[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Abgasen eines Verbrennungsmotors
mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1. Außerdem betrifft die
Erfindung eine Einrichtung zum Reinigen von Abgasen eines Verbrennungsmotors.
[0002] Um die Schadstoffemission eines Verbrennungsmotors zu reduzieren, kann ein derartiger
Motor, z.B. Diesel- oder Ottomotor, mit einer von den Abgasen des Verbrennungsmotors
durchströmten Abgasreinigungseinrichtung ausgestattet werden. Zur Reinigung der Verbrennungsmotorabgase
eignen sich in besonderer Weise NO
x-Adsorbersysteme. Derartige, auch als NO
x-Adsorber-Katalysatoren bezeichnete Abgasreinigungselemente speichern unter bestimmten
Voraussetzungen die Stickoxide (NO
x) von Verbrennungskraftmaschinen, sofern diese

mager" betrieben werden. Ein solcher Mager-Betrieb liegt vor, wenn das Verbrennungs-Luftverhältnis
Lambda (λ) größer als 1 ist, das heißt wenn eine überstöchiometrische Verbrennung
vorliegt, bei der große Mengen Sauerstoff im Abgas vorhanden sind. Zur Regeneration
derartiger, aufgrund ihrer Speicherfähigkeit auch als Speicher-Katalysator bezeichneten
NO
x-Adsorbersysteme wird reduzierend wirkendes Abgas mit möglichst hohem Reduktionsmittelgehalt
benötigt, damit das im NO
x-Adsorber-Katalysator gespeicherte NO
x freigesetzt und zu Stickstoff N
2 umgesetzt werden kann. Eine Verbrennungskraftmaschine produziert reduzierend wirkendes
Abgas, wenn eine

fette" Verbrennung, das heißt eine unterstöchiometrische Verbrennung mit λ < 1 vorliegt,
bei der kein oder nur noch wenig Restsauerstoff im Abgas vorhanden ist.
[0003] Die mit einem derartigen NO
x-Speicher-Katalysator ausgestatteten Verbrennungsmotoren müssen demnach über eine
Motorsteuerung verfügen, die einen Wechsel zwischen Mager-Betrieb und Fett-Betrieb
des Verbrennungsmotors ermöglicht.
[0004] Aufgrund des Mager-Betriebes sind in den Abgasen des Verbrennungsmotors Schwefeloxid-Verbindungen
(SO
x), vorzugsweise Schwefeldioxid (SO
2), enthalten, die während eines Mager-Betriebes mit dem Speicher-Material des NO
x-Speicher-Katalysators reagieren und dabei Sulfate bilden. Eine derartige Sulfatbildung
führt zu einer Verringerung der NO
x-Speicherkapazität des NO
x-Speicher-Katalysators, was auch als

Schwefelvergiftung" des NO
x-Speicher-Katalysators bezeichnet wird.
[0005] Damit eine Abgasreinigungseinrichtung mit einem NO
x-Speicher-Katalysator über längere Zeit ordnungsgemäß funktionieren kann, muß der
Schwefelgehalt im Abgas verringert werden. Die wesentlichen Schwefelquellen sind dabei
der verwendete Kraftstoff und das Motoröl, so daß zum einen Kraftstoffe und Motoröle
mit niedrigerem Schwefelgehalt die Lebensdauer eines NO
x-Speicher-Katalysators erhöhen.
[0006] Zum anderen kann die Sulfatbildung im NO
x-Speicher-Katalysator vermieden werden, in dem ein in der Literatur als

SO
x-Trap" bezeichneter SO
x-Speicher-Katalysator verwendet wird, der im Abgasstrang vor dem NO
x-Speicher-Katalysator angeordnet ist. Wenn die Abgase den SO
x-Speicher-Katalysator durchströmen, wird ein Großteil der vom Motor emittierten Schwefelverbindungen
darin adsorbiert und abgespeichert. Auf diese Weise wird die Dauerhaltbarkeit des
NO
x-Speicher-Katalysators erheblich verbessert.
[0007] Jedoch ist die SO
x-Speicher-Kapazität eines derartigen SO
x-Traps bzw. SO
x-Speicher-Katalysators begrenzt, so daß für einen Dauerbetrieb eine Regeneration bzw.
Desulfatisierung des SO
x-Speicher-Katalysators durchgeführt werden muß. Eine derartige Desulfatisierung kann
mit Hilfe eines Abgases erreicht werden, das Reduktionsmittel (z.B. CO, H
2, HC) enthält und eine relativ hohe Temperatur aufweist. Unter diesen Bedingungen
werden die zuvor gespeicherten Schwefelmengen hauptsächlich als SO
2 und H
2S desorbiert und freigesetzt, wobei die SO
x-Speicherkapazität des SO
x-Speicher-Katalysators wieder hergestellt wird.
[0008] Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein Verfahren der eingangs
genannten Art dahingehend auszugestalten, daß die für die Desulfatisierung des SO
x-Speicher-Katalysators notwendige Abgaszusammensetzung und Abgastemperatur mit technisch
einfachen Maßnahmen bzw. Einrichtungen bereitgestellt werden kann.
[0009] Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches
1 gelöst.
[0010] Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, mit Hilfe der Motorsteuerung die
Abgaszusammensetzung dahingehend zu beeinflussen, daß diese eine reduzierende Atmosphäre
aufweisen, die im SO
x-Speicher-Katalysator eine Freisetzung der SO
x-Verbindungen bewirken kann. Die dazu außerdem erforderliche hohe Abgastemperatur
wird dabei auf einfache Weise mit Hilfe der vorgeschlagenen Zuführung von sekundärer
Luft in den Abgasstrang, nach dem Motor und vor dem SO
x-Speicher-Katalysator erreicht. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, daß das mit
Reduktionsmitteln angereicherte Abgas eine hohe chemische Energie enthält, die unter
Zufuhr von Sauerstoff mittels entsprechender chemischer Reaktionen in Wärmeenergie
umgesetzt werden kann. Der dazu benötigte Sauerstoff wird mit der Sekundärluft zur
Verfügung gestellt. Im SO
x-Speicher-Katalysator kann dann eine katalytische Verbrennung eines Teils der im Abgas
mitgeführten Reduktionsmittel mit dem Sauerstoff der Sekundärluft stattfinden, bei
der Wärmeenergie freigesetzt und vorzugsweise an das Oberflächenmaterial des SO
x-Speicher-Katalysators übertragen wird. Die für die Sulfatzersetzung notwendige hohe
Temperatur im SO
x-Speicher-Katalysator kann somit durch diese chemische Reaktion im SO
x-Speicher-Katalysator selbst erzeugt werden und erfordert daher keine zusätzliche
Energiequelle.
[0011] Eine Reduktionsmittel enthaltende Atmosphäre wird im Abgas auf einfache Weise dadurch
bereitgestellt, daß durch die Motorsteuerung von Mager-Betrieb auf Fett-Betrieb des
Verbrennungsmotors umgestellt wird.
[0012] Um eine optimale Desulfatisierung erzielen zu können wird im SO
x-Speicher-Katalysator vorzugsweise eine Temperatur von mehr als 550° C eingestellt.
[0013] Um eine derartige hohe Temperatur im SO
x-Speicher-Katalysator erzielen zu können und um eine für die Desulfatisierung des
SO
x-Speicher-Katalysators optimale Zusammensetzung der Abgase zu erreichen, wird das
Verbrennungs-Luftverhältnis der mit der Sekundärluft vermischten Abgase aus einem
Bereich von λ = 0,75 bis λ = 0,99 gewählt.
[0014] Die Einstellung dieser bevorzugten Werte für das Verbrennungs-Luftverhältnis der
mit Sekundärluft gemischten Abgase und für die im SO
x-Speicher-Katalysator herrschende Temperatur wird entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erzielt, daß während der Desulfatisierung
durch die Motorsteuerung die Menge der zugeführten Sekundärluft und/oder das Verbrennungsluftverhältnis
der vom Motor kommenden Abgase beeinflußt bzw. variiert wird. Die vorgeschlagenen
Maßnahmen ermöglichen auf einfache Weise eine Regelung bzw. Steuerung der Parameter,
die für den Ablauf der Desulfatisierung charakteristisch sind.
[0015] Bei einer Abgasreinigungseinrichtung, bei der im Abgasstrang vor dem NO
x-Speicher-Katalysator der SO
x-Speicher-Katalysator angeordnet ist, gelangen die bei der Desulfatisierung des SO
x-Speicher-Katalysators freigesetzten Schwefelverbindungen in den NO
x-Speicher-Katalysator und können dort Verbindungen mit dem NO
x-Speicher-Material eingehen und Sulfate bilden. Dies hat zur Folge, daß sich die NO
x-Speicher-Kapazität des NO
x-Speicher-Katalysators verringert.
[0016] Es stellt sich somit das Problem, die Desulfatisierung des SO
x-Speicher-Katalysators so durchzuführen, daß dabei die Speicherfähigkeit des NO
x-Speicher-Katalysators nicht beeinträchtigt wird. Dies wird dadurch ermöglicht, daß
im Abgasstrang ein den NO
x-Speicher-Katalysator umgehender Bypass vorgesehen ist, der während der Desulfatisierung
von der Motorsteuerung aktiviert ist. Mit Hilfe dieses Bypasses werden die mit Schwefelverbindungen
beladenen Abgase während der Desulfatisierung am NO
x-Speicher-Katalysator vorbeigeleitet, so daß es zu keiner Sulfatbildung im NO
x-Speicher-Katalysator kommen kann.
[0017] Bei einer anderen besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann die Adsorbtion von Schwefelverbindungen im NO
x-Speicher-Katalysator während der Desulfatisierung des SO
x-Speicher-Katalysators auch dadurch verhindert werden, daß nach dem Umschalten von
Mager-Betrieb auf Fett-Betrieb des Verbrennungsmotors zunächst eine Regeneration des
NO
x-Speicher-Katalysators durchgeführt wird, wobei die Motorsteuerung einen mit dem Regenerationsgrad
des NO
x-Speicher-Katalysators korrelierenden Parameter überwacht und erst bei Erreichen eines
vorbestimmten Schwellwertes für diesen Parameter die Zufuhr von Sekundärluft in den
Abgasstrang veranlaßt. Durch diese vorgelagerte Regenerations-Phase werden mit Hilfe
der während des Fett-Betriebes vom Motor emittierten Reduktionsmittel die in dem SO
x-Speicher-Katalysator und in dem NO
x-Speicher-Katalysator gespeicherten Sauerstoffmengen und Nitrate umgesetzt. Die beiden
Katalysatoren (SO
x- und NO
x-Speicher-Katalysator) werden dadurch in einen reduzierten Zustand versetzt, in dem
- außer den Sulfaten im SO
x-Speicher-Katalysator - näherungsweise keine sauerstoffhaltigen Atome oder Moleküle
in den Katalysatoren mehr vorhanden sind. Nach einer derartigen Regeneration, insbesondere
des NO
x-Speicher-Katalysators kann dann die eigentliche Desulfatisierung des SO
x-Speicher-Katalysators erfolgen, indem Sekundärluft zugeführt wird. Bei dieser unmittelbar
nachgeschalteten Desulfatisierung werden die während des Mager-Betriebes adsorbierten
und gespeicherten Schwefelverbindungen aus dem SO
x-Speicher-Katalysator desorbiert und freigesetzt. Die freigesetzten Schwefelverbindungen
können den reduzierten NO
x-Speicher-Katalysator durchströmen, ohne daß dabei eine Adsorption bzw. Speicherung
der Schwefelverbindungen stattfinden kann. Eine Schwefelvergiftung bzw. Sulfatisierung
des NO
x-Speicher-Katalysators kann somit während der Desulfatisierung des vorgeschalteten
SO
x-Speicher-Katalysators verhindert werden und zwar ausschließlich durch die Wahl eines
besonders geschickten Ablaufes der Steuerungs- bzw. Regelungsvorgänge. Eine nach diesem
Verfahren arbeitende Abgasreinigungseinrichtung verfügt über wenig bewegliche Bauteile,
ist dadurch robust, wenig störanfällig und preiswert.
[0018] Weitere wichtige Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnungen. Es zeigen, jeweils schematisch,
- Fig. 1
- eine Prinzipskizze eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasreinigungseinrichtung,
die einen einen NOx-Speicher-Katalysator umgehenden Bypass aufweist und mit zwei Schließorganen ausgestattet
ist,
- Fig. 2
- eine Prinzipskizze eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasreinigungseinrichtung wie
in Fig. 1, jedoch mit nur einem Schließorgan, und
- Fig. 3
- eine Prinzipskizze eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasreinigungseinrichtung wie
in den Fig. 1 und 2, jedoch ohne Bypass.
[0019] Entsprechend den Fig. 1 bis 3 wird einem Verbrennungsmotor 1, der sowohl ein Diesel-
als auch ein Otto-Motor sein kann, Luft über eine elektronisch oder elektrisch verstellbare
Drosselklappe 2 zugeführt. Die Drosselklappe 2 ist dabei mit einer elektronischen
Motorsteuerung 3 verbunden, die über einen Rechner, einen Speicher mit Daten und entsprechenden
Programmen verfügt.
[0020] Die bei der Verbrennung vom Motor 1 gebildeten Abgase treten in einen Abgasstrang
4 einer Abgasreinigungseinrichtung 5 des Motors 1 ein. Dabei ist an den Abgasstrang
4, im gezeigten Ausführungsbeispiel bereits im Austrittsbereich der Abgase aus dem
Verbrennungsmotor 1, eine Sekundärluftzuführung 6 angeschlossen, die mit einer von
der Motorsteuerung 3 gesteuerten Sekundärluftpumpe 7 Sekundärluft in den Abgasstrang
4 zur Vermischung mit den Abgasen einbringen kann.
[0021] Nach den Anschlußstellen der Sekundärluftzuführung 6 an den Abgasstrang 4 ist eine
λ-Sonde 8 im Abgasstrang 4 angeordnet, die mit der Motorsteuerung 3 verbunden ist.
Nach der λ-Sonde 8 ist im Abgasstrang 4 ein SO
x-Speicher-Katalysator 9 angeordnet, der vorzugsweise als SO
x-Trap ausgebildet ist.
[0022] Nach dem SO
x-Speicher-Katalysator 9 ist im Abgasstrang 4 ein mit der Motorsteuerung 3 verbundener
Temperatursensor 10 angeordnet. Dabei mißt der Temperatursensor 10 eine Temperatur,
die mit der im SO
x-Speicher-Katalysator 9 herrschenden Temperatur korreliert.
[0023] Bei der Ausführungsform entsprechend Fig. 1 zweigt sich der Abgasstrang 4 in seinem
weiteren Verlauf auf, wobei in einem ersten Teilstrang 4a ein NO
x-Speicher-Katalysator 11 angeordnet ist. Vor dem NO
x-Speicher-Katalysator 11 ist in diesem ersten Teilstrang 4a ein als Abgasklappe ausgebildetes
Schließorgan 12 angeordnet, das mit der Motorsteuerung 3 verbunden ist und durch diese
zwischen einer Durchlaßstellung und einer Sperrstellung verstellbar ist.
[0024] Ein nach der Abzweigung ausgebildeter zweiter Teilstrang 4b bildet einen den NO
x-Speicher-Katalysator 11 umgehenden Bypass 13. In diesem Bypass 13 ist ebenfalls ein
als Abgasklappe ausgebildetes Schließorgan 14 angeordnet, das auch mit der Motorsteuerung
3 verbunden und zwischen einer Durchlaßstellung und einer Sperrstellung verstellbar
ist.
[0025] Die Teilstränge 4a und 4b des Abgasstranges 4 sind nach dem NO
x-Speicher-Katalysator 11 wieder zu einem gemeinsamen Abgasstrang 4 zusammengeführt.
[0026] Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren arbeitet wie folgt:
[0027] Die Motorsteuerung 3 überwacht die Speicherkapazität des SO
x-Speicher-Katalysators 9 und stellt fest, wann eine Regeneration des SO
x-Speicher-Katalysators erforderlich ist. Um die aktuelle Speicherkapazität des SO
x-Speicher-Katalysators 9 feststellen zu können, kann vorgesehen sein, daß hier nicht
dargestellte Sensoren im SO
x-Speicher-Katalysator 9 oder im Abgasstrang 4 angeordnet sind, die z.B. einen Anstieg
des Gehalts an Schwefelverbindungen im Abgas oder einen anderen, mit der SO
x-Speicher-Kapazität korrelierenden Parameter detektieren. Ebenso ist es möglich, die
jeweils aktuelle Speicherkapazität des SO
x-Speicher-Katalysators 9 anhand von in einem entsprechenden Speicher abgelegten Kennfeldern
zu bestimmen, in denen beispielsweise die SO
x-Speicher-Kapazität in Abhängigkeit von der Betriebsdauer des Verbrennungsmotors 1
und des Schwefelgehaltes der vom Motor 1 kommenden Abgase abgelegt ist.
[0028] Nachdem die Motorsteuerung 3 ein Absinken der SO
x-Speicher-Kapazität auf bzw. unter einen vorbestimmten Schwellwert festgestellt hat,
beeinflußt sie das Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors 1 dahingehend, daß dieser
von einem Mager-Betrieb auf einen Fett-Betrieb umgestellt wird. Dabei kann vorgesehen
sein, daß eine sich ggf. bei der Umstellung zwischen den beiden Betriebsarten (mager
bzw. fett) auftretende Veränderung der Motorleistung, insbesondere des Motordrehmomentes,
z.B. durch eine entsprechende Veränderung der Stellung der Drosselklappe 2 ausgeglichen
wird, so daß der Fahrer den Wechsel zwischen den Betriebsarten nicht wahrnimmt.
[0029] Mit dem Wechsel auf fetten Motorbetrieb oder dazu zeitlich verzögert wird die Sekundärluftpumpe
7 aktiviert, so daß Sekundärluft in den Abgasstrang 4 eingeblasen wird. Dabei vermischt
sich das vom Motor 1 kommende Abgas mit der Sekundärluft. Aufgrund der im Fett-Betrieb
unterstöchiometrischen Verbrennung mit λ < 1 sind die vom Motor 1 kommenden Abgase
mit Reduktionsmitteln beladen. Durch die Zufuhr von Sekundärluft werden die Abgase
außerdem mit Sauerstoff angereichert.
[0030] Mit Hilfe der λ-Sonde 8 wird von der Motorsteuerung 3 der aktuelle λ-Wert vor dem
SO
x-Speicher-Katalysator 9, das heißt das Verbrennungsluftverhältnis der mit der Sekundärluft
vermischten Abgase, gemessen. Um einen vorbestimmten λ-Wert der Abgase einstellen
zu können, bei dem ein optimaler Ablauf der Desulfatisierung des SO
x-Speicher-Katalysators 9 gewährleisten werden kann, beeinflußt die Motorsteuerung
3 die Abgaszusammensetzung. Dazu werden erfindungsgemäß mehrere Möglichkeiten vorgeschlagen:
[0031] Entsprechend der ersten Möglichkeit zur Beeinflussung des λ-Wertes der dem SO
x-Speicher-Katalysator 9 zugeführten Abgase wird - bei einem konstant bleibenden Verbrennungs-Luftverhältnis
der vom fett betriebenen Motor 1 kommenden Abgase - die Menge an zugeführter Sekundärluft
über eine entsprechende Ansteuerung der Sekundärluftzuführung 6 bzw. deren Sekundärluftpumpe
7 variiert.
[0032] Entsprechend einer zweiten Möglichkeit zur Beeinflussung der Abgaszusammensetzung
vor deren Eintritt in den SO
x-Speicher-Katalysator 9 kann - bei einer konstant bleibenden Menge an zugeführter
Sekundärluft - über die Motorsteuerung 3 das Verbrennungsluftverhältnis der vom Motor
1 erzeugten Abgase variiert werden, in dem die Motorsteuerung 3 in den Betrieb des
Motors 1 eingreift.
[0033] Bei einer dritten Möglichkeit zur Beeinflussung des λ-Wertes der dem SO
x-Speicher-Katalysator 9 zugeführten Abgase werden die vorgenannten Möglichkeiten kombiniert,
das heißt sowohl das Verbrennungsluftverhältnis der vom Motor 1 erzeugten Abgase als
auch die Menge der zugeführten Sekundärluft werden durch die Motorsteuerung 3 in geeigneter
Weise beeinflußt.
[0034] Das für eine Desulfatisierung des SO
x-Speicher-Katalysators 9 angestrebte Verbrennungsluftverhältnis wird vorzugsweise
aus einem Bereich von λ = 0,75 bis λ = 0,99 gewählt.
[0035] Die in den SO
x-Speicher-Katalysator 9 eintretenden Abgase weisen einen hohen Gehalt an Reduktionsmitteln
(z.B. CO, H
2, HC) auf, außerdem sind diese Abgase nach der Sekundärluftzuführung 6 mit Sauerstoff
angereichert, so daß im SO
x-Speicher-Katalysator 9 eine katalytische Verbrennung stattfinden kann. Bei dieser
Reaktion wird die in den Reduktionsmittel gespeicherte chemische Energie durch Oxidation
in Wärmeenergie umgesetzt. Auf diese Weise wird der SO
x-Speicher-Katalysator 9 erwärmt und kann eine für die Desulfatisierung optimale Temperatur
erreichen.
[0036] Mit Hilfe des Temperatursensors 10 wird die Erwärmung des SO
x-Speicher-Katalysators 9 überwacht. Diese Erwärmung des SO
x-Speicher-Katalysators 9 kann durch eine Beeinflussung des Verbrennungsluftverhältnisses
der dem SO
x-Speicher-Katalysator 9 zugeführten Abgase reguliert werden. Die Motorsteuerung 3
regelt bzw. stellt im SO
x-Speicher-Katalysator 9 mit Hilfe des Temperatursensors 10 eine für die Desulfatisierung
optimale Temperatur ein, vorzugsweise mehr als 550° C. Außerdem ermöglicht der Temperatursensor
10 einen wirksamen Schutz vor Überhitzung des SO
x-Speicher-Katalysators 9 bzw. der anderen Bestandteile der Abgasreinigungseinrichtung
5.
[0037] Während der normalen Betriebsphasen des Verbrennungsmotors 1 bzw. dessen Abgasreinigungseinrichtung
5, in denen Schwefelverbindungen im SO
x-Speicher-Katalysator 9 adsorbiert und gespeichert werden, ist die Abgasklappe 14
des Bypasses 13 geschlossen, während die Abgasklappe 12 in dem den NO
x-Speicher-Katalysator 11 enthaltenden Teilstrang 4a des Abgasstranges 4 geöffnet ist.
Die von Schwefelverbindungen gereinigten Abgase durchströmen somit den NO
x-Speicher-Katalysator 11 und werden in diesem von Stickoxiden (NO
x) befreit.
[0038] Während der Desulfatisierung wird gleichzeitig mit der Aktivierung der Sekundärluftzuführung
6 oder dazu zeitlich verzögert die Abgasklappe 12 geschlossen und die Abgasklappe
14 geöffnet, so daß die Abgase unter Umgehung des NO
x-Speicher-Katalysators 11 ausschließlich den Bypass 13 durchströmen. Auf diese Weise
wird gewährleistet, daß die während der Desulfatisierung des SO
x-Speicher-Katalysators 9 freigesetzten Schwefelverbindungen von der Abgasströmung
nicht in den NO
x-Speicher-Katalysator 11 transportiert werden können. Somit kann wirksam eine Sulfatbildung
im NO
x-Speicher-Katalysator 11 und folglich dessen Vergiftung bzw. Kapazitätsverminderung
verhindert werden.
[0039] Zur Vermeidung einer Schwefelvergiftung des NO
x-Speicher-Katalysators 11 während der Desulfatisierung des SO
x-Speicher-Katalysators 9 ist im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 bei einem
anderen Aufbau der Abgasreinigungseinrichtung 5 entsprechend Fig. 2 nur ein als Abgasklappe
ausgebildetes Schließorgan 15 vorgesehen, das im Bypass 13 angeordnet und über eine
Verbindung mit der Motorsteuerung 3 durch diese zwischen einer Durchgangsstellung
und einer Sperrstellung verstellbar ist. Während des Normalbetriebes des Verbrennungsmotors
1 bzw. der Abgasreinigungsanlage 5 ist die Abgasklappe 15 in ihrer geschlossenen Stellung,
so daß die schwefelfreien Abgase den NO
x-Speicher-Katalysator 11 durchströmen müssen. Im Unterschied dazu ist die Abgasklappe
15 während der Regenerationsphase bzw. Desulfatisierung des SO
x-Speicher-Katalysators 9 auf Durchlaß geschaltet. Zwar sind bei dieser Ausführungsform
gemäß Fig. 2 bei geöffneter Abgasklappe 15 zwei Strömungswege, nämlich durch Teilstrang
4a und durch Teilstrang 4b, möglich, jedoch ist der Abgasstrang 4 in diesem Bereich
strömungstechnisch derart ausgebildet, daß bei geöffneter Abgasklappe 15 die Abgase
ausschließlich oder zumindest größtenteils durch den Bypass 13 strömen und keine schwefelhaltigen
Abgase oder nur vernachläßigbar geringe Anteile den NO
x- Speicher-Katalysator 11 durchströmen. Dies wird beispielsweise durch eine Erhöhung
des Strömungswiderstandes im Teilstrang 4a, z.B. durch eine Drosselstelle realisiert.
Die Abgasreinigungseinrichtung 5 entsprechend Fig. 2 ist aufgrund ihrer Ausführung
mit nur einer Abgasklappe 15 preiswerter und weniger störanfällig als die Ausführungsform
entsprechend Fig. 1.
[0040] Entsprechend Fig. 3 wird bei einer anderen Variante ein Schutz des NO
x-Speicher-Katalysators 11 vor einer Schwefelvergiftung während der Desulfatisierung
auch ohne Bypass erreicht. Dies wird dadurch ermöglicht, daß bei einer derartigen
Abgasreinigungseinrichtung 5 vor der eigentlichen Desulfatisierung des SO
x-Speicher-Katalysators 9 von der Motorsteuerung 3 eine Regeneration des NO
x-Speicher-Katalysators 11 durchgeführt wird.
[0041] Der gesamte Desulfatisierungsvorgang läuft bei einer Anordnung entsprechend Fig.
3 wie folgt ab:
[0042] Nachdem die Motorsteuerung 3 ein Absinken der SO
x-Speicher-Kapazität des SO
x-Speicher-Katalysators 9 auf oder unter einen vorbestimmten Schwellwert festgestellt
hat, veranlaßt sie - wie bei den Ausgestaltungen gemäß den Fig. 1 und 2 - einen Wechsel
von Mager-Betrieb auf Fett-Betrieb des Verbrennungsmotors 1, jedoch in diesem Fall
ohne die Sekundärluftzuführung 6 zu aktivieren. Der Verbrennungsmotor 1 erzeugt dann
Abgase mit einem relativ hohen Reduktionsmittelgehalt, die im NO
x-Speicher-Katalysator 11 eine Reduktionsreaktion auslösen, bei der die im NO
x-Speicher-Katalysator 11 adsorbierten Stickoxide reduziert und in Form unbedenklicher
Verbindungen wie N
2, CO
2, H
2O freigesetzt werden. Der NO
x-Speicher-Katalysator 11 wird durch seine Regeneration in einen reduzierten Zustand
überführt, bei dem keine sauerstoffhaltigen Spezies mehr im NO
x-Speicher-Katalysator 11 vorhanden sind.
[0043] Während dieser Regeneration des NO
x-Speicher-Katalysators 11 wird auch der SO
x-Speicher-Katalysator 9 von den reduzierend wirkenden Abgasen des fett betriebenen
Verbrennungsmotors 1 durchströmt, so daß auch im SO
x-Speicher-Katalysator 9 eine Reduktion stattfinden kann, bei der außer den Schwefeloxidverbindungen
(SO
x) sauerstoffhaltige Verbindungen freigesetzt werden.
[0044] Das Ende des Regenerationsvorganges für den NO
x-Speicher-Katalysator 11 wird von der Motorsteuerung 3 festgestellt. Beispielsweise
erfolgt der Regenerationsprozeß anhand von in Kennfeldern abgespeicherten Parametern
oder mit Hilfe eines im Abgasstrang 4 nach dem NO
x-Speicher-Katalysator 11 angeordneten zusätzlichen Sensors 16. Dieser Sensor 16 ist
mit der Motorsteuerung 3 verbunden und kann entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform
als λ-Sonde ausgebildet sein. Das Ende der Regenerationsphase kann vom Sensor 16 beispielsweise
dadurch detektiert werden, daß die im Abgas enthaltenen Reduktionsmittel in zunehmenden
Maße den NO
x-Speicher-Katalysator 11 unverändert durchstromen.
[0045] Nach Abschluß der Regenerationsphase des NO
x-Speicher-Katalysators 11 beginnt die eigentliche Desulfatisierung des SO
x-Speicher-Katalysators 9, in dem mit Hilfe der Sekundärluftzuführung 6 Sekundärluft
in die vom Motor 1 kommenden Abgase eingeleitet wird. Mit Hilfe des Verbrennungsluftverhältnisses
vor dem SO
x-Speicher-Katalysator 9 werden die optimalen Bedingungen für die Desulfatisierung
durch die Motorsteuerung 3 eingestellt bzw. eingeregelt. Dabei ist es durchaus möglich,
daß für die Regeneration des NO
x-Speicher-Katalysators 11 ein Fett-Betrieb mit einem anderem λ-Wert als für die Desulfatisierung
des SO
x-Speicher-Katalysators 9 eingestellt wird.
[0046] Die während der Desulfatisierung freigesetzten Schwefelverbindungen werden von der
Abgasströmung dem NO
x-Speicher-Katalysator 11 zugeleitet. Da dieser sich jedoch in einem reduzierten Zustand
befindet, können die im Abgas enthaltenen Schwefelverbindungen von dessen Adsorbermaterial
nicht adsorbiert und gespeichert werden, so daß die Schwefelverbindungen den NO
x-Speicher-Katalysator 11 unverändert durchströmen. Mit Hilfe dieses erfindungsgemäß
vorgeschlagenen geschickten Regelungsvorganges kann somit effektiv eine Sulfatisierung
bzw. Schwefelvergiftung des NO
x-Speicher-Katalysators 11 während der Desulfatisierung des vorgeschalteten SO
x-Speicher-Katalysators 9 vermieden werden.
[0047] Eine Abgasreinigungseinrichtung 5 entsprechend Fig. 3 weist im Vergleich zu den vorgehend
beschriebenen Ausführungsformen entsprechend den Fig. 1 und 2 keine Abgasklappen auf,
so daß der Gesamtaufbau der Abgasreinigrnngseinrichtung 5 erheblich robuster und weniger
störanfällig, somit wartungsfreundlich und insgesamt preiswert ist.
[0048] Das Ende der Desulfatisierung des SO
x-Speicher-Katalysators 9 wird bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen von der Motorsteuerung
3 beispielsweise anhand von in Kennfeldern abgelegten Parametern ermittelt. Zusätzlich
oder alternativ kann entsprechend Fig. 3 zwischen dem SO
x-Speicher-Katalysator 9 und dem NO
x-Speicher-Katalysator 11 im Abgasstrang 4, insbesondere bei den Beispielen gemäß den
Fig. 1 und 2 vor dem Bypass 13, ein weiterer Sensor 17 angeordnet sein, der mit der
Motorsteuerung 3 verbunden ist. Dieser Sensor 17 kann beispielsweise eine Abnahme
freigesetzter Schwefelverbindungen in den Abgasen detektieren oder entsprechend einer
anderen Ausführungsform als λ-Sonde ausgebildet sein und das Verbrennungsluftverhältnis
der Abgase nach dem SO
x-Speicher-Katalysator 9 überwachen.
1. Verfahren zum Reinigen von Abgasen eines Verbrennungsmotors mit einer Motorsteuerung,
die einen Wechsel zwischen einem Mager-Betrieb und einem Fett-Betrieb des Verbrennungsmotors
ermöglicht, und mit einer Abgasreinigungseinrichtung, bei der im Abgasstrang nach
dem Motor nacheinander eine λ-Sonde, ein SO
x-Speicher-Katalysator und ein NO
x-Speicher-Katalysator angeordnet sind,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
A mit Hilfe einer mit der Motorsteuerung (3) verbundenen Sensorik wird ein mit der
aktuellen SOx-Speicher-Kapazität des SOx-Speicher-Katalysators (9) korrelierender Parameter generiert,
B wenn die Motorsteuerung (3) eine Abnahme der SOx-Speicher-Kapazität unter einen voreingestellten Parameter-Wert feststellt, startet
diese die Desulfatisierung des SOx-Speicher-Katalysators, in dem sie einen Wechsel von Mager-Betrieb auf Fett-Betrieb
des Verbrennungsmotors veranlaßt,
C mit Hilfe einer steuerbaren Sekundärluftzuführung wird nach dem Motor (1) und vor
der λ-Sonde (8) Sekundärluft in den Abgasstrang (4) eingebracht,
D das aktuelle Verbrennungsluftverhältnis der mit Sekundärluft gemischten Abgase wird
von der λ-Sonde (8) detektiert und durch die Motorsteuerung (3) auf einen vorbestimmten
Wert eingestellt,
E mit Hilfe eines Temperatursensors (10) wird ein mit der im SOx-Speicher-Katalysator (9) herrschenden Temperatur korrelierender Signalwert generiert,
wobei durch die Motorsteuerung (3) die im SOx-Speicher-Katalysator (9) herrschende Temperatur zur Erzielung eines vorbestimmten
Signalwertes eingestellt wird,
F beim Erreichen eines vorbestimmten Schwellwertes für den mit der SOx-Speicher-Kapazität des SOx-Speicher-Katalysators (9) korrelierenden Parameter beendet die Motorsteuerung (3)
die Desulfatisierung, in dem sie einen Wechsel von Fett-Betrieb auf Mager-Betrieb
des Verbrennungsmotors (1) veranlaßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß während der Desulfatisierung, zum Einstellen der vorbestimmten Werte für das Verbrennungs-Luftverhältnis
der mit Sekundärluft gemischten Abgase und für die im SOx-Speicher-Katalysator (9) herrschende Temperatur die Motorsteuerung (3) die Menge
der zugeführten Sekundärluft und/oder das Verbrennungsluftverhältnis der vom Motor
(1) kommenden Abgase variiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Abgasstrang (4) ein den NOx-Speicher-Katalysator (11) umgehender Bypass (13) vorgesehen ist, der während der
Desulfatisierung durch die Motorsteuerung (3) aktiviert ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß Mittel (12, 14) zum Leiten der Abgasströmung vorgesehen sind, die während aktivierter
Desulfatisierung die Abgase durch den Bypass (13) leiten und den Zustrom zum NOx-Speicher-Katalysator (11) sperren und während deaktivierter Desulfatisierung die
Abgase durch den NOx-Speicher-Katalysator (11) leiten und eine Durchströmung des Bypasses (13) sperren.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Mittel zum Leiten der Abgasströmung eine Weiche vorgesehen ist, die in einer
Gabelung des Abgasstranges (4) in den NOx-Speicher-Katalysator (11) und in den Bypass (13) angeordnet ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Mittel zum Leiten der Abgasströmung in der Zuströmung zum NOx-Speicher-Katalysator (11) ein erstes Schließorgan (12) und im Bypass (13) ein zweites
Schließorgan (14) vorgesehen ist, wobei die Schließorgane (12, 14) wechselseitig auf
Durchlaß und Sperren geschaltet sind.
7. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Schließorgan (15) im Bypass (13) angeordnet ist und die Anordnung aus Bypass
(13) und NOx-Speicher-Katalysator (11) im Abgasstrang (4) strömungstechnisch dahingehend ausgebildet
ist, daß bei auf Durchlaß geschaltetem Schließorgan (15) die Abgase ausschließlich
oder im wesentlichen nur den Bypass (13) durchströmen.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach der Durchführung des Schrittes B eine Regeneration des NOx-Speicher-Katalysators (11) durchgeführt wird, wobei die Motorsteuerung (3) einen
mit dem Regenerationsgrad des NOx-Speicher-Katalysators (11) korrelierenden Parameter überwacht und erst bei Erreichen
eines vorbestimmten Schwellwertes für diesen Parameter die Durchführung des Schrittes
C veranlaßt.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Detektion des mit dem Regenerationsgrad des NOx-Speicher-Katalysators (11) korrelierenden Parameters ein Sensor (16), insbesondere
eine λ-Sonde, vorgesehen ist, der nach dem NOx-Speicher-Katalysator (11) im Abgasstrang (4) angeordnet ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mit der SOx-Speicher-Kapazität des SOx-Speicher-Katalysators (9) korrelierende Parameter in Abhängigkeit von der Betriebsdauer
des Verbrennungsmotors (1) und von der Zusammensetzung der vom Motor (1) kommenden
Abgase kennfeldmäßig ermittelt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Detektion des mit der SOx-Speicher-Kapazität des SOx-Speicher-Katalysators (9) korrelierenden Parameters ein Sensor (17), insbesondere
eine λ-Sonde, zwischen SOx-Speicher-Katalysator (9) und NOx-Speicher-Katalysator (11) im Abgasstrang (4) angeordnet ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der für die Desulfatisierung vorbestimmte Wert des Verbrennungs-Luftverhältnisses
der mit Sekundärluft vermischten Abgase aus einem Bereich von λ = 0,75 bis λ = 0,99
gewählt ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der für die Desulfatisierung vorbestimmte Wert der im SOx-Speicher-Katalysator (9) herrschenden Temperatur einer Temperatur von mehr als 550°
C entspricht.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß beim Wechsel zwischen Mager-Betrieb und Fett-Betrieb des Verbrennungsmotors (1)
die Motorsteuerung (3) mit Hilfe einer steuerbaren Drosselklappe (2) eine Luftzufuhr
zum Verbrennungsmotor (1) in Richtung auf die Erzeugung eines konstanten Motor-Drehmomentes
oder einer konstanten Motorleistung variiert.
15. Einrichtung zum Reinigen von Abgasen eines Verbrennungsmotors (1), bei der nach dem
Motor (1) in einem Abgasstrang (4) nacheinander eine Sekundärluftzuführung (6), eine
λ-Sonde (8), ein SOx-Speicher-Katalysator (9), ein Temperatursensor (10) und ein NOx-Speicher-Katalysator (11) angeordnet sind.
16. Einrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Umgehung des NOx-Speicher-Katalysator (11) ein Bypass (13) im Abgasstrang (4) vorgesehen ist.
17. Einrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Abgasstrang (4) Mittel (12, 14) zum Leiten der Abgasströmung vorgesehen sind,
mit denen die Abgasströmung im wesentlichen entweder durch den NOx-Speicher-Katalysator (11) oder durch den Bypass (13) geleitet wird.