischen Dieselmotor (10) und Speicherkatalysator (29) an den Abgasstrang angeschlossene Sekundärluftzuführung (43) abwechselnd eingeschaltet und ausgeschaltet wird.
    6. Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet, daß im Entsalzungsmodus mit einer Frequenz von etwa 1 bis 10 Hz zwischen den reduzierend wirkenden Abgasen und den oxidierend wirkenden Abgasen umgeschaltet wird.
    7. Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Speicherkatalysator (29) während des Entsalzungsmodus größer ist als 500°C.
    8. Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Dieselmotor (10) nur im Anschluß an einen Betrieb im Regenerationsmodus im Entsalzungsmodus betrieben wird.
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