WO2017153048A1 - Aktivierungsverfahren für eine edelmetallhaltige beschichtung einer von abgas durchströmbaren oxidationskatalytischen abgasnachbehandlungseinheit - Google Patents

Aktivierungsverfahren für eine edelmetallhaltige beschichtung einer von abgas durchströmbaren oxidationskatalytischen abgasnachbehandlungseinheit Download PDF

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catalytic exhaust
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Berthold Keppeler
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Definitions

  • the invention relates to an activation method for a noble metal-containing coating of an exhaust gas-permeable oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit according to the preamble of patent claim 1.
  • the object of the present invention is to provide a method by means of which a particularly advantageous pollutant emission behavior can be realized, wherein at the same time the fuel consumption of the diesel internal combustion engine can be kept particularly low.
  • This object is achieved by an activation process for a precious metal-containing
  • Exhaust gas aftertreatment unit determined. For temperatures less than a predetermined temperature maximum of at most about 370 degrees Celsius at intervals of more than about 30 minutes for a period of at least about 2 seconds, a fat activation of the oxidation catalytic exhaust aftertreatment unit by lowering the set combustion air / fuel ratio to a Value less than lambda equal to one. For temperatures of the
  • the oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit has rare earths, preferably cerium. Cerium is also referred to as cerium or cerium.
  • Exhaust after-treatment unit rare earths in the form of oxidic compounds.
  • Exhaust gas aftertreatment unit rare earths of oxides of cerium.
  • the maximum temperature value of at most about 370 degrees Celsius depending on the embodiment of the oxidation-catalytic exhaust gas after-treatment unit according to the invention, in particular with respect to the chemical elements and compounds of the catalyst coating, advantageously also to a
  • the method according to the invention is suitable for an HC and CO activity of the oxidation catalytic
  • the CO and HC activity of the oxidation-catalytic exhaust gas aftertreatment unit are understood to mean the activity of the oxidation-catalytic exhaust gas aftertreatment unit with regard to conversion, that is to say oxidation of carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC).
  • CO carbon monoxide
  • HC hydrocarbons
  • the process according to the invention also has a rate of formation of nitrogen dioxide (NO 2) from nitrogen monoxide (NO), which at low temperatures of the exhaust gas in the
  • Exhaust after-treatment device of the diesel internal combustion engine provided SCR catalytic converter or SCR-coated particulate filter leads.
  • fat activation significantly improves HC and CO activity of the oxidation catalytic exhaust aftertreatment unit with rare earth already after a period of about 2 seconds, and that even for the aged oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit, fat activation is not required more frequently than in Time intervals of about 30 minutes to perform as far as the temperatures of the exhaust gas in the oxidation catalytic exhaust aftertreatment unit 320 to 370 degrees Celsius do not exceed.
  • the inventive method requires due to the relatively short period of time and the comparatively large time intervals of
  • oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit in particular with regard to the chemical elements and compounds of the catalyst coating, in the context of the invention are also time periods for the fat activation of 3 to 5 seconds at most 10 seconds advantageous.
  • an aging and / or operating kilometer of the oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit are detected, wherein in
  • Fat activations are made. This mileage corresponds to a typical temperature load of the catalyst of an average vehicle and can also be reached sooner or later, depending on individual conditions or driving styles.
  • the fuel consumption and thus the carbon dioxide emission of the motor vehicle can be further reduced by this embodiment of the method according to the invention.
  • a new condition of the oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit is under a fresh state
  • Exhaust aftertreatment device of the diesel internal combustion engine deposited aging model determines that depending on a summed thermal load of the oxidation catalytic exhaust aftertreatment unit on the operating kilometer of the oxidation catalytic exhaust aftertreatment unit in a motor vehicle an aging factor between 1 for a fresh oxidation catalytic Exhaust aftertreatment unit and 0 for an aged oxidation catalytic
  • Exhaust after-treatment unit outputs. It is assumed that an aging of the oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit substantially with a number and / or duration of regularly performed heaters, for example, for the regeneration of a usually downstream of the oxidation catalytic
  • Exhaust gas aftertreatment unit in an exhaust aftertreatment device provided particulate filter is determined.
  • Exhaust gas aftertreatment unit corresponds in the context of the invention in normal operation of the exhaust gas aftertreatment device in particular one
  • the operating kilometers of the oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit in a motor vehicle should be understood to mean a mileage or mileage, for which a motor vehicle, in which the oxidation catalytic
  • Exhaust after-treatment unit for oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide and fat activation is triggered when the activity is less than a predetermined activity threshold.
  • a fat activation is only carried out if the activity of the oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit is so low that activation is necessary.
  • Carbon dioxide emissions are further reduced.
  • Activity threshold set to a value of approximately 20 to 30 percent of maximum activity.
  • the emissions of hydrocarbons and carbon monoxide can be kept low and emissions regulations are always adhered to.
  • Activity threshold to a value of about 30 to 40 percent of the maximum Activity set.
  • the activity threshold value is set to 30 to 40 percent of the maximum activity, early fat activation takes place, so that the emissions of hydrocarbons and carbon monoxide from the motor vehicle can be further reduced and the emission regulations are reliably adhered to.
  • Figure 1 is a schematic representation of an exhaust aftertreatment device for a diesel internal combustion engine of a motor vehicle, with an oxidation catalytic exhaust aftertreatment unit, which comprises at least cerium;
  • Fig. 2 is a diagram illustrating the dependence of a
  • FIG. 3 shows diagrams for illustrating the dependence of a CO activity of the oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit on fat jump values or fat jumping periods;
  • Fig. 4 is a schematic representation of models for performing a
  • Fig. 5 is a diagram illustrating the dependence of a
  • Fat jumps over the aging state of the oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an exhaust gas aftertreatment device, denoted as a whole by 10, for an exhaust gas system, through which exhaust gas can flow, of a diesel internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the motor vehicle is drivable by means of the diesel internal combustion engine, wherein the
  • Diesel internal combustion engine is designed for example as a reciprocating diesel internal combustion engine.
  • the combustion chamber is supplied with air and fuel, in particular liquid fuel such as diesel fuel, so that a fuel-air mixture is formed in the combustion chamber.
  • This fuel-air mixture is burned, resulting in exhaust gas of the diesel internal combustion engine.
  • the exhaust system which is also referred to as exhaust tract, the exhaust gas is discharged from the combustion chamber, so that the exhaust system and thus the
  • Exhaust gas aftertreatment device 10 are flowed through by the exhaust gas.
  • FIG. 1 Flow of the exhaust gas through the exhaust aftertreatment device 10 is illustrated in FIG. 1 by a directional arrow 12, wherein the directional arrow 12 also illustrates the flow direction of the exhaust gas through the exhaust aftertreatment device 10.
  • the exhaust aftertreatment device 10 comprises an oxidation catalytic
  • Exhaust after-treatment unit 14 which, for example, the exhaust gas
  • the exhaust aftertreatment device 10 further includes a particulate filter 16, which - for example, as the diesel internal combustion engine is designed as a diesel engine - is designed for example as a diesel particulate filter DPF.
  • a particulate filter 16 which - for example, as the diesel internal combustion engine is designed as a diesel engine - is designed for example as a diesel particulate filter DPF.
  • Particulate filter 16 in this case has an SCR catalytic coating, so that by means of the particulate filter 16, the selective catalytic reduction (SCR) is assisted for Entsticken the exhaust gas. Since the particulate filter 16 has the SCR coating, the particulate filter 16 configured as a diesel particulate filter is also called SDPF.
  • the exhaust gas aftertreatment device 10 comprises an SCR catalytic converter 18. It can be seen from FIG. 1 that the particle filter 16 is based on the flow direction of the Exhaust gas is disposed through the exhaust aftertreatment device 10 downstream of the oxidation catalytic exhaust treatment unit 14, wherein the SCR catalyst 18 is disposed downstream of the particulate filter 16.
  • the SCR catalyst 18 is also referred to as SCR.
  • a metering device 20 of the exhaust gas aftertreatment device 10 is arranged.
  • a reducing agent is metered into the exhaust gas, in particular in the form of an aqueous urea solution (HWL).
  • HWL aqueous urea solution
  • the reducing agent metered into the exhaust gas is used in the context of the SCR to de-nitrogen the exhaust gas.
  • de-stemming is meant that nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas are at least reduced by reducing the nitrogen oxides in the chemical sense.
  • the metering device 20 is fluidly connected, for example, with a tank, wherein in the tank
  • Reductant is added.
  • the reducing agent can thus be guided from the tank to the metering device 20 and finally metered into the exhaust gas by means of the metering device 20.
  • the exhaust gas upstream of the oxidation-catalytic exhaust gas aftertreatment unit 14 has a temperature T4, wherein the exhaust gas has a temperature T5 downstream of the oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit 14 and upstream of the particle filter 16, in particular upstream of the metering device 20.
  • the oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit according to the invention which has rare earth oxides, has the advantage that it can be activated by fat leaps, which are also referred to as fat activations, and can store nitrogen oxides at low temperatures. Activation by fat leaps is also called
  • Fat activation or fat activation called.
  • the exhaust gas with reducing or reducing components in particular CO (carbon monoxide) and HC (unburned hydrocarbons), enriched.
  • a fat jump is achieved, for example, by at least one subsequent fuel injection and / or by a secondary injection of fuel into the exhaust gas.
  • Under the post-engine fuel injection is a late injection of fuel, especially directly, to understand the combustion chamber.
  • Under the secondary injection is to be understood that fuel, in particular at one arranged downstream of the combustion chamber and / or in particular upstream of the
  • Exhaust after-treatment device 10 arranged location is injected directly into the exhaust gas.
  • the activation that can be effected by a fat jump can be understood as meaning that this activation can increase the activity with respect to the oxidation or conversion of CO and HC and the formation of NO 2 .
  • the oxidation catalytic exhaust aftertreatment unit oxides of rare earth, wherein the ratio of the catalyst volume of the nitrogen oxide storage catalyst 1 to the displacement of the diesel internal combustion engine in a range of
  • nitrogen oxides may be present in a specific temperature window or temperature range
  • Exhaust after-treatment unit 14 has its highest nitrogen oxide storage capacity in a temperature range whose minimum value ranges from 60 degrees Celsius to 80 degrees Celsius inclusive, and its maximum value ranges from 220 degrees Celsius to 250 degrees Celsius inclusive. Above this maximum value should ideally no nitrogen oxide storage in the
  • Nitrogen storage catalyst 14 in particular based on the first or first-mentioned temperature range.
  • rare earth compounds can be a good one
  • the maximum, temperature-dependent nitrogen oxide storage amount of the oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit 14 is in the thermally aged state, which in normal operation of the
  • Exhaust after-treatment device 10 corresponds approximately to an operating kilometer number of about 200,000 kilometers of the motor vehicle, typically between 300 and 1000 mg / l catalyst volume, ideally between 400 and 600 mg / l
  • oxidation catalytic exhaust treatment unit 14 is stored (until the storage capacity of the oxidation catalytic exhaust treatment unit is exhausted 1) and the inventive oxidation catalytic exhaust treatment unit 14 thus earlier shows a N0 2 breakthrough (compared to about a conventional nitrogen oxide storage catalyst).
  • the aforementioned SCR system includes both the particulate filter 16 and the SCR catalyst 18, as both catalytically support the selective catalytic reduction.
  • Such a fat regeneration can be understood to mean the fat jump described above.
  • Exhaust gas aftertreatment device 10 in particular the oxidation catalytic
  • Exhaust gas aftertreatment unit 14 can thus be operated passively over the entire temperature range, that is to say without active fat regeneration. This will be so
  • the CO and HC performance is to be understood as the CO and HC activity described above.
  • the desorbing nitrogen oxides in the direct downstream SCR system due to the favorable temperature range of the nitrogen oxide storage window (maximum value in a range of 220 inclusive Degrees Celsius up to and including 250 degrees Celsius) and the low maximum
  • Amount of storage (maximum 1000 mg / l catalyst volume) completely implemented.
  • the aforementioned maximum value of the temperature range is also referred to as T ma x, wherein the aforementioned minimum value of the temperature range is also referred to as Tmin.
  • Tmin Minimum value which ranges from 60 degrees Celsius to 80 degrees Celsius inclusive.
  • Tmax maximum value which ranges from 220 degrees Celsius to 250 degrees Celsius inclusive.
  • Tmin Minimum value which ranges from 60 degrees Celsius to 80 degrees Celsius inclusive.
  • Cryogenic storage material which may be Ce, and other rare earth compounds.
  • the maximum amount of nitrogen oxide storage is preferably in the range of 300 to 1000 mg / l inclusive of catalyst volume, preferably in the range of 400 to 600 mg / l catalyst volume inclusive.
  • Low pressure exhaust gas recirculation may include.
  • the operating strategy described below is used for operating the exhaust aftertreatment device 10, since a fat jump in the exhaust aftertreatment device 10 is not used for nitrogen oxide regeneration, but for the fat activation of CO and HC activity.
  • FIG. Fig. 2 shows a diagram on the abscissa 22, the temperature of the oxidation catalytic
  • Exhaust after-treatment unit 14 is applied, in which the oxidation-catalytic exhaust gas after-treatment unit is activated, said temperature of the
  • the oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit 14 also as the catalyst temperature referred to as.
  • the catalyst temperature is in the unit degrees Celsius [° C]
  • This temperature is also called the activation temperature.
  • This catalyst temperature or activation temperature is the temperature at which the oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit 14 is activated.
  • the CO activity is plotted on the ordinate 24 as a representative of the CO and HC activity.
  • At a point 26 of the diagram is the oxidation catalytic
  • Exhaust after-treatment unit 14 maximum disabled. This means that there is the lowest CO and HC activity. In other words, then takes place at a certain temperature level, only a small, by the oxidation catalytic
  • Exhaust after-treatment unit 14 caused oxidation of CO and HC.
  • the oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit 1 is activated maximally.
  • the oxidation catalytic exhaust aftertreatment unit 14 has its maximum capability at a certain temperature level to oxidize CO and HC.
  • a curve 29 is entered, which illustrates the HC activity of the oxidation-catalytic exhaust gas treatment unit 14 as a function of the activation temperature. From Fig. 2 it can be seen that only in a certain temperature range, a very good CO activity by the
  • FIG. 3 shows a diagram 30, on the abscissa 32 of which
  • FIG. 30 shows a diagram 36, on the abscissa 38 of which the duration of the fat jump, that is to say the so-called fat jumping duration, is plotted, while on the ordinate 40 the CO activity is plotted.
  • a curve 41 is entered, which illustrates the CO activity as a function of the fat jumping time. The state of activity resulting from fat activation only lasts for a certain time.
  • a recognizable from Fig. 4 model in a computing device, in particular a control device, for operating the exhaust aftertreatment device 10 and the diesel internal combustion engine deposited this model using a CO / HC activity factor, which moves between 0 and including 1, a Fat activation triggers as soon as it is needed.
  • the CO / HC activity factor is also referred to as the activity factor for convenience and may assume values in the range of 0 to 1 inclusive.
  • a value of the CO / HC activity factor of 0 corresponds to an activity of the oxidation catalytic
  • Exhaust after treatment unit 14 of 0 percent and a value of the CO / HC activity factor of 1 corresponds to an activity of the oxidation catalytic
  • Exhaust after-treatment unit 14 which is present in the diagram of FIG. 2 at the point 26.
  • the value 1 of the activity factor characterizes the maximum to 100 percent activated state, which is present in the diagram in FIG. 2 at the point 28.
  • a block 56 illustrates the calculation of the mean
  • Catalyst temperature of the oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit 14 The following input variables 58 are supplied to this calculation: The temperature T4 of the exhaust gas upstream of the oxidation-catalytic exhaust gas after-treatment unit 14 in the unit degrees Celsius, the temperature T5 downstream of the oxidation catalytic
  • the first threshold is
  • Deactivation and thus the lowering of the current activity factor of the oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit 14 is determined via a deactivation model 60.
  • the most important input variable for this is an average catalyst temperature (T Ka t), which is calculated via the temperatures T4 and T5 as well as via the exhaust gas mass flow in the oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit 14.
  • T Ka t average catalyst temperature
  • Input is supplied to the deactivation model 60.
  • Desulfurization (DeSO x ) or a thermal detoxification measure may be requested for oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit 14.
  • the special combustion process is carried out, for example, by at least one late fuel injection, which is not implemented in the combustion chamber.
  • Exhaust after-treatment unit 14 leads to an increase in the exhaust gas temperature is also adjusted depending on the activity factor, since at low HC activity, the hydrocarbons are not on the oxidation catalytic
  • the deactivation model 60 is supplied with the following input variables 62: aging factor, NCv charge of the oxidation catalytic converter
  • Exhaust after-treatment unit 14 in units of grams per liter volume of nitrogen oxide storage catalyst 14 [g / l], sulfur loading of the oxidation catalytic
  • Exhaust after-treatment unit 14 in the unit grams per liter volume of the nitrogen oxide storage catalyst 14 and HC loading of the oxidation catalytic
  • the activity recovery (value between 0 and 1) is calculated by a fat jump in an activation model 64.
  • Typical inputs 66 for this activation model 64 are: the middle one
  • Fig. 4 thus provides an overview of the inputs and outputs and the logical
  • the temperature window is a temperature range whose temperature minimum value is in a range of
  • Maximum temperature is in a range of from 320 degrees Celsius up to and including 370 degrees Celsius.
  • the fat activation is prematurely triggered when falling below a second, higher threshold, which is typically between 0.3 and 0.4, when the catalyst temperature is within an ideal temperature window.
  • a second, higher threshold typically between 0.3 and 0.4
  • this is a temperature range whose temperature minimum value is in a range of from 280 degrees Celsius to 300 degrees Celsius inclusive, and its maximum temperature value is in a range of from 310 degrees Celsius to 330 degrees Celsius inclusive.
  • aging factor is illustrated in FIG. 4 by a block 68, ranging from 0 to 1 inclusive, and governing the exhaust gas temperatures and running time of the diesel internal combustion engine elsewhere in the engine
  • Control unit calculated. Depending on the aging factor, both the calculation of the activity recovered by the fat jumping and the changes in the fatigue index change
  • Outputs 70 of the block 68 and thus of the model as a whole are illustrated. These outputs 70 are: the triggering of fat activation, the initiation of desulfurization (DeSOx) and the triggering of detoxification.
  • Fig. 5 shows the dependence of the fat activation of the catalyst temperature in the new or fresh and aged state (200,000 kilometers mileage or operating kilometer of the motor vehicle) of the oxidation catalytic
  • FIG. 5 shows a diagram, on the abscissa 42 of which the activation temperature in the unit degrees Celsius is plotted, the ordinate 44 plotting the CO activity.
  • a course 46 characterizes the aged oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit, for example in one
  • the new or fresh oxidation catalytic exhaust treatment unit 14 characterizes. While the oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit 14 in the aged state has a high activatability with respect to the CO and HC conversion in a certain temperature window, only a very small activation effect can be recognized in the new or fresh state.
  • the dependency of the CO activity on the duration and the depth of the fat jump shown in FIG. 3 likewise can not be transferred to the fresh state of the oxidation-catalytic exhaust gas aftertreatment unit 14, because here as well There is no noticeable increase in CO and HC activity as a result of deeper or longer fat jumping.
  • Exhaust gas aftertreatment unit 14 adjusted to the effect that the CO and HC activity level of the fresh state over the entire lifetime of the catalyst is obtained.
  • Exhaust gas aftertreatment unit 14 is omitted, since this is not necessary in the fresh state and leads to no further improvement of the catalyst performance.
  • a fat jumping period which is typically between 3 seconds and 5 seconds
  • a point 51 characterizes the fresh or new oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit 14, with a point 53 indicating a mileage of 200,000 kilometers of the oxidation-catalytic exhaust gas aftertreatment unit 14.
  • the lambda fat jump that is, the ⁇ is plotted
  • the duration of the fat jump that is, the fat jumping time in the unit second [s] is plotted.
  • a course 55 thus illustrates the lambda fat jump as a function of the state of aging.
  • Course 59 the fat jumping time as a function of the aging state, wherein no fat activation takes place in a respective area 57.
  • Temperature range of less than 250 degrees Celsius stores nitrogen oxides, which is advantageous for the operating strategy of the overall system comprising the
  • oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit 1 and the SCR system is because the oxidation catalytic exhaust aftertreatment unit 1 is to be operated purely passive in this system.
  • passive operation is meant that no
  • the maximum nitrogen oxide storage amount, the highest nitrogen oxide storage capacity is therefore limited to 300 to 1000 mg / l catalyst volume, in particular based on the aged state.
  • certain nitrogen oxide storage materials such as Ce or other rare earth compounds are used, which has a good fat activation ability.
  • the operating strategy for the oxidation-catalytic exhaust aftertreatment unit 14 differs fundamentally from that of a nitrogen oxide storage catalyst or a conventional diesel oxidation catalyst.
  • the CO and the HC activity of the oxidation-catalytic exhaust gas aftertreatment unit 14 are imaged in the control unit via an activity factor which can assume values of between 0 and 1 inclusive.
  • the thermal deactivation which leads to activity deterioration and depends mainly on the catalyst temperature (T « a t), and the
  • Fat activation which contributes to the improvement of activity and is mainly dependent on the temperature, depth and duration of fat jumping, is integrated into the controller via an appropriate model and thus influences the CO / HC activity factor.
  • a fat activation is triggered regularly while maintaining a certain temperature window.
  • Several threshold values or temperature ranges are possible (premature fat activation under ideal conditions).
  • desulfurization (DeSOx) or thermal detoxification (reduction of HC / NOx loading of the
  • oxidation catalytic exhaust aftertreatment unit 14 wherein the release of certain heating measures (late fuel post-injection) can also be controlled by the activity factor.
  • Exhaust gas aftertreatment unit 14 change very much over the aging state, the operating strategy over the aging is adjusted accordingly.
  • the calculation of the deactivation, the activation and all thresholds and temperature ranges are related to the aging state of the oxidation catalytic
  • Exhaust after-treatment unit 14 adjusted by an aging factor. Since fat activation is not required in the fresh state, no fat jumps are performed up to a specific aging threshold, but the duration and depth of the fat jump are adjusted with increasing aging, in order to ensure a constant CO and HC activity over the aging of the oxidation-catalytic exhaust gas treatment unit 14 and at the same time to avoid unnecessary fuel consumption and unnecessary carbon dioxide emissions.

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Abstract

Aktivierungsverfahren für eine edelmetallhaltige Beschichtung einer von Abgas durchströmbaren oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit (14) für eine Dieselverbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, wobei die oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit (14) seltene Erden aufweist, bei welchem eine Temperatur (T4) des Abgases stromauf der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit (14) ermittelt wird und für Temperaturen kleiner als ein vorgegebener Temperaturmaximalwert von höchstens in etwa 370 Grad Celsius in zeitlichen Abständen von mehr als in etwa 30 Minuten für eine Zeitspanne von mindestens in etwa 2 Sekunden eine Fettaktivierung der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit (14) durch eine Absenkung des eingestellten Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnisses auf einen Wert kleiner als Lambda gleich eins vorgenommen wird und für Temperaturen des Abgases größer als der vorgegebene Temperaturmaximalwert eine Absenkung des Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnisses unter einen Wert von Lambda gleich eins unterbunden wird.

Description

Daimler AG
Aktivierungsverfahren für eine edelmetallhaltige BeSchichtung einer von Abgas
durchströmbaren oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit
Die Erfindung betrifft ein Aktivierungsverfahren für eine edelmetallhaltige Beschichtung einer von Abgas durchströmbaren oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mittels welchen ein besonders vorteilhaftes Schadstoffemissionsverhalten realisiert werden kann, wobei gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch der Dieselverbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Aktivierungsverfahren für eine edelmetallhaltige
Beschichtung einer von Abgas durchströmbaren oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird in einem Aktivierungsverfahren für eine edelmetallhaltige
Beschichtung einer von Abgas durchströmbaren oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit für eine Dieselverbrennungskraftmaschine eines
Kraftwagens eine Temperatur des Abgases stromauf der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit ermittelt. Für Temperaturen kleiner als ein vorgegebener Temperaturmaximalwert von höchstens in etwa 370 Grad Celsius wird in zeitlichen Abständen von mehr als in etwa 30 Minuten für eine Zeitspanne von mindestens in etwa 2 Sekunden eine Fettaktivierung der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit durch eine Absenkung des eingestellten Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnisses auf einen Wert kleiner als Lambda gleich eins vorgenommen. Für Temperaturen des
Abgases größer als der vorgegebene Temperaturmaximalwert wird eine Absenkung des Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnisses unter einen Wert von Lambda gleich eins unterbunden.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Erfindungsgemäß weist die oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit seltene Erden auf, bevorzugt Cerium. Cerium wird auch als Cer oder Zer bezeichnet.
Insbesondere weist die erfindungsgemäße oxidationskatalytische
Abgasnachbehandlungseinheit seltene Erden in Form von oxidischen Verbindungen auf. Besonders bevorzugt weist die erfindungsgemäße oxidationskatalytische
Abgasnachbehandlungseinheit seltene Erden aus Oxiden von Cerium aus.
Im Rahmen der Erfindung kann der Temperaturmaximalwert von höchstens in etwa 370 Grad Celsius, je nach Ausgestaltung der erfindungsgemäßen oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit insbesondere bezüglich der chemischen Elemente und Verbindungen der Katalysatorbeschichtung, vorteilhaft auch auf einen
Temperaturmaximalwert von 350 Grad Celsius oder auf einen Temperaturmaximalwert von 320 Grad Celsius festgelegt werden.
Es wurde überraschend gefunden, dass das erfindungsgemäße Verfahren sich dazu eignet, eine HC- und CO-Aktivität der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit deutlich zu verbessern. Unter der CO- und HC-Aktivität der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit soll im Rahmen der Erfindung die Aktivität der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit hinsichtlich einer Konversion, das heißt Oxidation von Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC)verstanden werden. Zusätzlich zu der Verbesserung der HC und CO-Aktivität der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit erhöht sich durch das
erfindungsgemäße Verfahren auch eine Bildungsrate von Stickstoffdioxid (NO2) aus Stickstoffmonoxid (NO), was bei tiefen Temperaturen des Abgases in der
oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit von weniger als 270 Grad Celsius zu einem verbesserten Umsatz von Stickoxiden (NOx) in einem stromabwärts der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit in der
Abgasnachbehandlungseinrichtung der Dieselverbrennungskraftmaschine vorgesehenen SCR-Katalysator oder SCR-beschichteten Partikelfilter führt.
Es wurde überraschend festgestellt, dass eine Fettaktivierung eine HC- und CO-Aktivität der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit mit seltenen Erden bereits nach einer Zeitspanne von in etwa 2 Sekunden deutlich verbessert, und dass es selbst für die gealterte oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit nicht notwendig ist eine Fettaktivierung häufiger als in zeitlichen Abständen von in etwa 30 Minuten durchzuführen soweit die Temperaturen des Abgases in der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 320 bis 370 Grad Celsius nicht überschreiten. Vorteilhaft erfordert das erfindungsgemäße Verfahren aufgrund der vergleichsweise kurzen Zeitspanne und der vergleichsweise großen zeitlichen Abstände der
Fettaktivierungen nur einen sehr geringen zusätzlichen Kraftstoffverbrauch und führt damit vorteilhaft auch nur zu vergleichsweise geringfügig erhöhten
Kohlendioxidemissionen. Je nach Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit, insbesondere bezüglich der chemischen Elemente und Verbindungen der Katalysatorbeschichtung, sind im Rahmen der Erfindung auch Zeitspannen für die Fettaktivierung von 3 bis 5 Sekunden höchstens jedoch 10 Sekunden vorteilhaft.
Durch das Unterbinden der erfindungsgemäßen Fettaktivierungen für Temperaturen des Abgases größer als der vorgegebene Temperaturmaximalwert von 320 bis 370 Grad Celsius kann vorteilhaft eine Temperaturschädigung der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit vermieden werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung werden eine Alterung und/oder Betriebskilometer der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit erfasst, wobei im
Frischzustand und für eine geringe Alterung der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit und/oder für Betriebskilometer von weniger als 15 000 Betriebskilometern nur eine Anzahl von insgesamt weniger als in etwa 50
Fettaktivierungen vorgenommen werden. Diese Laufleistung entspricht einer typischen Temperaturbelastung des Katalysators eines durchschnittlich genutzten Fahrzeugs und kann je nach individuellen Zuständen oder Fahrweisen auch früher oder später erreicht werden. Vorteilhaft kann durch diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Kraftstoffverbrauch und damit die Kohlendioxidemission des Kraftwagens weiter gesenkt werden. Im Rahmen der Erfindung wird unter einem Frischzustand der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit ein Neuzustand der
oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit verstanden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Alterung der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit mit einem in einer Steuereinheit der
Abgasnachbehandlungseinrichtung der Dieselverbrennungskraftmaschine hinterlegten Alterungsmodell bestimmt, das abhängig von einer summierten thermischen Belastung der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit über die Betriebskilometer der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit in einem Kraftwagen einen Alterungsfaktor zwischen 1 für eine frische oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit und 0 für eine gealterte oxidationskatalytische
Abgasnachbehandlungseinheit ausgibt. Es wird dabei angenommen, dass eine Alterung der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit im Wesentlichen mit einer Anzahl und/oder Dauer von regelmäßig vorgenommen Aufheizungen, beispielsweise zur Regeneration eines üblicherweise stromabwärts der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit in einer Abgasnachbehandlungseinrichtung vorgesehenen Partikelfilters, bestimmt wird. Der gealterte Zustand der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit entspricht im Rahmen der Erfindung bei normaler Betriebsweise der Abgasnachbehandlungseinrichtung insbesondere einer
Betriebskilometerzahl von über in etwa 200.000 Betriebskilometern des Kraftwagens. Unter den Betriebskilometern der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit in einem Kraftwagen soll dabei eine Kilometerzahl oder Kilometerlaufleistung verstanden werden, für welche ein Kraftwagen, in welchen die oxidationskatalytische
Abgasnachbehandlungseinheit eingebaut ist, betrieben wurde.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aktivierungsverfahrens erfolgt eine regelmäßige Ermittlung einer Aktivität der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit bezüglich einer Oxidation an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid und die Fettaktivierung wird ausgelöst, wenn die Aktivität geringer als ein vorgegebener Aktivitätsschwellenwert ist. Vorteilhaft wird bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Fettaktivierung nur dann vorgenommen, wenn die Aktivität der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit so gering ist, dass eine Aktivierung notwendig ist. Vorteilhaft kann durch diese Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Aktivierungsverfahren der Kraftstoffverbrauch und damit die
Kohlendioxidemission weiter gesenkt werden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aktivierungsverfahrens wird der
Aktivitätsschwellenwert auf einen Wert von in etwa 20 bis 30 Prozent der maximalen Aktivität festgelegt. Vorteilhaft können bei einer Festlegung des Aktivitätsschwellenwertes auf 20 bis 30 Prozent der maximalen Aktivität die Emissionen von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid gering gehalten werden und die Emissionsvorschriften stets eingehalten werden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aktivierungsverfahrens wird der
Aktivitätsschwellenwert auf einen Wert von in etwa 30 bis 40 Prozent der maximalen Aktivität festgelegt. Vorteilhaft erfolgt bei einer Festlegung des Aktivitätsschwellenwertes auf 30 bis 40 Prozent der maximalen Aktivität eine frühzeitige Fettaktivierung, so dass die Emissionen von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid des Kraftwagens weiter gesenkt werden können und die Emissionsvorschriften sicher eingehalten werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Dieselverbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit einer oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit, welche zumindest Cerium aufweist;
Fig. 2 ein Diagramm zum Veranschaulichen der Abhängigkeit einer
Fettaktivierung von der Temperatur der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit;
Fig. 3 Diagramme zur Veranschaulichung der Abhängigkeit einer CO-Aktivität der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit von Fettsprungwerten beziehungsweise Fettsprungdauern;
Fig. 4 eine schematische Darstellung von Modellen zum Durchführen eines
Verfahrens zum Betreiben der Abgasnachbehandlungseinrichtung;
Fig. 5 ein Diagramm zum Veranschaulichen der Abhängigkeit einer
Fettaktivierung von der Temperatur der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit in neuem und gealtertem Zustand; und in Fig. 6 Diagramme zur Veranschaulichung von Werten und Dauern von
Fettsprüngen über den Alterungszustand der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine von Abgas durchströmbare Abgasanlage einer Dieselverbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens. Der Kraftwagen ist mittels der Dieselverbrennungskraftmaschine antreibbar, wobei die
Dieselverbrennungskraftmaschine beispielsweise als Hubkolben- Dieselverbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Dem Brennraum werden Luft und Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff wie beispielsweise Dieselkraftstoff, zugeführt, so dass im Brennraum ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird. Dieses Kraftstoff-Luft- Gemisch wird verbrannt, woraus Abgas der Dieselverbrennungskraftmaschine resultiert. Mittels der Abgasanlage, welche auch als Abgastrakt bezeichnet wird, wird das Abgas aus dem Brennraum abgeführt, so dass die Abgasanlage und somit die
Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 von dem Abgas durchströmt werden. Die
Strömung des Abgases durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 ist in Fig. 1 durch einen Richtungspfeil 12 veranschaulicht, wobei der Richtungspfeil 12 auch die Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 veranschaulicht.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 umfasst eine oxidationskatalytische
Abgasnachbehandlungseinheit 14, welche ein beispielsweise von dem Abgas
durchströmbares Katalysatorvolumen, welches auch als Volumen bezeichnet wird, aufweist. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 umfasst ferner einen Partikelfilter 16, welcher - da die Dieselverbrennungskraftmaschine beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet ist - beispielsweise als Dieselpartikelfilter DPF ausgebildet ist. Der
Partikelfilter 16 weist dabei eine SCR-katalytische Beschichtung auf, so dass mittels des Partikelfilters 16 die selektive katalytische Reduktion (SCR) zum Entsticken des Abgases unterstützt wird. Da der Partikelfilter 16 die SCR-Beschichtung aufweist, wird der als Dieselpartikelfilter ausgebildete Partikelfilter 16 auch mit SDPF bezeichnet. Darüber hinaus umfasst die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 einen SCR-Katalysator 18. Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass der Partikelfilter 16 bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 stromab der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 angeordnet ist, wobei der SCR- Katalysator 18 stromab des Partikelfilters 16 angeordnet ist. Der SCR-Katalysator 18 wird auch als SCR bezeichnet.
In Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 ist zwischen der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 und dem
Partikelfilter 16 eine Dosiereinrichtung 20 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 angeordnet. Mittels der Dosiereinrichtung 20 wird ein Reduktionsmittel insbesondere in Form einer wässrigen Harnstofflösung (HWL) in das Abgas eindosiert. Das in das Abgas eindosierte Reduktionsmittel wird im Rahmen der SCR genutzt, um das Abgas zu entsticken. Unter dem Entsticken ist zu verstehen, dass im Abgas enthaltene Stickoxide (NOx) zumindest verringert werden, indem die Stickoxide im chemischen Sinne reduziert werden. Im fertig hergestellten Zustand des Kraftwagens ist die Dosiereinrichtung 20 beispielsweise mit einem Tank fluidisch verbunden, wobei in dem Tank das
Reduktionsmittel aufgenommen ist. Das Reduktionsmittel kann somit von dem Tank zur Dosiereinrichtung 20 geführt und schließlich mittels der Dosiereinrichtung 20 in das Abgas eindosiert werden.
Aus Fig. 1 ist ferner erkennbar, dass das Abgas stromauf der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 eine Temperatur T4 aufweist, wobei das Abgas stromab der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 und stromauf des Partikelfilters 16, insbesondere stromauf der Dosiereinrichtung 20, eine Temperatur T5 aufweist.
Die erfindungsgemäße oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit, welche seltene Erdenoxide aufweist, hat den Vorteil, dass sie durch Fettsprünge, welche auch als Fettaktivierungen bezeichnet werden, aktivierbar ist sowie bei tiefen Temperaturen Stickoxide speichern kann. Die Aktivierung durch Fettsprünge wird auch als
Fettaktivierung oder Fettaktivierbarkeit bezeichnet. Durch einen solchen Fettsprung wird das Abgas mit reduzierenden beziehungsweise reduzierend wirkenden Bestandteilen, insbesondere CO (Kohlenmonoxid) und HC (unverbrannte Kohlenwasserstoffe), angereichert. Ein solcher Fettsprung wird beispielsweise durch wenigstens eine motorische Kraftstoffnacheinspritzung und/oder durch eine Sekundär-Einspritzung von Kraftstoff in das Abgas erreicht. Unter der motorischen Kraftstoffnacheinspritzung ist eine späte Einspritzung von Kraftstoff, insbesondere direkt, in den Brennraum zu verstehen. Unter der Sekundär-Einspritzung ist zu verstehen, dass Kraftstoff, insbesondere an einer stromab des Brennraums angeordneten und/oder insbesondere stromauf der
Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 angeordneten Stelle, direkt in das Abgas eingespritzt wird. Unter der durch einen Fettsprung bewirkbaren Aktivierung ist beispielsweise zu verstehen, dass durch diese Aktivierung die Aktivität hinsichtlich der Oxidation beziehungsweise Konversion von CO und HC und der Bildung von N02 erhöht werden kann.
Um dabei die Schadstoffemissionen und den Kraftstoffverbrauch der
Dieselverbrennungskraftmaschine besonders gering halten zu können, weist die oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit Oxide aus seltenen Erden auf, wobei das Verhältnis des Katalysatorvolumens des Stickoxid-Speicherkatalysators 1 zum Hubvolumen der Dieselverbrennungskraftmaschine in einem Bereich von
einschließlich 0,3 bis 2, insbesondere in einem Bereich zwischen 0,5 und 1 ,25 liegt.
In der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 können Stickoxide in einem bestimmten Temperaturfenster beziehungsweise Temperaturbereich
eingespeichert werden. Mit anderen Worten weist die oxidationskatalytische
Abgasnachbehandlungseinheit 14 seine höchste Stickoxid-Speicherkapazität in einem Temperaturbereich auf, dessen Minimalwert in einem Bereich von einschließlich 60 Grad Celsius bis einschließlich 80 Grad Celsius und dessen Maximalwert in einem Bereich von einschließlich 220 Grad Celsius bis einschließlich 250 Grad Celsius liegt. Oberhalb dieses Maximalwerts soll idealerweise keine Stickoxid-Speicherung in der
oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit erfolgen. Bevorzugt erfolgt oberhalb des Maximalwerts eine nur sehr geringe Stickoxid-Speicherung in dem
Stickoxid-Speicherkatalysator 14, insbesondere bezogen auf den ersten beziehungsweise erstgenannten Temperaturbereich.
Durch den Einsatz von Seltene Erden-Verbindungen kann vor allem eine gute
Fettaktivierbarkeit, die sich positiv auf den CO- und HC-Umsatz der
oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 auswirkt, und eine sehr gute Entschwefelbarkeit erreicht werden. Die maximale, temperaturabhängige Stickoxid- Speichermenge der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 liegt im thermisch gealterten Zustand, welcher bei normaler Betriebsweise der
Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 in etwa einer Betriebskilometerzahl von circa 200.000 Kilometern des Kraftwagens entspricht, typischerweise zwischen 300 und 1000 mg/l Katalysatorvolumen, idealerweise zwischen 400 und 600 mg/l
Katalysatorvolumen. Zum einen wird durch die Begrenzung der eingespeicherten Stickoxid-Menge deren negativer Einfluss auf das CO- und HC-Umsatzverhalten bei tiefen Temperaturen begrenzt sowie die für das nachfolgende SCR-System sehr wichtige N02-Bildung erhöht, da nur eine geringe Menge des gebildeten NO2 in der
oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 eingespeichert wird (bis die Speicherkapazität der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit erschöpft ist 1 ) und die erfindungsgemäße oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit 14 somit früher einen N02-Durchbruch zeigt (im Vergleich etwa zu einem herkömmlichen Stickoxid-Speicherkatalysator).
Zum anderen wird durch die Lage des Temperaturfensters beziehungsweise des genannten Temperaturbereichs und der gleichzeitig niedrigen, einspeicherbaren
Stickoxid-Maximalmenge bei der thermischen Desorption der Stickoxide ab 250 Grad Celsius ein Überfahren, das heißt ein nicht verarbeitbares Überangebot an Stickoxiden, für den darauffolgenden SDPF oder SCR-Katalysator 18 verhindert, so dass sich bei thermischer Desorption der gesamten gespeicherten Stickoxid-Menge die sogenannte NOx-End-Of-Pipe-Emission (EoP) der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 nicht erhöht. Das zuvor genannte SCR-System umfasst sowohl den Partikelfilter 16 als auch den SCR- Katalysator 18, da beide die selektive katalytische Reduktion katalytisch unterstützen.
Durch den Einsatz der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit mit
Verbindungen aus seltenen Erden 14 ist daher eine periodisch stattfindende Fett- Regeneration zum Stickoxidumsatz nicht erforderlich. Unter einer solchen Fett- Regeneration kann der zuvor beschriebene Fettsprung verstanden werden. Die
Abgasnachbehandlungseinrichtung 10, insbesondere die oxidationskatalytische
Abgasnachbehandlungseinheit 14, kann somit im gesamten Temperaturbereich passiv, das heißt ohne aktive Fett-Regeneration betrieben werden. Diese wird somit
ausschließlich zur Fettaktivierung des Systems und somit zur Verbesserung der CO- und HC-Performance bei tiefen Temperaturen eingesetzt und stellt keine Maßnahme zum Stickoxidumsatz dar. Unter der CO- und HC-Performance ist die zuvor beschriebene CO- und HC-Aktivität zu verstehen.
Die Entleerung der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14,
insbesondere dessen Stickoxid-Speichers, erfolgt rein thermisch, wobei dieses Entleeren auch als Desorption der in der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 gespeicherten Stickoxide bezeichnet wird. Dabei werden die desorbierenden Stickoxide im direkt nachgeschalteten SCR-System aufgrund des günstigen Temperaturbereichs des Stickoxid-Speicherfensters (Maximalwert in einem Bereich von einschließlich 220 Grad Celsius bis einschließlich 250 Grad Celsius) und der niedrigen maximalen
Speichermenge (maximal 1000 mg/l Katalysatorvolumen) vollständig umgesetzt. Der zuvor genannte Maximalwert des Temperaturbereichs wird auch als Tmax bezeichnet, wobei der zuvor genannte Minimalwert des Temperaturbereichs auch als Tmin bezeichnet wird.
Im Folgenden werden Auslegungskriterien der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit 14 beschrieben: Ein Auslegungskriterium ist der
Minimalwert Tmin, welcher in einem Bereich von einschließlich 60 Grad Celsius bis einschließlich 80 Grad Celsius liegt. Ein weiteres Auslegungskriterium ist der Maximalwert Tmax, welcher in einem Bereich von einschließlich 220 Grad Celsius bis einschließlich 250 Grad Celsius liegt. Ein weiteres Auslegungskriterium ist das
Tieftemperaturspeichermaterial, wobei es sich um Ce-, und andere Seltene Erden- Verbindungen handeln kann. Die maximale Stickoxid-Speichermenge, insbesondere bei einer Betriebskilometerzahl von 200.000 Kilometern, liegt vorzugsweise in einem Bereich von einschließlich 300 bis einschließlich 1000 mg/l Katalysatorvolumen, vorzugsweise in einem Bereich von einschließlich 400 bis einschließlich 600 mg/l Katalysatorvolumen.
Im Folgenden wird die zuvor genannte Betriebsstrategie beschrieben, welche eine alterungsabhängige Betriebsstrategie ist und im Rahmen eines Verfahrens zum Betreiben der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 zum Einsatz kommt. Mittels der
Betriebsstrategie wird die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 betrieben. Dabei kann eine Abgasrückführung (AGR), insbesondere eine Mehrwege-AGR, vorgesehen sein, wobei eine solche Mehrwege-AGR eine Hochdruck- und eine
Niederdruckabgasrückführung umfassen kann.
Wie vor dem Hintergrund der vorigen Ausführungen deutlich wird, kommt zum Betrieb der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 die im folgenden beschriebene Betriebsstrategie zum Einsatz, da ein Fettsprung bei der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 nicht zur Stickoxid-Regeneration, sondern zur Fettaktivierung der CO- und HC-Aktivität,
insbesondere der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14, durchgeführt wird. Für diese Betriebsstrategie spielt die Temperatur, bei welcher der Fettsprung durchgeführt wird, eine wichtige Rolle, wie aus Fig. 2 erkennbar ist. Fig. 2 zeigt ein Diagramm, auf dessen Abszisse 22 die Temperatur der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit 14 aufgetragen ist, bei welcher die oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit aktiviert wird, wobei diese Temperatur der
oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 auch als Katalysatortemperatur bezeichnet wird. Die Katalysatortemperatur ist in der Einheit Grad Celsius [°C]
aufgetragen. Diese Temperatur wird auch als Aktivierungstemperatur bezeichnet.
Diese Katalysatortemperatur oder Aktivierungstemperatur ist die Temperatur, bei welcher die oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit 14 aktiviert wird. Auf der Ordinate 24 ist stellvertretend für die CO- und HC-Aktivität die CO-Aktivität aufgetragen. An einer Stelle 26 des Diagramms ist die oxidationskatalytische
Abgasnachbehandlungseinheit 14 maximal deaktiviert. Dies bedeutet, dass dort die CO- und HC-Aktivität am niedrigsten ist. Mit anderen Worten erfolgt dann bei einem gewissen Temperaturniveau nur noch eine geringe, durch die oxidationskatalytische
Abgasnachbehandlungseinheit 14 bewirkte Oxidation von CO und HC. An einer Stelle 28 ist die oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit 1 maximal aktiviert. An der Stelle 28 weist die oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit 14 seine maximale Fähigkeit bei einem gewissen Temperaturniveau auf, CO und HC zu oxidieren. In das in Fig. 2 gezeigte Diagramm ist ein Verlauf 29 eingetragen, welcher die HC- Aktivität der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 in Abhängigkeit von der Aktivierungstemperatur veranschaulicht. Aus Fig. 2 ist erkennbar, dass sich nur in einem bestimmten Temperaturbereich sich eine sehr gute CO-Aktivität durch den
Fettsprung ergibt, bei zu niedriger oder zu hoher Katalysatortemperatur beim Fettsprung fällt die Aktivierung schlechter aus, das heißt die CO- und HC-Aktivität wird nicht in ausreichendem Maße gesteigert, insbesondere im Vergleich zum deaktivierten Zustand.
Neben der Katalysatortemperatur haben das beim Fettsprung eingestellte
Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnis λ sowie die Dauer des durchgeführten Fettsprungs einen großen Einfluss auf die resultierende CO- und HC-Aktivität, was aus Fig. 3 erkannt werden kann. Fig. 3 zeigt ein Diagramm 30, auf dessen Abszisse 32 das
Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnis λ bei dem Fettsprung, das heißt das sogenannte Fettsprung-Lambda aufgetragen ist. Auf der Ordinate 34 ist die CO-Aktivität
stellvertretend für die CO- und HC-Aktivität aufgetragen. In das Diagramm 30 ist ein Verlauf 35 eingetragen, welcher die CO-Aktivität in Abhängigkeit von dem Fettsprung- Lambda veranschaulicht. Ferner zeigt Fig. 3 ein Diagramm 36, auf dessen Abszisse 38 die Dauer des Fettsprungs, das heißt die sogenannte Fettsprungdauer aufgetragen ist, während auf der Ordinate 40 die CO-Aktivität aufgetragen ist. In das Diagramm 37 ist ein Verlauf 41 eingetragen, welcher die CO-Aktivität in Abhängigkeit von der Fettsprungdauer veranschaulicht. Der Aktivitätszustand, der sich aus der Fettaktivierung ergibt, hält dabei nur eine gewisse Zeit an. Mit zunehmender Betriebsdauer bei hohen Temperaturen findet solange eine Deaktivierung der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 statt, bis die oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit 14 ihren vollständig deaktivierten Ausgangszustand (Stelle 26) wieder erreicht hat. Um stets eine ausreichend hohe CO- und HC-Aktivität zu gewährleisten, wird daher in gewissen zeitlichen Abständen eine Fettaktivierung durchgeführt.
Hierzu wird ein aus Fig. 4 erkennbares Modell in einer Recheneinrichtung, insbesondere einem Steuergerät, zum Betreiben der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 und der Dieselverbrennungskraftmaschine hinterlegt, wobei dieses Modell anhand eines CO-/HC- Aktivitätsfaktors, der sich zwischen einschließlich 0 und einschließlich 1 bewegt, eine Fettaktivierung auslöst, sobald diese benötigt wird. Der CO-/HC-Aktivitätsfaktor wird der Einfachheit wegen auch als Aktivitätsfaktor bezeichnet und kann Werte in einem Bereich von einschließlich 0 bis einschließlich 1 annehmen. Ein Wert des CO-/HC- Aktivitätsfaktors von 0 entspricht einer Aktivität der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit 14 von 0 Prozent und ein Wert des CO-/HC- Aktivitätsfaktors von 1 entspricht einer Aktivität der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit 14 von 100 Prozent. Der Wert 0 charakterisiert dabei den vollständig deaktivierten Zustand der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit 14, welcher in dem Diagramm gemäß Fig. 2 an der Stelle 26 vorliegt. Der Wert 1 des Aktivitätsfaktors charakterisiert den maximalen zu 100 Prozent aktivierten Zustand, welcher in dem Diagramm gemäß Fig. 2 an der Stelle 28 vorliegt.
In Fig. 4 veranschaulicht ein Block 56 die Berechnung der mittleren
Katalysatortemperatur der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14. Dieser Berechnung werden folgende Eingangsgrößen 58 zugeführt: Die Temperatur T4 des Abgases stromauf der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 in der Einheit Grad Celsius, die Temperatur T5 stromab der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit 14 in der Einheit Grad Celsius und der
Abgasmassenstrom in der Einheit Kilogramm pro Stunde.
Um die Fettaktivierung auszulösen, sobald diese benötigt wird, wird ein erster
Schwellenwert in dem Steuergerät hinterlegt. Der erste Schwellenwert liegt
typischerweise in einem Bereich von 0,2 bis einschließlich 0,3. Die thermische
Deaktivierung und somit die Erniedrigung des aktuellen Aktivitätsfaktors der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 wird über ein Deaktivierungsmodell 60 bestimmt. Die wichtigste Eingangsgröße hierfür ist eine mittlere Katalysatortemperatur (TKat), welche über die Temperaturen T4 und T5 sowie über den Abgasmassenstrom in der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 berechnet wird. In Fig. 4 ist erkennbar, dass die mittlere Katalysatortemperatur eine Ausgangsgröße des Blocks 56 ist, wobei die mittlere Katalysatortemperatur als
Eingangsgröße dem Deaktivierungsmodell 60 zugeführt wird.
Ebenfalls werden im Deaktivierungsmodell 60 Vergiftungseinflüsse durch die Stickoxid-, Schwefel-, und HC-Beladung der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 berücksichtigt, welche im Steuergerät an anderer Stelle berechnet werden. Anhand der Verschlechterung der aktuellen CO- und HC-Aktivität durch diese
Vergiftungseinflüsse kann unabhängig von der thermischen Deaktivierung der
oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 eine Entschwefelung (DeSOx) oder eine thermische Entgiftungsmaßnahme angefordert werden. Im Rahmen der thermischen Entgiftungsmaßnahme erfolgt eine Temperaturanhebung über ein
Sonderbrennverfahren. Das Sonderbrennverfahren wird beispielsweise durch wenigstens eine späte, nicht im Brennraum umgesetzte, Kraftstoffnacheinspritzung durchgeführt. Eine Freigabetemperatur für diese späte Kraftstoffnacheinspritzung des
Sonderbrennverfahrens, welche direkt auf der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit 14 zu einer Erhöhung der Abgastemperatur führt, wird ebenfalls in Abhängigkeit von dem Aktivitätsfaktor angepasst, da bei geringer HC-Aktivität die Kohlenwasserstoffe nicht auf der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit 14 umgesetzt werden können. Diese Freigabetemperatur liegt in Abhängigkeit von dem Aktivitätsfaktor typischerweise zwischen TKat=150 Grad Celsius und 250 Grad Celsius.
Ferner werden dem Deaktivierungsmodell 60 folgende Eingangsgrößen 62 zugeführt: Alterungsfaktor, NCvBeladung der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit 14 in der Einheit Gramm pro Liter Volumen des Stickoxid- Speicherkatalysators 14 [g/l], Schwefel-Beladung der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit 14 in der Einheit Gramm pro Liter Volumen des Stickoxid- Speicherkatalysators 14 und HC-Beladung der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit 14 in der Einheit Gramm pro Liter Volumen der
oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14. Neben dem Deaktivierungsmodell 60, welches die Verringerung des Aktivitätsfaktors durch die thermische Deaktivierung abbildet, wird der Aktivitätsrückgewinn (Wert zwischen 0 und 1 ) durch einen Fettsprung in einem Aktivierungsmodell 64 berechnet. Typische Eingangsgrößen 66 für dieses Aktivierungsmodell 64 sind: die mittlere
Katalysatortemperatur, die Tiefe des Fettsprungs, das heißt das Fettsprung-Lambda, die Fettsprungdauer in der Einheit Sekunden [s], der Abgasmassenstrom im Stickoxid- Speicherkatalysator 14 in der Einheit Kilogramm pro Stunde [kg/h] sowie das Verhältnis zwischen CO, H2 und Kohlenwasserstoff in dem Abgas während des Fettsprungs, welches im Steuergerät in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebspunkt (Drehzahl, Last) als Kennfeld hinterlegt wird. Unter der Tiefe des Fettsprungs ist der Wert des
Verbrennungsluft-/KraftstoffVerhältnisses λ im Fettbetrieb zu verstehen.
Fig. 4 stellt somit eine Übersicht der Ein- und Ausgangsgrößen und die logische
Verknüpfung des im Steuergerät hinterlegten Aktivitätsmodells dar. Da die Aktivierung, wie in Fig. 2 gezeigt ist, sehr stark von der Katalysatortemperatur abhängt, wird der zur Aktivierung erforderliche Fettsprung nur in einem bestimmten Temperaturfenster ausgelöst, um eine hohe Aktivierung zu erreichen. Bevorzugt ist das Temperaturfenster ein Temperaturbereich, dessen Temperaturminimalwert in einem Bereich von
einschließlich 240 Grad Celsius bis einschließlich 280 Grad Celsius und dessen
Temperaturmaximalwert in einem Bereich von einschließlich 320 Grad Celsius bis einschließlich 370 Grad Celsius liegt.
Idealerweise wird die Fettaktivierung bereits beim Unterschreiten eines zweiten, höheren Schwellenwerts, der typischerweise zwischen 0,3 und 0,4 liegt, vorzeitig ausgelöst, wenn sich die Katalysatortemperatur innerhalb eines idealen Temperaturfensters befindet. Bevorzugt ist dies ein Temperaturbereich, dessen Temperaturminimalwert in einem Bereich von einschließlich 280 Grad Celsius bis einschließlich 300 Grad Celsius und dessen Temperaturmaximalwert in einem Bereich von einschließlich 310 Grad Celsius bis einschließlich 330 Grad Celsius liegt. Somit kann ein Maximalaktivitätsrückgewinn mit Hilfe eines Fettsprungs erreicht werden und damit ein zu häufiges Auslösen der
Fettaktivierung vermieden werden. Im Folgenden wird ein Überblick über die
unterschiedlichen Schwellenwerte, welche auch als Aktivitätsschwellenwerte bezeichnet werden, sowie die zugehörigen Temperaturfenster, in denen die Fettaktivierung ausgelöst wird, bereitgestellt:
TKat.min TKat.max
Schwellenwert Aktivitätsfaktor [-]
rci PC] Erster Schwellwert (Fettaktivierung
0,2 - 0,3 240 - 280 320 - 370 dringend erforderlich)
Zweiter Schwellwert (vorzeitige
Fettaktivierung aufgrund idealer 0,3 - 0,4 280 - 300 310 - 330 Aktivierungsbedingungen)
In der Steuergerätemodellierung wird zusätzlich die Alterung der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 über einen Alterungsfaktor mitberücksichtigt. Dieser Alterungsfaktor ist in Fig. 4 durch einen Block 68 veranschaulicht, liegt in einem Bereich von einschließlich 0 bis einschließlich 1 und wird maßgeblich über die Abgastemperaturen und die Laufzeit der Dieselverbrennungskraftmaschine an einer anderen Stelle im
Steuergerät berechnet. In Abhängigkeit von dem Alterungsfaktor ändern sich sowohl die Berechnung der durch den Fettsprung zurückgewonnenen Aktivität als auch die
Berechnung der Aktivitätsverschlechterung durch thermische Aktivierung
(Deaktivierungsmodell). Die in der obigen Tabelle dargestellten Schwellenwerte und Temperaturfenster für die Auslösung der Fettaktivierung, sowie die gesamte oben beschriebene Betriebsstrategie hängen ebenfalls vom Alterungsfaktor der
oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 ab. In Fig. 4 sind
Ausgangsgrößen 70 des Blocks 68 und somit des Modells insgesamt veranschaulicht. Diese Ausgangsgrößen 70 sind: die Auslösung der Fettaktivierung, die Auslösung der Entschwefelung (DeSOx) und die Auslösung der Entgiftung.
Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit der Fettaktivierung von der Katalysatortemperatur im neuen beziehungsweise frischen und gealterten Zustand (200.000 Kilometer Laufleistung oder Betriebskilometer des Kraftwagens) der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit 14. Fig. 5 zeigt ein Diagramm, auf dessen Abszisse 42 die Aktivierungstemperatur in der Einheit Grad Celsius aufgetragen ist, wobei auf der Ordinate 44 die CO-Aktivität aufgetragen ist. Ein Verlauf 46 charakterisiert die gealterte oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit beispielsweise bei einer
Laufleistung von 200.000 Kilometern, wobei ein Verlauf 48 die neue beziehungsweise frische oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit 14 charakterisiert. Während die oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit 14 im gealterten Zustand in einem gewissen Temperaturfenster eine hohe Aktivierbarkeit bezüglich der CO- und HC- Umsetzung aufweist, ist im Neu- beziehungsweise Frischzustand nur ein sehr geringer Aktivierungseffekt erkennbar. Die in Fig. 3 dargestellte Abhängigkeit der CO-Aktivität von der Dauer und der Tiefe des Fettsprungs lässt sich ebenfalls nicht auf den Frischzustand der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 übertragen, denn auch hier ist durch einen tieferen beziehungsweise längeren Fettsprung keine merkliche Zunahme der CO- und HC-Aktivität zu verzeichnen.
Da die Edelmetallsinterung, welche den hauptsächlichen Alterungsmechanismus bei der katalytischen Abgasnachbehandlung darstellt, im Frischzustand noch nicht eingesetzt hat, liegt die Aktivität der frischen oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 trotz niedrigerer Aktivierbarkeit auf ähnlichem Niveau wie der gealterte Katalysator mit optimaler Aktivierung (Fettaktivierung bei optimaler Temperatur). Daher wird die oben beschriebene Betriebsstrategie der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit 14 dahingehend angepasst, dass das CO- und HC- Aktivitätsniveau des Frischzustandes über die Gesamtlaufzeit des Katalysators erhalten wird.
Im Frischzustand der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 wird somit komplett auf die Fettaktivierung der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit 14 verzichtet, da diese im Frischzustand nicht notwendig ist und zu keiner weiteren Verbesserung der Katalysator-Performance führt. Erst ab einem bestimmten, im Steuergerät hinterlegten Alterungsfaktor wird eine regelmäßige Fettaktivierung der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit mit einem Fettsprung-Lambda, welcher typischerweise zwischen λ=0,98 und λ=0,95 liegt und einer Fettsprungdauer, welche typischerweise zwischen 3 Sekunden und 5 Sekunden liegt, durchgeführt. Mit zunehmender Alterung des Katalysators (oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14) erhöht sich sowohl die Tiefe des Fettsprungs (λ) als auch die Dauer des Fettsprungs bis zu einem gewissen Endniveau, welches
typischerweise zwischen λ=0,88 und λ=0,92 und bei maximal 10 Sekunden
Fettsprungdauer liegt, was besonders gut aus Fig. 6 erkennbar ist. Fig. 6 zeigt
Diagramme, auf deren jeweiliger Abszisse 50 der Alterungszustand der
oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 aufgetragen ist.
Eine Stelle 51 charakterisiert die frische beziehungsweise neue oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit 14, wobei eine Stelle 53 eine Laufleistung von 200.000 Kilometern der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 angibt. Auf der Ordinate 52 ist der Lambda-Fettsprung, das heißt das λ aufgetragen, während auf der Ordinate 54 die Dauer des Fettsprungs, das heißt die Fettsprungdauer in der Einheit Sekunde [s] aufgetragen ist. Ein Verlauf 55 veranschaulicht somit den Lambda- Fettsprung in Abhängigkeit von dem Alterungszustand. Ferner veranschaulicht ein Verlauf 59 die Fettsprungdauer in Abhängigkeit von dem Alterungszustand, wobei in einem jeweiligen Bereich 57 keine Fettaktivierung erfolgt.
Insgesamt ist aus den vorigen Ausführungen sowie aus den Figuren erkennbar, dass die oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit nur in einem bestimmten
Temperaturbereich von kleiner als 250 Grad Celsius Stickoxide einspeichert, was vorteilhaft für die Betriebsstrategie des Gesamtsystems umfassend die
oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit 1 und das SCR-System ist, da die oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit 1 in diesem System rein passiv betrieben werden soll. Unter dem passiven Betreiben ist zu verstehen, dass keine
Fettsprünge zum Stickoxid-Umsatz erforderlich sind beziehungsweise durchgeführt werden. Die maximale Stickoxid-Speichermenge, die höchste Stickoxid-Speicherkapazität wird daher auch auf 300 bis 1000 mg/l Katalysatorvolumen begrenzt, insbesondere bezogen auf den gealterten Zustand. Ebenso werden bestimmte Stickoxid- Speichermaterialien wie zum Beispiel Ce oder andere Seltene Erden-Verbindungen eingesetzt, was eine gute Fettaktivierbarkeit zur Folge hat. Die Betriebsstrategie für die oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit 14 unterscheidet sich dabei grundlegend von der eines Stickoxid-Speicherkatalysators beziehungsweise eines herkömmlichen Dieseloxidationskatalysators. Im Steuergerät wird hierzu die CO- und die HC-Aktivität der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 über einen Aktivitätsfaktor, welcher Werte zwischen einschließlich 0 und einschließlich 1 annehmen kann, abgebildet. Die thermische Deaktivierung, welche zur Aktivitätsverschlechterung führt und hauptsächlich von der Katalysatortemperatur (T«at) abhängt, sowie die
Fettaktivierung, die zur Verbesserung der Aktivität beiträgt und hauptsächlich von der Temperatur, der Tiefe und Dauer des Fettsprungs abhängt, sind über ein entsprechendes Modell im Steuergerät integriert und beeinflussen so den CO-/HC-Aktivitätsfaktor.
Je nach Wert dieses Aktivitätsfaktors wird bei gleichzeitiger Einhaltung eines gewissen Temperaturfensters regelmäßig eine Fettaktivierung ausgelöst. Hierbei sind mehrere Schwellenwerte beziehungsweise Temperaturbereiche möglich (vorzeitige Fettaktivierung bei idealen Bedingungen). Ebenso kann über den Aktivitätsfaktor eine Entschwefelung (DeSOx) oder thermische Entgiftung (Verringerung der HC-/NOx-Beladung der
oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit14) angefordert werden, wobei die Freigabe bestimmter Heizmaßnahmen (späte Kraftstoffnacheinspritzung) ebenfalls über den Aktivitätsfaktor gesteuert werden kann. Da sich die Aktivität und Aktivierbarkeit der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit 14 sehr stark über den Alterungszustand ändern, wird die Betriebsstrategie über der Alterung entsprechend angepasst. Die Berechnung der Deaktivierung, der Aktivierung und sämtliche Schwellenwerte und Temperaturbereiche werden an den Alterungszustand der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit 14 über einen Alterungsfaktor angeglichen. Da im Frischzustand keine Fettaktivierung benötigt wird, werden bis zu einer bestimmten Alterungsschwelle keine Fettsprünge durchgeführt, mit zunehmender Alterung aber die Dauer und Tiefe des Fettsprungs angepasst, um eine gleichbleibende CO- und HC- Aktivität über der Alterung der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit 14 zu gewährleisten und gleichzeitig einen unnötigen Kraftstoffmehrverbrauch und unnötige Kohlendioxidemissionen zu vermeiden.
Daimler AG
Bezugszeichenliste
10 Abgasnachbehandlungseinrichtung
12 Richtungspfeil
14 Stickoxid-Speicherkatalysator
16 Partikelfilter
18 SCR-Katalysator
20 Dosiereinrichtung
22 Abszisse
24 Ordinate
26 Stelle
28 Stelle
29 Verlauf
30 Diagramm
32 Abszisse
34 Ordinate
35 Verlauf
36 Diagramm
38 Abszisse
40 Ordinate
41 Verlauf
42 Abszisse
44 Ordinate
46 Verlauf
48 Verlauf
50 Abszisse
51 Stelle
52 Ordinate
53 Stelle
54 Ordinate
55 Verlauf
56 Block 57 Verlauf
58 Eingangsgrößen
59 Verlauf
60 Deaktivierungsmodell 62 Eingangsgrößen
64 Aktivierungsmodell
66 Eingangsgrößen
68 Block
70 Ausgangsgrößen
T4 Temperatur
T5 Temperatur

Claims

Daimler AG Patentansprüche
1. Aktivierungsverfahren für eine edelmetallhaltige Beschichtung einer von Abgas durchströmbaren oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit (14) für eine Dieselverbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, wobei die
oxidationskatalytische Abgasnachbehandlungseinheit (14) seltene Erden aufweist, bei welchem eine Temperatur (T4) des Abgases stromauf der
oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit (14) ermittelt wird und für Temperaturen kleiner als ein vorgegebener Temperaturmaximalwert von höchstens in etwa 370 Grad Celsius in zeitlichen Abständen von mehr als in etwa 30 Minuten für eine Zeitspanne von mindestens in etwa 2 Sekunden eine Fettaktivierung der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit (14) durch eine Absenkung des eingestellten Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnisses auf einen Wert kleiner als Lambda gleich eins vorgenommen wird und für Temperaturen des Abgases größer als der vorgegebene Temperaturmaximalwert eine Absenkung des
Verbrennungsluft-/KraftstofTverhältnisses unter einen Wert von Lambda gleich eins unterbunden wird.
2. Aktivierungsverfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Alterung und/oder Betriebskilometer der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit erfasst werden, wobei im Frischzustand und für eine geringe Alterung der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit und/oder für Betriebskilometer von weniger als 15 000 Betriebskilometern nur eine Anzahl von insgesamt weniger als in etwa 50 Fettaktivierungen vorgenommen werden. Aktivierungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine regelmäßige Ermittlung einer Aktivität der oxidationskatalytischen
Abgasnachbehandlungseinheit (14) bezüglich einer Oxidation an
Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid erfolgt und die Fettaktivierung ausgelöst wird, wenn die Aktivität geringer als ein vorgegebener Aktivitätsschwellenwert ist.
Aktivierungsverfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Aktivitätsschwellenwert auf einen Wert von in etwa 20 bis 30 Prozent der maximalen Aktivität festgelegt wird.
Aktivierungsverfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein weiterer Aktivitätsschwellenwert auf einen Wert von in etwa 30 bis 40 Prozent der maximalen Aktivität festgelegt wird.
Aktivierungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Tiefe der Absenkung des Verbrennungsluft-/Kraftstoffverhältnisses bei der Fettaktivierung und/oder die Zeitspanne der Fettaktivierung in Abhängigkeit von der Alterung der oxidationskatalytischen Abgasnachbehandlungseinheit (14) erhöht wird.
PCT/EP2017/000313 2016-03-11 2017-03-09 Aktivierungsverfahren für eine edelmetallhaltige beschichtung einer von abgas durchströmbaren oxidationskatalytischen abgasnachbehandlungseinheit WO2017153048A1 (de)

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