WO2007071301A1 - Verfahren zum betreiben eines stickoxid-speicherkatalysators an einem kraftfahrzeug unter berücksichtigung regionaler kraftstoffqualitäten - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines stickoxid-speicherkatalysators an einem kraftfahrzeug unter berücksichtigung regionaler kraftstoffqualitäten Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a nitrogen oxide storage catalytic converter on a motor vehicle, taking into account regional fuel qualities.
  • Nitrogen storage catalysts usually contain as storage components basic oxides of alkali metal or alkaline earth metals such as barium oxide and strontium oxide and store the nitrogen oxides contained in the exhaust gas in the form of nitrates of these metals.
  • the storage capacity of the catalysts for the nitrogen oxides is reduced continuously. They must therefore be regenerated from time to time. This is done by brief enrichment of the air / fuel mixture. While the normal operation of vehicles with a lean air / fuel mixture takes about 1 to 5 minutes depending on the nitrogen oxide content of the exhaust gas, the regeneration is completed after a few seconds.
  • the proportion of sulfur always contained in engine fuels forms sulphates under the conditions prevailing in the exhaust gas with the storage components, which reduces the storage capacity for the nitrogen oxides.
  • the nitrogen oxide storage catalysts must therefore be desulfated at more or less long intervals. This is done by heating the catalyst to at least 600 0 C and changing the engine operation of lean operation in the stoichiometric or rich operation.
  • the stoichiometric or rich operation of the engine is essential to make desulfation possible at around 600 ° C. Each desulfation therefore results in increased fuel consumption and contributes to the early aging of the storage catalyst.
  • the temperature of the catalyst for the thermal decomposition of the sulfates would even be increased to about 1200 0 C.
  • OBD On-Board Diagnostic
  • DE 101 58 480 C1 describes a method for operating an engine on a motor vehicle, wherein as driving state parameters navigation signals are read by an external navigation system, for example, to carry out the desulfurization of a nitrogen oxide storage catalytic converter preferably on a highway.
  • WO 01/25606 A1 discloses a control unit for regenerating a storage catalytic converter, which is connected to a navigation system.
  • the navigation system determines before the start of the regeneration on the basis of the known route information, at what time and at which location the storage catalytic converter can be regenerated without violating local regulations for emissions.
  • EP 0 859 132 A1 also describes an emission control device which uses the information about the driving state from a navigation system in the regeneration of, for example, a nitrogen oxide storage catalytic converter.
  • the invention is based on a motor vehicle which is equipped with a lean-burned gasoline engine or with a diesel engine and has an electronic engine control system and a navigation system.
  • the method is characterized in that the electronic engine control switches in the case of the lean-burned gasoline engine to stoichiometric operation or in the case of the diesel engine, the automatic desulfurization of the nitrogen oxide storage catalyst stops when the navigation system detects that the vehicle is in a region with high sulfur content in Fuel is moving.
  • the lean-burned gasoline engine is switched to stoichiometric operation in regions with high sulfur content in the fuel.
  • the nitrogen oxide storage catalyst acts in this case as a three-way catalyst.
  • the sulfates formed on the catalyst decompose under stoichiometric or rich exhaust conditions already at exhaust gas temperatures above 600 0 C. These temperatures are usually reached in the stoichiometric gasoline engine usually.
  • the desulfation of the storage catalytic converter is blocked by the engine control system at high sulfur contents exceeding the limit value.
  • the switchover to stoichiometric operation or the suppression of the automatic desulfurization takes place only when the still existing at the entrance to the region with high sulfur content in the tank fuel is used up and must be refueled.
  • the engine control preferably returns to normal operation only when the vehicle enters a region with the fuel prescribed for the vehicle and the fuel with higher sulfur content is consumed.
  • the switching to stoichiometric operation or the suppression of the automatic desulfurization can also be initiated if the measurement of the nitrogen oxide concentration, for example with a nitrogen oxide sensor behind the nitrogen oxide storage catalyst, exceeds a specific threshold value.

Abstract

Die Kraftstoffqualitäten für Kraftfahrzeuge sind zum Beispiel in Europa regional unterschiedlich. Das trifft insbesondere für den Schwefelgehalt des Kraftstoffs zu. Durchqueren Fahrzeuge mit modernen Magermotoren oder mit Dieselmotoren, die zur Verminderung des Stickoxidgehaltes in ihrem Abgas mit Stickoxid-Speicherkatalysatoren ausgerüstet sind, Regionen mit einem Schwefelgehalt im Kraftstoff, der über dem für das Fahrzeug spezifizierten Schwefelgehalt liegt, so wird die Motorsteuerung nach dem Betanken des Fahrzeugs mit diesem Kraftstoff entsprechend häufig eine Desulfatisierung des Speicherkatalysators einleiten. Jede Desulfatisierung ist mit einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und einer verstärkten Alterung des Katalysators verbunden. Es wird vorgeschlagen, diese negativen Auswirkungen dadurch zu vermeiden, daß bei Magermotoren die Motorsteuerung in einem solchen Fall auf stöchiometrischen Betrieb umschaltet und bei einem Dieselmotor die Desulfatisierung unterbindet. Die Information über die Region, in der sich das Fahrzeug augenblicklich bewegt, kann von einem Navigationssystem der Motorsteuerung übermittelt werden.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Stickoxid-Speicherkatalysators an einem Kraftfahrzeug unter Berücksichtigung regionaler Kraftstoffqualitäten
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Stickoxid-Speicherkatalysa- tors an einem Kraftfahrzeug unter Berücksichtigung regionaler Kraftstoffqualitäten.
Fahrzeuge mit Magermotoren oder Dieselmotoren werden mit mageren Luft/Kraftstoff- Gemischen betrieben. Zur Verminderung des Stickoxidgehaltes in ihrem Abgas sind sie mit Stickoxid- Speicherkatalysatoren ausgerüstet. Stickoxid-Speicherkatalysatoren enthalten als Speicherkomponenten gewöhnlich basische Oxide der Alkali- oder Erdalka- limetalle wie zum Beispiel Bariumoxid und Strontiumoxid und speichern die im Abgas enthaltenen Stickoxide in Form von Nitraten dieser Metalle. Hierdurch verringert sich die Speicherkapazität der Katalysatoren für die Stickoxide kontinuierlich. Sie müssen daher von Zeit zu Zeit regeneriert werden. Dies geschieht durch kurzzeitiges Anfetten des Luft/Kraftstoff-Gemisches. Während der Normalbetrieb der Fahrzeuge mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Gemisch etwa 1 bis 5 Minuten je nach Stickoxid-Gehalt des Abgases dauert, ist die Regeneration jeweils schon nach wenigen Sekunden abgeschlossen.
Der in Motorkraftstoffen stets enthaltene Anteil an Schwefel bildet unter den im Abgas herrschenden Bedingungen mit den Speicherkomponenten Sulfate, wodurch die Spei- cherkapazität für die Stickoxide verringert wird. Die Stickoxid-Speicherkatalysatoren müssen daher in mehr oder weniger großen Zeitabständen desulfatisiert werden. Dies geschieht durch Aufheizen des Katalysators auf wenigstens 600 0C und Wechsel des Motorbetriebs von Magerbetrieb in den stöchiometrischen oder fetten Betrieb. Der stöchiometrische oder fette Betrieb des Motors ist hierbei unbedingt notwendig, um die Desulfatisierung schon bei etwa 600 °C möglich zu machen. Jede Desulfatisierung hat daher einen erhöhten Kraftstoffverbrauch zur Folge und trägt zur frühzeitigen Alterung des Speicherkatalysators bei. Im Normalbetrieb des Motors, das heißt unter mageren Abgasbedingungen, müßte die Temperatur des Katalysators zur thermischen Zersetzung der Sulfate dagegen sogar auf etwa 1200 0C erhöht werden.
In modernen Kraftfahrzeugen ist die elektronische Motorsteuerung mit einem Diagnosesystem ausgerüstet (OBD = On Board Diagnostic), das bei Erreichen eines bestimmten Verschwefelungsgrades des Speicherkatalysators automatisch eine Entschwefelung einleitet. Wegen der Bedeutung für den ordnungsgemäßen Betrieb des Motors und die richtige Funktion des Abgasreinigungssystems schreiben die Fahrzeughersteller in der Regel die für das Fahrzeug zu verwendende Kraftstoffqualität vor.
Die Kraftstoffqualitäten für Kraftfahrzeuge sind in Europa regional unterschiedlich. Das trifft insbesondere für den Schwefelgehalt des Kraftstoffs zu. Gewöhnlich liegt der Schwefelgehalt von Otto- und Diesel-Kraftstoffen unter 50 ppm. In einigen Regionen Europas sind jedoch noch Kraftstoffe mit höheren Schwefelgehalten zugelassen. Ähnliche Verhältnisse liegen auch auf anderen Kontinenten vor.
Fährt also ein Fahrzeug, welches mit einem Stickoxid-Speicherkatalysator an einem Magermotor oder Dieselmotor ausgerüstet ist, von einer Region mit geringem Schwefelgehalt im Kraftstoff in eine Region mit hohem Schwefelgehalt im Kraftstoff ein, so wird die elektronische Motorsteuerung eine entsprechend häufigere Desulfatisierung des Stickoxid-Speicherkatalysators einleiten. Damit sind erhöhter Kraftstoffverbrauch und schnellere Alterung des Stickoxid-Speicherkatalysators verbunden.
Die DE 101 58 480 Cl beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Motors an einem Kraftfahrzeug, wobei als Fahrzustandsparameter Navigationssignale von einem externen Navigationssystem eingelesen werden, um zum Beispiel die Entschwefelung eines Stickoxid-Speicherkatalysators vorzugsweise bei einer Autobahnfahrt vorzunehmen.
Ebenso offenbart die WO 01/25606 Al ein Steuergerät zur Regeneration eines Spei- cherkatalysators, das mit einem Navigationssystem verbunden ist. Das Navigationssystem ermittelt vor dem Start der Regeneration auf der Basis der bekannten Routeninformation, zu welchem Zeitpunkt und an welchem Ort der Speicherkatalysator regeneriert werden kann, ohne örtliche Vorschriften für Emissionen zu verletzen.
Auch die EP 0 859 132 Al beschreibt ein Emissionssteuergerät, welches die Informati- onen über den Fahrzustand aus einem Navigationssystem bei der Regeneration zum Beispiel eines Stickoxid-Speicherkatalysators verwendet.
Keines dieser Patentdokumente läßt erkennen, wie die mit den regional unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten verbundenen Probleme gelöst werden können. Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, welches die beschriebenen Nachteile beim Durchqueren von Regionen mit unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten lösen kann. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Kraftfahrzeug aus, welches mit einem mager betriebenen Benzinmotor oder mit einem Dieselmotor ausgerüstet ist und eine elektronische Motorsteuerung sowie ein Navigationssystem aufweist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Motorsteuerung im Falle des mager betriebenen Benzinmotors auf stöchiometrischen Betrieb umschaltet oder im Falle des Dieselmotors die automatische Entschwefelung des Stickoxid-Speicherkatalysators unterbindet, wenn das Navigationssystem erkennt, daß sich das Fahrzeug in einer Region mit hohem Schwefelgehalt im Kraftstoff bewegt.
Erfindungsgemäß wird also der mager betriebene Benzinmotor in Regionen mit hohem Schwefelgehalt im Kraftstoff auf stöchiometrischen Betrieb umgeschaltet. Der Stickoxid-Speicherkatalysator wirkt in diesem Fall als Dreiweg-Katalysator. Wie oben ausgeführt wurde, zersetzen sich die auf dem Katalysator gebildeten Sulfate unter stöchiometrischen oder fetten Abgasbedingungen schon bei Abgastemperaturen oberhalb von 600 0C. Diese Temperaturen werden beim stöchiometrisch betriebenen Benzinmotor in der Regel häufig erreicht. Im Falle eines Dieselmotors kann nicht auf einen dauernden stöchiometrischen Betrieb umgeschaltet werden. Daher wird bei hohen, den Grenzwert überschreitenden Schwefelgehalten erfindungsgemäß die Desulfatisierung des Speicherkatalysators durch die Motorsteuerung blockiert.
Bevorzugt erfolgt die Umschaltung auf stöchiometrischen Betrieb beziehungsweise die Unterbindung der automatischen Entschwefelung erst dann, wenn der bei der Einfahrt in die Region mit hohem Schwefelgehalt im Tank noch vorhandene Kraftstoff aufgebraucht ist und nachgetankt werden muß. Ebenso schaltet die Motorsteuerung bevorzugt erst dann wieder in den Normalbetrieb zurück, wenn das Fahrzeug in eine Region mit den für das Fahrzeug vorgeschriebenen Kraftstoff quäl itäten einfährt und der Kraftstoff mit höherem Schwefelgehalt verbraucht ist. Alternativ kann die Umschaltung auf stöchiometrischen Betrieb beziehungsweise die Unterbindung der automatischen Entschwefelung auch dann eingeleitet werden, wenn die Messung der Stickoxidkonzentration zum Beispiel mit einem Stickoxidsensor hinter dem Stickoxidspeicherkatalysator einen bestimmten Schwellwert überschreitet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Stickoxid-Speicherkatalysators an einem Kraftfahrzeug unter Berücksichtigung regionaler Kraftstoffqualitäten, wobei das Kraftfahrzeug mit einem mager betriebenen Benzinmotor oder mit einem Dieselmotor ausgerüstet ist und eine elektronische Motorsteuerung sowie ein Navigationssystem aufweist, d adurch g ekennze i chn et, daß die elektronische Motorsteuerung im Falle des mager betriebenen Benzinmotors auf stöchiometrischen Betrieb umschaltet oder im Falle des Dieselmotors die automatische Entschwefelung des Stickoxid-Speicherkatalysators unterbindet, wenn das Navigationssystem erkennt, daß sich das Fahrzeug in einer Region mit hohem Schwefelgehalt im Kraftstoff bewegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g ekennze i chnet, daß die Umschaltung auf stöchiometrischen Betrieb beziehungsweise die Unterbindung der automatischen Entschwefelung erst dann erfolgt, wenn der bei der Einfahrt in die Region mit hohem Schwefelgehalt im Tank noch vorhandene Kraftstoff aufgebraucht ist und nachgetankt werden muß.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch g ekennze i chnet, daß die elektronische Motorsteuerung wieder in den Normalbetrieb zurückschaltet, wenn das Fahrzeug in eine Region mit der für das Fahrzeug vorgeschriebenen Kraftstoffqualität einfährt und der Kraftstoff mit höherem Schwefelgehalt verbraucht ist.
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