DE10054005A1 - Verfahren zum Betrieb einer Abgasreinigungsanlage mit Stickoxidspeicher - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Abgasreinigungsanlage mit Stickoxidspeicher zur Reinigung eines stickoxidhaltigen, schwefelverunreinigten Abgases einer Verbrennungseinrichtung, bei dem von Zeit zu Zeit Desulfatisierungsphasen zur Freisetzung von im Stickoxidspeicher eingelagertem Schwefel durchgeführt werden. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind zwei Desulfatisierungsmodi vorgesehen, und zwar ein Hauptdesulfatisierungsmodus zur im wesentlichen vollständigen Desulfatisierung des Stickoxidspeichers und ein Teildesulfatisierungsmodus zur partiellen Desulfatisierung desselben, wobei für die Teildesulfatisierungen eine niedrigere Stickoxidspeicher-Mindesttemperatur und eine kürzere Desulfatisierungs-Zieldauer als für die Hauptdesulfatisierungen vorgegeben werden. DOLLAR A Verwendung z. B. für Abgasreinigungsanlagen von vorwiegend mager betriebenen Ottomotoren von Kraftfahrzeugen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Abgasreinigungsanlage mit Stickoxidspeicher zur Reinigung eines stickoxidhaltigen, schwefelverunreinigten Abgases einer Ver­ brennungseinrichtung, insbesondere eines vorwiegend mager be­ triebenen Otto- oder Dieselmotors eines Kraftfahrzeugs, wobei verfahrensgemäß von Zeit zu Zeit Desulfatisierungsphasen zur Freisetzung von im Stickoxidspeicher eingelagertem Schwefel durchgeführt werden.

Aus Kraftstoffverbrauchsgründen ist es bekanntermaßen wün­ schenswert, eine Verbrennungseinrichtung, wie einen Otto- oder Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs, vorwiegend im Magerbetrieb, d. h. mit Luftüberschuss im verbrannten Luft/Kraftstoff-Gemisch zu betreiben. Der Magerbetrieb kann jedoch bei Ottomotoren nur im Bereich niedriger und mittlerer Motorlast eingesetzt werden. Bei hoher Motorlast muß zu mindestens stöchiometrischem Betrieb gewechselt werden, um das gewünschte Drehmoment bereitzustel­ len. Als Umschaltschwelle kann bei Verwendung einer drehmoment­ basierten Motorsteuerung ein zugehöriger Schwellwert für das sogenannte indizierte Motordrehmoment dienen, bei der es sich um eine in der Motorsteuerung gebildete Rechengröße handelt, die anhand eines Drehmomentmodells aus der Luft- und Kraft­ stoffmasse im jeweiligen Motorzylinder sowie anwendungsfallab­ hängig aus weiteren Größen bestimmt wird. Das indizierte Mo­ tordrehmoment unterscheidet sich effektiv von dem z. B. an einer Schwungscheibe des Motors zur Verfügung stehenden Motordrehmo­ ment dadurch, dass Reibungsverluste nicht berücksichtigt sind.

Bei Magerbetrieb ist ein konventioneller Dreiwegekatalysator nicht zur effektiven Stickoxidreduktion geeignet. Daher werden in Abgasreinigungsanlagen für vorwiegend mager betriebene Ver­ brennungsmotoren bevorzugt Stickoxidspeicher, auch Stickoxid- Speicherkatalysatoren genannt, eingesetzt, die im Magerbetrieb der Verbrennungseinrichtung emittierte Stickoxide meist durch Adsorption in Nitratform zwischenspeichern. Von Zeit zu Zeit werden kurzzeitige Desorptions- oder Regenerationsphasen mit fettem Betrieb der Verbrennungseinrichtung durchgeführt, um die in Nitratform zwischengespeicherten Stickoxide aus dem Stickoxidspeicher zu desorbieren und mit den vorhandenen Reduk­ tionsmitteln, wie unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlen­ monoxid, umzusetzen. Hierfür geeignete Vorgehensweisen sind verschiedentlich bekannt, siehe z. B. EP-A-0 585 900 und EP-A-0 598 916. Wesentliche Parameter bei der Stickoxidregeneration des Stickoxidspeichers sind die Desorptionsdauer und das Abgas­ luftverhältnis während der Desorption. Spezielle Strategien für die Wahl dieser Desorptionsparameter sind z. B. in EP-A-0 636 770, EP-A-0 733 786 und der älteren deutschen Patentanmeldung 199 15 793.6 beschrieben.

Die Notwendigkeit einer Stickoxiddesorption kann beispielsweise über einen NO_x-Sensor stromabwärts des Stickoxidspeichers oder über ein mathematisches Modell des Stickoxidspeichers detek­ tiert werden, das unter anderem die seit der letzten Desorption zugeführte Stickoxidmenge berücksichtigt, siehe EP-A-0 598 917, EP-A-0 867 604 und DE 196 35 977. Es ist auch bekannt, eine Stickoxiddesorption vor dem Wechsel von Magerbetrieb zu stöchio­ metrischem Betrieb vorzunehmen, um eine ansonsten drohende, un­ kontrollierte Freisetzung gespeicherter Stickoxide zu vermei­ den, siehe DE 197 41 079.

Eine effektive NO_x-Speicherfähigkeit besitzen die Stickoxid­ speicher in einem gewissen Temperaturfenster von typischerweise zwischen etwa 200°C und etwa 500°C. Wenn abhängig vom Betriebs­ zustand der Verbrennungseinrichtung aufgrund von erhöhten Abga­ stemperaturen höhere Temperaturen erreicht werden, sollte wegen der dann verschlechterten Speichereffektivität des Stickoxid­ speichers zu stöchiometrischem Betrieb gewechselt werden, was allerdings zu einem gegenüber Magerbetrieb erhöhten Kraftstoff­ verbrauch führt. Temperaturen über ca. 800°C können zu irre­ versiblen Schädigungen des Stickoxidspeichers führen und soll­ ten daher durch geeignete Maßnahmen vermieden werden.

Stickoxidspeicher werden bekanntlich durch im Abgas enthaltenen Schwefel, der meist aus der Verwendung schwefelhaltiger Kraft­ stoffe stammt, im Sinne einer reduzierten Stickoxidspeicherfä­ higkeit geschädigt, indem es im Magerbetrieb neben der Nitra­ teinlagerung zur Einlagerung von Schwefel speziell in Sulfat­ form kommt. Die eingelagerten Sulfate werden unter den Bedin­ gungen üblicher Stickoxid-Desorptionsphasen nicht freigesetzt bzw. zersetzt, so dass sie zunehmend die Stickoxidspeicherfä­ higkeit des Stickoxidspeichers herabsetzen.

Als Abhilfe werden von Zeit zu Zeit Desulfatisierungsphasen durchgeführt, in welchen der Stickoxidspeicher geeigneten Desulfatisierungsbedingungen unterworfen wird, durch die einge­ lagerter Schwefel wieder freigesetzt werden kann. Diese Desul­ fatisierungsbedingungen beinhalten typischerweise die Einstel­ lung einer fetten Abgaszusammensetzung und einer erhöhten Stickoxidspeichertemperatur von über 600°C, bevorzugt über 650°C, für eine ausreichende Desulfatisierungsdauer, die länger als typische Stickoxiddesorptionsdauern ist, siehe z. B. EP-A-0 869 263, EP-A-0 899 430, DE 197 31 624 A1 und DE 197 47 222 C1. Der Desulfatisierungsvorgang ist wegen des erforderlichen fet­ ten Luftverhältnisses und eventuell notwendiger Maßnahmen zur Aufheizung des Stickoxidspeichers mit einem entsprechenden Kraftstoffmehrverbrauch begleitet. Zudem ist während der Ein­ stellung des fetten Luftverhältnisses die Wirkung eines häufig in der Abgasreinigungsanlage verwendeten Dreiwegekatalysators, der hierbei bei Bedarf gleichzeitig als Stickoxidspeicher fun­ gieren kann, eingeschränkt, da dessen optimaler Arbeitspunkt bei stöchiometrischem Luftverhältnis liegt. Außerdem dauert nach einer Desulfatisierung mit Stickoxidspeicheraufheizung dessen Abkühlung bei Wechsel zu einem Betriebszustand mit nied­ rigerer Motorlast länger, so dass erst später wieder auf kraft­ stoffsparenden Magerbetrieb gewechselt werden kann.

Da die Stickoxidspeichertemperatur ein wesentlicher Parameter für die Desulfatisierungsvorgänge ist, sollte sie möglichst ge­ nau erfasst werden. Dies kann sensorisch oder anhand eines ma­ thematischen Modells erfolgen, wobei es sich bei letzterem um ein mittels eines Temperatursensors adaptierbares Modell han­ deln kann, wie in der DE 197 52 271 A1 beschrieben.

Bei der Desulfatisierung besteht die Gefahr einer merklichen Emission von Schwefelverbindungen, insbesondere SO₂ und H₂S. Ein Desulfatisierungsverfahren, bei dem die Bildung und Emissi­ on unerwünschter Mengen an H₂S vermieden wird, ist in der älte­ ren deutschen Patentanmeldung 199 20 515.9 beschrieben. Im üb­ rigen ist es aus der Literatur bekannt, dass bei einer Desulfa­ tisierung mit nur schwach fettem Gemisch, z. B. mit λ = 0,99, we­ niger Schwefelwasserstoff gebildet wird als bei Einstellung ei­ nes kleineren Luftverhältnisses von z. B. λ = 0,9. Daher ist grundsätzlich die Einstellung von Luftverhältnissen geringfügig unter dem stöchiometrischen Wert λ = 1 für die Desulfatisierungs­ phasen wünschenswert, wobei dadurch der weitere Vorteil erzielt wird, dass mit solchen Luftverhältnissen bei gleichen Zusatz­ heizmaßnahmen höhere Stickoxidspeichertemperaturen erreicht werden als mit kleineren Luftverhältnissen und die nur sehr schwache Anfettung zu einem praktisch vernachlässigbaren Kraft­ stoffmehrverbrauch und einer nur geringen Verschlechterung der Wirkung eines eventuell vorhandenen Dreiwegekatalysators führt.

In Vollast-Betriebszuständen der Verbrennungseinrichtung wird insbesondere im Fall eines Verbrennungsmotors zwecks Erhöhung des Motordrehmoments üblicherweise ein deutlich fettes Luftver­ hältnis von z. B. λ = 0,9 eingestellt. In diesem Fall besteht bei einem Desulfatisierungsvorgang mit entsprechend hoher Tempera­ tur des Stickoxidspeichers die Gefahr merklicher H₂S-Emissio­ nen, von denen zu beobachten ist, dass sie merklich größer sind, wenn bereits relativ viel Schwefel im Stickoxidspeicher vorliegt.

Zur Erkennung der Notwendigkeit einer jeweiligen Desulfatisie­ rung sind Methoden zur Diagnose bzw. Überwachung der NO_x-Spei­ cherfähigkeit des Stickoxidspeichers auf der Basis einer Erfas­ sung der einspeicherbaren Stickoxidmasse oder der zur Stick­ oxiddesorption erforderlichen Reduktionsmittelmasse z. B. in EP- A-0 733 787 und DE 197 44 579 beschrieben. Weitere Diagnosever­ fahren beruhen auf einer Abschätzung der eingespeicherten Schwefelmenge, siehe z. B. die bereits erwähnte EP-A-0 869 263 sowie die EP-A-0 858 837 und die DE 195 22 165 C2.

Im normalen, regulären Betrieb der Verbrennungseinrichtung ist es vorteilhaft, die Stickoxidspeichertemperatur möglichst nied­ rig zu halten, um Magerbetrieb mit ausreichender Effektivität des Stickoxidspeichers zu ermöglichen, während es für eine Desulfatisierung wünschenswert ist, eine starke Abkühlung des Abgases zu vermeiden, um die nötige, erhöhte Stickoxidspeicher­ temperatur leichter zu erreichen. Diese Anforderungen können mit einer Abgasreinigungsanlage mit schaltbarer Abgaskühlung erfüllt werden, z. B. mit Zweiwege-Abgasreinigungsanlagen mit einer Abgasklappe, durch die zwischen unterschiedlich langen Abgasleitungszweigen stromaufwärts des Stickoxidspeichers umge­ schaltet werden kann, siehe die schon erwähnte DE 195 22 165 C2 und die EP-A-0 856 645. Andere Konzepte zur Anpassung der Abga­ stemperatur verwenden einen zuschaltbaren Wärmeübertrager, sie­ he z. B. die EP-A-0 905 355 und die DE 196 53 958 A1, oder Mit­ tel zur Variation der Fahrtwindanströmung an die Abgasreini­ gungsanlage. Alternativ kann eine auf starke Abgasabkühlung optimierte Abgasreinigungsanlage in Verbindung mit einer z. B. elektrisch arbeitenden Abgasheizvorrichtung verwendet werden.

Im Anwendungsfall von Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren ist ei­ ne Deaktivierung der Abgaskühlung zum Erreichen ausreichend ho­ her Desulfatisierungstemperaturen unter anderem in Situationen zweckmäßig, in denen das Fahrzeug häufig mit hoher Motorlast bewegt wird, z. B. bei Autobahnfahrten und auf Steigungsstrec­ ken. Je nach Einsatz des Fahrzeugs können zusätzliche verbren­ nungseinrichtungsgesteuerte, d. h. in diesem Fall motorische Heizmaßnahmen erforderlich sein, z. B. wenn das Fahrzeug über­ wiegend im Stadtverkehr bewegt wird. Solche motorischen Zusatz­ heizmaßnahmen, wie sie z. B. in der erwähnten DE 195 22 165 C2 und der US 5.758.493 beschrieben werden, beinhalten eine Spät­ verstellung des Zündzeitpunktes, einen Motorbetrieb mit zylin­ derindividuell unterschiedlichen Luftverhältnissen oder einen Fettbetrieb in Verbindung mit einer Sekundärlufteinblasung in den Abgastrakt stromaufwärts des Stickoxidspeichers. Da sie ge­ nerell zu einem Anstieg des Kraftstoffverbrauchs führen, soll­ ten sie nur im zwingend notwendigen Mindestmaß eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens zum Betrieb einer Abgasreinigungsanlage der eingangs genannten Art zugrunde, mit dem die nachteiligen Ein­ flüsse von Schwefeleinlagerungen in den Stickoxidspeicher mit relativ geringem Aufwand und möglichst geringer Beeinflussung des normalen Betriebs der abgasemittierenden Verbrennungsein­ richtung minimal gehalten werden können.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung ei­ nes Betriebsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die­ ses Betriebsverfahren beinhaltet charakteristischerweise zwei verschiedene Desulfatisierungs-Betriebsarten, nämlich einen Hauptdesulfatisierungsmodus und einen Teildesulfatisierungsmo­ dus. Für den Hauptdesulfatisierungsmodus sind die Desulfatisie­ rungsparameter so gewählt, dass eine im wesentlichen vollstän­ dige Desulfatisierung des Stickoxidspeichers erreicht wird. Hingegen sind die Desulfatisierungsparameter für den Teildesul­ fatisierungsmodus so gewählt, dass sie häufiger durchgeführt werden können, dabei aber den normalen Betrieb der Verbren­ nungseinrichtung weniger beeinflussen als die Hauptdesulfati­ sierungen. Speziell erfordern die Teildesulfatisierungen nur eine geringere Stickoxidspeichertemperatur und eine kürzere Desulfatisierungsdauer. Die Teildesulfatisierungen ermöglichen jeweils eine partielle Desulfatisierung des Stickoxidspeichers, wodurch sich insgesamt über relativ lange Zeitdauern hinweg ein relativ niedriges Niveau an in den Stickoxidspeicher eingela­ gertem Schwefel aufrechterhalten lässt, ohne dass dazu Haupt­ desulfatisierungen in vergleichsweise kurzen Zeitabständen durchgeführt werden müssen. Das zusätzliche, gezielte Durchfüh­ ren von Teildesulfatisierungen neben den in größeren Zeitab­ ständen durchzuführenden Hauptdesulfatisierungen hat den beson­ deren Vorteil, dass weniger aufwendige und kraftstoffverbrau­ chende Zusatzheizmaßnahmen zur wenigstens partiellen Desulfati­ sierung des Stickoxidspeichers ausreichen, um über längere Zeitdauer hinweg die in den Stickoxidspeicher eingelagerte Schwefelmenge relativ niedrig zu halten, was hohe H₂S- Emissionen besonders zu Beginn von Desulfatisierungsvorgängen und bei Volllast der Verbrennungseinrichtung vermeidet. Des weiteren ermöglicht die Verwendung der beiden unterschiedlichen Desulfatisierungsmodi einen optimierten Einsatz von verbren­ nungseinrichtungsgesteuerten Zusatzheizmaßnahmen und eine opti­ mierte Nutzung von Betriebszuständen der Verbrennungseinrich­ tung mit hohen Abgastemperaturen zur wenigstens partiellen Desulfatisierung des Stickoxidspeichers mit minimalem Kraft­ stoffmehrverbrauch.

Bevorzugte Stickoxidspeicher-Mindesttemperaturen für die Haupt- und Teildesulfatisierungen sind im Anspruch 2 angegeben.

Bei einem nach Anspruch 3 weitergebildeten Verfahren ist ein jeweiliger Prozessdauerzähler für die Haupt- und/oder die Teil­ desulfatisierungsphasen vorgesehen, mit dem auch im Fall zeit­ weiser Unterbrechungen eines Desulfatisierungsvorgangs die Net­ to-Zeitdauer selbsttätig erfasst wird, während der die zugehö­ rigen Desulfatisierungsbedingungen tatsächlich vorgelegen haben und damit die betreffende Desulfatisierung aktiv war.

Ein nach Anspruch 4 weitergebildetes Verfahren beinhaltet ein geeignetes Kriterium zur Erkennung der Notwendigkeit für die Durchführung einer Hauptdesulfatisierungsphase auf der Basis einer Überwachung des Stickoxidspeichervermögens des Stickoxid­ speichers und der ihm seit der letzten Hauptdesulfatisierung zugeführten Schwefelmenge. Gegebenenfalls zwischenzeitlich durchgeführte Teildesulfatisierungen haben daher keinen Ein­ fluss auf die Bestimmung des Zeitpunktes für eine nächste Hauptdesulfatisierung.

In weiteren Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind gemäß den Ansprüchen 5 und 6 geeignete Kriterien für die Notwendigkeit einer Teildesulfatisierung vorgesehen. Wenn Mittel zur kontinu­ ierlichen, quantitativen Überwachung der dem Stickoxidspeicher zugeführten Schwefelmenge vorhanden sind, kann eine Teildesul­ fatisierung dann für notwendig erachtet werden, wenn die zuge­ führte Schwefelmenge einen vorgebbaren Teildesulfatisierungs- Schwellwert überschreitet, der niedriger als ein entsprechender Hauptdesulfatisierungs-Schwellwert ist, welcher die Notwendig­ keit einer Hauptdesulfatisierung indiziert. Bei fehlender quan­ titativer Schwefelmengenüberwachung kann eine vorgebbare Anzahl von Teildesulfatisierungen in gleichmäßigen Zeitabständen zwi­ schen je zwei Hauptdesulfatisierungen vorgesehen sein, wobei die Zeitpunkte für die Hauptdesulfatisierungen aus der Diagnose des Stickoxidspeichervermögens des Stickoxidspeichers bestimmt werden können.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruchs 7 ist vor­ gesehen, im Fall einer als notwendig erkannten, eine Zusatz­ heizmaßnahme benötigenden Haupt- oder Teildesulfatisierung die Zusatzheizmaßnahme und damit den anschließenden Desulfatisie­ rungsvorgang nur zu aktivieren, wenn der Stickoxidspeicher durch den normalen Betrieb der Verbrennungseinrichtung eine ge­ wisse Aufheizstart-Mindesttemperatur überschritten hat. Dies vermeidet die Aktivierung von Desulfatisierungsvorgängen zu un­ günstigen, einen hohen Zusatzheizaufwand bedingenden Zeitpunk­ ten. In weiterer Ausgestaltung dieser Maßnahme wird gemäß An­ spruch 8 die Zusatzheizmaßnahme für den Fall abgebrochen, dass die Stickoxidspeichertemperatur unter eine Aufheizabbruchtemperatur absinkt, die kleiner als die Aufheizstart-Mindesttemperatur ist.

Bei einem nach Anspruch 9 weitergebildeten Verfahren wird von einer Teil- auf eine Hauptdesulfatisierung auch dann übergegan­ gen, wenn letztere an sich noch nicht notwendig ist, falls be­ dingt durch den Betriebszustand der Verbrennungseinrichtung und damit zunächst ohne Zusatzheizmaßnahmen die hierfür nötige Stickoxidspeichertemperatur erreicht wird und seit der letzten Hauptdesulfatisierung dem Stickoxidspeicher wenigstens schon eine gewisse Schwefelmenge zugeführt wurde Im Fall eines Abfal­ lens der Temperatur des Stickoxidspeichers unter die Mindest­ temperatur zur Hauptdesulfatisierung werden entsprechende Zu­ satzheizmaßnahmen durchgeführt.

In ähnlicher Weise wird bei einem nach Anspruch 10 weitergebil­ deten Verfahren eine Haupt- oder Teildesulfatisierung akti­ viert, auch wenn eine solche an sich noch nicht notwendig ist, um eine bedingt durch den Verbrennungseinrichtungbetrieb ohne­ hin hohe Abgastemperatur zu nutzen, und zwar je nach der dem Stickoxidspeicher seit einer letzten Hauptdesulfatisierung zu­ geführten Schwefelmenge zur Durchführung einer Haupt- oder ei­ ner Teildesulfatisierung. In diesem Fall wird jedoch auch bei Abfallen der Stickoxidspeichertemperatur vom Einsatz von Zu­ satzheizmaßnahmen abgesehen.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 11 ist zum Beenden einer Haupt- oder Teildesulfatisierung mit Zusatzheiz­ maßnahme vorgesehen, zunächst die Zusatzheizmaßnahme zu deakti­ vieren und danach die Haupt- oder Teildesulfatisierung zu dem Zeitpunkt zu deaktivieren, zu dem die Stickoxidspeichertempera­ tur unter eine vorgebbare Schwefelfreisetzungs-Mindesttempera­ tur abgesunken ist. Dadurch kann die in den Stickoxidspeicher eingebrachte Wärme möglichst lange zur Desulfatisierung genutzt werden.

Eine Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 12 vermeidet ei­ nen ungünstigen Magerbetrieb der Verbrennungseinrichtung nach Unterbrechung einer nur sehr kurzen Desulfatisierung bei höhe­ rer Schwefelbeladung des Stickoxidspeichers.

Eine Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 13 sieht im An­ wendungsfall eines Kraftfahrzeugmotors mit Schubabschaltung ei­ ne Unterdrückung derselben während einer Haupt- oder Teildesul­ fatisierung generell oder jedenfalls bei höheren Fahrzeugge­ schwindigkeiten vor, um eine Unterbrechung der Desulfatisierung durch die magere Abgaszusammensetzung während einer Schubab­ schaltung zu vermeiden.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 14 ist die Unterdrückung des Volllastbetriebs der Verbrennungseinrichtung zu Beginn einer Haupt- oder Teildesulfatisierung vorgesehen, wodurch auf eine entsprechend starke Anfettung des Luft/Kraft­ stoff-Gemischs verzichtet wird, was übermäßigen H₂S-Emissionen in diesem Zeitraum vorbeugt.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Die einzige Figur zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb einer Abgasreinigungsanlage mit Stickoxidspeicher zur Reinigung eines vorwiegend mager betriebenen Kraftfahrzeug- Ottomotors.

Nachfolgend werden zunächst die allgemeinen Maßnahmen, Eigen­ schaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens erläutert, für das sich je nach Anwendungsfall, Bedarf und zu­ grundeliegender Verbrennungseinrichtung eine Vielzahl möglicher Realisierungen unter Beachtung dieser grundsätzlichen Aspekte ergeben. Anschließend wird dann die im Flussdiagramm darge­ stellte Verfahrensrealisierung mit konkreten, beispielhaften Zahlenwerten für die einzelnen Verfahrensparameter erläutert.

Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren für eine Abgasreini­ gungsanlage mit Stickoxidspeicher zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass es zwei verschiedene Desulfatisierungsbetriebs­ arten vorsieht und den gesamten realen Betriebsbereich der ab­ gasemittierenden Verbrennungseinrichtung mit optimal angepass­ ten Desulfatisierungsmaßnahmen abdeckt, insbesondere auch im Fall eines vorwiegend mager betriebenen Otto- oder Dieselmotors eines Kraftfahrzeuges.

Speziell ist als eine erste Desulfatisierungsbetriebsart ein Hauptdesulfatisierungsmodus vorgesehen, der auf eine vollstän­ dige und gründliche Desulfatisierung zur weitestgehenden Wie­ derherstellung des ursprünglichen Speichervermögens des Stickoxidspeichers ausgelegt ist. Die dazu gewählten Haupt­ desulfatisierungsparameter beinhalten insbesondere eine Min­ desttemperatur des Stickoxidspeichers von z. B. 680°C und eine Desulfatisierungs-Zieldauer von z. B. 900 s sowie ein vorzugswei­ se nur leicht fettes Abgasluftverhältnis von z. B. λ = 0,99.

Als zweite Desulfatisierungsbetriebsart ist ein Teildesulfati­ sierungsmodus vorgesehen, der auf eine nur partielle Desulfati­ sierung des Stickoxidspeichers ausgelegt ist. Die Teildesulfa­ tisierungen sollen dabei häufiger ablaufen können als die Hauptdesulfatisierungen und im Unterschied zu letzteren nicht der vollständigen Desulfatisierung und damit Schwefelregenera­ tion des Stickoxidspeichers dienen, sondern dem Ziel, die in diesem gespeicherte Schwefelmenge bzw. Schwefelmasse über län­ gere Zeiträume möglichst niedrig zu halten und dabei einen starken Anstieg des Kraftstoffverbrauchs durch Zusatzheizmaß­ nahmen zu vermeiden. Wenn die im Stickoxidspeicher eingelagerte Schwefelmasse durch diese Maßnahme bleibend oder jedenfalls für den größten Teil der Betriebsdauer auf relativ niedrigem Niveau gehalten wird, kann die Emission merklicher H₂S-Mengen während Desulfatisierungsvorgängen und Volllast-Betriebszuständen mit deutlich fetten Luftverhältnissen von z. B. λ = 0,9 vermieden wer­ den. Denn es zeigt sich, dass diese H₂S-Emissionen in den be­ treffenden Situationen gering bleiben, solange die Beladung des Stickoxidspeichers mit Schwefel ein gewisses Maß nicht überschreitet.

Gemäß dieser Zielsetzung werden die Teildesulfatisierungspara­ meter so gewählt, dass die Teildesulfatisierung verglichen mit der Hauptdesulfatisierung bei niedrigerer Stickoxidspeichertem­ peratur abläuft und deutlich kürzer ist. Dementsprechend bein­ halten die Teildesulfatisierungsparameter die Vorgabe einer Mindesttemperatur für den Stickoxidspeicher, die einerseits so hoch ist, dass eine Schwefelfreisetzung noch sichergestellt ist, und andererseits niedriger als die Hauptdesulfatisierungs- Mindesttemperatur ist. Beispielsweise kann eine Teildesulfati­ sierungs-Mindesttemperatur von 600°C vorgegeben werden sowie eine Teildesulfatisierungs-Zieldauer von 300 s und ein ebenfalls nur leicht fettes Teildesulfatisierungs-Abgasluftverhältnis von λ = 0,99.

Die zeitliche Dauer beider Desulfatisierungsprozesse wird be­ vorzugt durch zwei zugehörige Zeitzähler erfasst, die schritt­ weise immer dann und so lange erhöht werden, wie die Bedingun­ gen für den entsprechenden Desulfatisierungsmodus erfüllt sind, d. h. die betreffende Mindesttemperatur des Stickoxidspeichers erreicht oder überschritten wird und das gewünschte, leicht fette Abgasluftverhältnis im Stickoxidspeicher vorliegt, das z. B. durch eine Lambdasonde stromabwärts des Stickoxidspeichers detektiert werden kann. Die Heranziehung des stromabwärts des Stickoxidspeichers detektierten Abgasluftverhältnisses vermei­ det eine Erhöhung des jeweiligen Desulfatisierungs-Zeitzählers in Zeiträumen, in denen die Schwefelfreisetzung durch im Abgas herrschenden Luftüberschuss z. B. wegen einer aktivierten Schu­ babschaltung des Verbrennungsmotors unterbrochen wurde. Sobald der betreffende Zeitzähler den Endwert erreicht hat, welcher der Zieldauer der Haupt- bzw. Teildesulfatisierung entspricht, wird der betreffende Desulfatisierungsvorgang als abgeschlossen betrachtet. Es versteht sich, dass statt dieser Verwendung von zeitbasierten Zählern die Zieldauern für Hauptdesulfatisierun­ gen and Teildesulfatisierungen auch auf der Basis einer gewis­ sen Anzahl von Motor-Arbeitsspielen oder der vom Fahrzeug zu­ rückgelegten Fahrstrecke vorgegeben werden können.

Die Notwendigkeit für durchzuführende Haupt- und Teildesulfati­ sierungen wird wie folgt erkannt. Auf eine notwendige Haupt­ desulfatisierung wird zum einen immer dann geschlossen, wenn durch eine zugehörige Diagnose eine merkliche Verschlechterung des NO_x-Speichervermögens des Stickoxidspeichers als Folge ei­ ner Schwefelschädigung festgestellt wird. Des weiteren sind Haupt- und Teildesulfatisierungen dann notwendig, wenn seit der letzten Desulfatisierung gleichen Typs dem Stickoxidspeicher eine Schwefelmenge zugeführt wurde, die einen vom Desulfatisie­ rungstyp abhängig vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Dabei ist zu beachten, dass bei dieser Vorgehensweise die seit der letzten Hauptdesulfatisierung zugeführte Schwefelmenge ohne Be­ rücksichtigung von zwischenzeitlich eventuell erfolgten Teil­ desulfatisierungen ermittelt wird, d. h. der bei zwischenzeitli­ chen Teildesulfatisierungen bewirkte Schwefelaustrag aus dem Stickoxidspeicher bleibt unberücksichtigt. Da davon ausgegangen werden kann, dass im Kraftstoff enthaltener Schwefel vollstän­ dig vom Stickoxidspeicher aufgenommen wird, kann die in ihm ge­ speicherte Schwefelmasse auf der Basis der eingesetzten Kraft­ stoffmasse bestimmt werden, wenn eine Information über den Schwefelgehalt des Kraftstoffs vorliegt. Ohne diese Kenntnis kann die gespeicherte Schwefelmasse unter Annahme eines fikti­ ven Schwefelgehalts abgeschätzt werden. Statt der eingesetzten Kraftstoffmasse kann alternativ die zurückgelegte Fahrstrecke unter Annahme eines fiktiven Kraftstoffverbrauchs zur Abschät­ zung herangezogen werden. Bezüglich weiterer Details möglicher Methoden zur Abschätzung der eingespeicherten Schwefelmasse kann auf die eingangs erwähnte Literatur verwiesen werden.

In einem Ausführungsbeispiel wird eine Hauptdesulfatisierung dann als notwendig betrachtet, wenn die dem Stickoxidspeicher seit der letzten Hauptdesulfatisierung zugeführte Schwefelmasse einen Schwellwert von 5 g überschreitet. Da Teildesulfatisierun­ gen häufiger als Hauptdesulfatisierungen stattfinden sollen, ist der entsprechende Teildesulfatisierungs-Schwefelmassen­ schwellwert geringer als der Hauptdesulfatisierungs-Schwefelmassenschwellwert zu wählen und kann daher mit einer Diagnose des Stickoxidspeichervermögens nicht detektiert werden. Die Entscheidung über die Notwendigkeit einer Teildesulfatisierung erfolgt daher nur auf der Basis der seit der letzten Teildesul­ fatisierung zugeführten Schwefelmasse, d. h. eine Teildesulfati­ sierung wird für notwendig erachtet, wenn die geschätzte oder gemessene, zugeführte Schwefelmasse den Teildesulfatisierungs- Schwellwert überschreitet, der z. B. auf 0,5 g Schwefel festge­ legt werden kann.

Alternativ kann speziell in den Fällen, in denen keine Informa­ tion über die dem Stickoxidspeicher zugeführte Schwefelmasse vorliegt, eine Festlegung der Zeitabstände zwischen aufeinan­ derfolgenden Teildesulfatisierungen auf der Basis der sich für aufeinanderfolgende Hauptdesulfatisierungen ergebenden Zeitab­ stände vorgesehen sein. Hierzu wird die Kraftstoffmenge oder Fahrstrecke erfasst, die seit einer Hauptdesulfatisierung bis zu dem Zeitpunkt verbraucht bzw. zurückgelegt wurde, zu dem wiederum ein verschlechtertes NO_x-Speichervermögen durch Schwe­ felbeladung des Stickoxidspeichers diagnostiziert wird. Mittels Division dieses Hauptdesulfatisierungs-Zeitabstands durch einen vorgebbaren Faktor, um den die Teildesulfatisierungen häufiger als die Hauptdesulfatisierungen stattfinden sollen, lassen sich die anzustrebenden Intervalle für Teildesulfatisierungen ermit­ teln. So kann z. B. vorgesehen sein, Teildesulfatisierungen um den Faktor zehn häufiger als Hauptdesulfatisierungen durchzu­ führen. Wenn dann beispielsweise nach einem Kraftstoffverbrauch von 2001 seit einer Hauptdesulfatisierung ein verschlechtertes NO_x-Speichervermögen festgestellt wird, wird zunächst wieder eine Hauptdesulfatisierung und anschließend jeweils nach Ver­ brauch von 201 Kraftstoff eine Teildesulfatisierung durchge­ führt. Die das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Teil­ desulfatisierungen bestimmende Kraftstoffmenge oder Fahrstrecke kann nach jeder Feststellung eines verschlechterten NO_x-Spei­ chervermögens des Stickoxidspeichers neu angepasst werden, wo­ durch eine Adaption des Verfahrens an Kraftstoffe mit unterschiedlichem Schwefelgehalt möglich ist, ohne diesen Schwefel­ gehalt tatsächlich zu kennen.

Falls eine Haupt- oder Teildesulfatisierung für notwendig er­ achtet wird, die momentane Stickoxidspeichertemperatur hierfür jedoch nicht ausreicht, werden gezielte Zusatzheizmaßnahmen durchgeführt. Eine Heizmaßnahme, die keinen Kraftstoffmehrver­ brauch bedingt, besteht bei Abgasreinigungsanlagen mit Abgas­ kühlfunktion darin, auf eine Betriebsart ohne verstärkte Abgas­ kühlung zu schalten. Wenn die dadurch erzielbare Temperaturer­ höhung nicht ausreicht, können motorische Maßnahmen herangezo­ gen werden, wie Spätverstellung des Zündzeitpunktes, Motorbe­ trieb mit zylinderindividuell unterschiedlichen Luftverhältnis­ sen oder Fettbetrieb mit Sekundärluftzuführung in den Abga­ strakt. Zu den Details dieser und anderer Zusatzheizmaßnahmen kann auf die eingangs zitierte Literatur verwiesen werden.

Die Heizmaßnahmen richten sich in ihrer Intensität danach, wel­ che der beiden Desulfatisierungsmodi aktiviert werden soll, und werden, sofern notwendig, während der gesamten Desulfatisie­ rungsdauer aufrechterhalten, wobei die betreffenden Verfahren­ sparameter in Abhängigkeit von der aktuellen Stickoxidspeicher­ temperatur, dem momentanen Motorbetriebspunkt, der Fahrzeugge­ schwindigkeit und je nach Bedarf weiteren Größen variiert wer­ den können. Ziel ist jeweils eine sichere Überschreitung der Hauptdesulfatisierungs- bzw. Teildesulfatisierungs-Mindesttem­ peratur, wobei die Intensität der motorischen Zusatzheizmaßnah­ men im Hinblick auf möglichst geringen Kraftstoffmehrverbrauch so gering wie möglich gehalten wird. Zu diesem Zweck kann der Einsatz einer modellbasierten Temperaturregelung sinnvoll sein. Mit dem Start der Heizmaßnahmen wird auch das für die Desulfa­ tisierung vorgesehene Abgasluftverhältnis eingestellt.

Hinsichtlich der Bestimmung der Stickoxidspeichertemperatur ist es vorteilhaft, einen über die Länge des Stickoxidspeicherkör­ pers gemittelten Temperaturwert oder den Temperaturwert auf et­ wa halber Länge des Stickoxidspeicherkörpers heranzuziehen. Ein solcher Temperaturwert beinhaltet im Vergleich zur Temperatur am Eintritt des Stickoxidspeichers bereits eine gewisse Glät­ tung von kurzzeitigen Temperaturspitzen, wie sie z. B. aus Fahr­ zeugbeschleunigungsphasen resultieren. Die Temperaturbestimmung kann sensorisch mit einem oder mehreren herkömmlichen Tempera­ tursensoren erfolgen, die im Stickoxidspeicherkörper angeordnet, sind, oder anhand eines mathematischen Modells zur Berechnung der Stickoxidspeichertemperatur in Abhängigkeit verschiedener, hierfür relevanter Eingangsgrößen. Vorteilhaft ist der Einsatz eines mathematischen Modells, das mittels eines Temperatursen­ sors adaptiert wird, wie in der oben zitierten Literatur be­ schrieben.

Bei der Durchführung einer Haupt- oder Teildesulfatisierung sind drei Fälle zu unterscheiden. Im ersten Fall wird ein Desulfatisierungsvorgang aufgrund einer erkannten Verschlechte­ rung des NO_x-Speichervermögens des Stickoxidspeichers oder auf­ grund der hohen, ihm seit der letzten Desulfatisierung gleichen Typs zugeführten Schwefelmasse als notwendig erachtet, die Stickoxidspeichertemperatur liegt aber unter der zugehörigen Desulfatisierungs-Mindesttemperatur und wird daher mittels Zu­ satzheizmaßnahmen angehoben. Im zweiten Fall ist eine Haupt­ desulfatisierung noch nicht notwendig, jedoch wird die dafür erforderliche Mindesttemperatur während der Durchführung einer Teildesulfatisierung erreicht, so dass eventuell auf eine Hauptdesulfatisierung übergegangen werden kann. Im dritten Fall liegt noch keine Notwendigkeit für eine Teil- oder Hauptdesul­ fatisierung vor, die Stickoxidspeichertemperatur erreicht je­ doch bedingt durch den Betriebszustand der Verbrennungseinrich­ tung mindestens die Teildesulfatisierungs-Mindesttemperatur, was wenigstens für eine Teildesulfatisierung benutzt werden kann. Nachstehend wird auf diese drei Fälle näher eingegangen.

Wenn anhand der hierzu oben erwähnten Kriterien die Notwendig­ keit einer Haupt- oder Teildesulfatisierung erkannt wurde, die Stickoxidspeichertemperatur jedoch unter der zugehörigen Desul­ fatisierungs-Mindesttemperatur liegt, werden geeignete Zusatzheizmaßnahmen der oben näher erläuterten Art ergriffen. Im Hin­ blick auf einen gering bleibenden Kraftstoffmehrverbrauch ist es dabei nicht zweckmäßig, den Aufheizvorgang unabhängig vom aktuellen Betriebszustand der Verbrennungseinrichtung, d. h. im Kraftfahrzeugfall unabhängig vom aktuellen Fahrzustand zu star­ ten, da in ungünstigen Situationen eine sehr große Tempera­ turerhöhung bewirkt werden müsste und die angestrebte Mindest­ temperatur möglicherweise gar nicht erreicht würde. Daher wird charakteristischerweise als Kriterium für die Entscheidung, wann ein Aufheizvorgang zum Aktivieren einer Desulfatisierung gestartet wird, der Istwert der Stickoxidspeichertemperatur herangezogen. Aus diesem kann direkt abgeleitet werden, ob die betreffende Desulfatisierungs-Mindesttemperatur durch Zusatz­ heizmaßnahmen mit vertretbarem Kraftstoffmehrverbrauch erreicht werden kann. Somit wird der Aktivierungszeitpunkt einer Desul­ fatisierung durch den Betriebszustand der Verbrennungseinrich­ tung bzw. den Fahrzustand des Fahrzeugs bestimmt. Speziell kann das Startkriterium für einen Desulfatisierungs-Aufheizvorgang in der Vorgabe eines Aufheizstart-Temperaturschwellwertes von z. B. 520°C bestehen, den die Stickoxidspeichertemperatur im normalen Verbrennungseinrichtungsbetrieb erreichen oder über­ schreiten muss, bevor ein Aufheizvorgang gestartet und dann bei Erreichen der zugehörigen Mindesttemperatur die gewünschte Haupt- oder Teildesulfatisierung durchgeführt wird.

In manchen Betriebssituationen, z. B. beim Wechsel von einem Fahrbetrieb mit höherer zu einem mit niedrigerer Motorlast, kann der Fall eintreten, dass die Stickoxidspeichertemperatur während des Desulfatisierungsprozesses stark abnimmt und trotz der Zusatzheizmaßnahmen unter eine Aufheizabbruchtemperatur fällt, die unter dem Aufheizstart-Schwellwert liegt, z. B. bei 500°C. In diesem Fall wird der Aufheizvorgang abgebrochen, da ein zur Desulfatisierung ungeeigneter Betriebszustand vorliegt. Sobald die Stickoxidspeichertemperatur wieder den Aufheizstart- Schwellwert erreicht hat, wird die Aufheizung fortgesetzt.

Zweckmäßigerweise wird die Aufheizung des Stickoxidspeichers zum erstmaligen Erreichen der betreffenden Desulfatisierungs- Mindesttemperatur bzw. zum erneuten Erreichen derselben nach zwischenzeitlicher Abkühlung zeitlich begrenzt, um zu vermei­ den, dass es wegen eines ungeeigneten Betriebszustands zu einer sehr lang andauernden Aufheizung mit entsprechend hohem Kraft­ stoffmehrverbrauch kommt, ohne dass die angestrebte Desulfati­ sierungstemperatur erreicht wird. Beispielsweise wird der Auf­ heizvorgang für eine Hauptdesulfatisierung nach 600 s und für eine Teildesulfatisierung nach 300 s abgebrochen, wenn die er­ forderliche Hauptdesulfatisierungs- bzw. Teildesulfatisierungs- Mindesttemperatur nicht erreicht wird.

Im zweiten der drei oben unterschiedenen Fälle ist eine Haupt­ desulfatisierung noch nicht notwendig, während eine Teildesul­ fatisierung gegebenenfalls begleitet von z. B. motorischen Zu­ satzheizmaßnahmen läuft. Wenn hierbei betriebszustandsbedingt die Stickoxidspeichertemperatur bis zur Hauptdesulfatisierungs- Mindesttemperatur ansteigt, ist es zweckmäßig, mit Zusatzheiz­ maßnahmen für eine Hauptdesulfatisierung fortzusetzen und da­ durch eine Hauptdesulfatisierung zu aktivieren, auch wenn sel­ bige noch nicht unbedingt notwendig ist. Denn durch die Nutzung dieses für eine Hauptdesulfatisierung geeigneten Betriebszu­ stands wird der desulfatisierungsbedingte Kraftstoffmehrver­ brauch verringert, da bei erfolgreichem Abschluss der Haupt­ desulfatisierung die nächste Hauptdesulfatisierung, bei der je nach Betriebszustand bzw. Fahrbetrieb wieder motorische und/oder andere Zusatzheizmaßnahmen erforderlich sind, erst entsprechend später erfolgen braucht und außerdem nicht immer sichergestellt ist, dass im laufenden Betrieb eine Hauptdesulfatisierung gleich dann möglich ist, wenn deren Notwendigkeit erkannt wurde.

Allerdings sollte vermieden werden, dass als Folge einer hohen Stickoxidspeichertemperatur während eines Aufheizvorgangs für eine Teildesulfatisierung unnötig häufig Hauptdesulfatisierun­ gen mit entsprechenden motorischen Zusatzheizmaßnahmen durchge­ führt werden. Daher wird als Kriterium für einen solchen Übergang auf eine Hauptdesulfatisierung ein zugehöriger Schwefelma­ ssen-Mindestwert von z. B. 3 g vorgegeben, der unter dem oben er­ wähnten Schwefelmassen-Schwellwert für die Erkennung einer not­ wendigen Hauptdesulfatisierung liegt. Auf eine Hauptdesulfati­ sierung wird dann nur übergegangen, wenn die dem Stickoxidspei­ cher seit der letzten Hauptdesulfatisierung zugeführte Schwe­ felmasse diesen Mindestwert von z. B. 3 g überschreitet und die Stickoxidspeichertemperatur die Hauptdesulfatisierungs-Min­ desttemperatur erreicht bzw. überschritten hat.

Der dritte Fall betrifft die Situation, dass weder eine Haupt-, noch eine Teildesulfatisierung momentan notwendig ist, jedoch bedingt durch den Betriebszustand der Verbrennungseinrichtung eine hohe Stickoxidspeichertemperatur vorliegt, die z. B. je nach Betriebs- bzw. Fahrzustand ausgehend von regulärem, stöchiome­ trischem Betrieb der Verbrennungseinrichtung ohne Stickoxid­ speicher-Zusatzheizmaßnahmen die Teildesulfatisierungs-Mindest­ temperatur erreichen kann. In diesem Fall wird der für die be­ treffende Desulfatisierung günstige Betriebszustand hoher Stickoxidspeichertemperatur für eine entsprechende Haupt- oder Teildesulfatisierung genutzt, obwohl diese noch nicht notwendig ist, was wie oben beschrieben zu einer Verringerung des desul­ fatisierungsbedingten Kraftstoffmehrverbrauchs führt.

Dabei wird die Stickoxidspeicheraufheizung für eine noch nicht notwendige Hauptdesulfatisierung wiederum nur dann eingeleitet, wenn die dem Stickoxidspeicher seit der letzten Hauptdesulfati­ sierung zugeführte Schwefelmasse einen zugehörigen Schwellwert überschreitet, der z. B. wieder auf 3 g festgesetzt sein kann, und die Stickoxidspeichertemperatur die Teildesulfatisierungs- Mindesttemperatur erreicht hat. Der Aufheizvorgang ist in die­ ser Situation mit relativ wenig Kraftstoffmehrverbrauch verbun­ den.

Ist hingegen dieser Schwefelmassen-Schwellwert noch nicht er­ reicht, unterbleiben Desulfatisierungs-Zusatzheizmaßnahmen. Dennoch wird eine Desulfatisierung durchgeführt, nämlich eine Teildesulfatisierung, da hierfür die Stickoxidspeichertempera­ tur bereits ausreicht. Dazu wird lediglich je nach Auslegung der Abgasreinigungsanlage diese so geschaltet, dass keine zu­ sätzliche Abgaskühlung erfolgt. Da im übrigen keine Aufheizmaß­ nahmen durchgeführt werden, sind die im weiteren erreichten Werte für die Stickoxidspeichertemperatur und die Desulfatisie­ rungsdauer ausschließlich vom Betriebs- bzw. Fahrzustand abhän­ gig, wobei sich auch Abschnitte für eine Hauptdesulfatisierung ergeben können. Mit den oben erwähnten Zeitzählern werden die durchgeführten Abschnitte einer Teildesulfatisierung und einer Hauptdesulfatisierung getrennt entsprechend den erreichten Desulfatisierungsbedingungen erfasst. Diese Desulfatisierung ohne Zusatzheizmaßnahmen wird beendet, wenn sich der Stickoxid­ speicher unter eine vorgebbare Mindesttemperatur für Schwefel­ freisetzung abgekühlt hat, die z. B. auf 570°C vorgegeben wird.

Die Desulfatisierung ohne Zusatzheizmaßnahmen und insbesondere ohne motorische Zusatzheizmaßnahmen hat praktisch keinen Kraft­ stoffmehrverbrauch zur Folge, sofern das eingestellte Luftver­ hältnis, wie bevorzugt vorgeschlagen, nur geringfügig unter dem stöchiometrischen Wert λ = 1 liegt. Dies ist daher die vorteil­ hafteste Desulfatisierungsvariante. Im günstigsten Fall bei häufigem Betrieb mit hoher Last und entsprechend hohen Stickoxidspeichertemperaturen können die erforderlichen Haupt- und Teildesulfatisierungen ausschließlich ohne motorische Zu­ satzheizmaßnahmen durchgeführt werden, was den desulfatisie­ rungsbedingten Kraftstoffmehrverbrauch minimiert. Gleichzeitig erfolgen die Desulfatisierungen dann häufiger und länger als es im Rahmen der erfindungsgemäßen Strategie für notwendig erach­ tet wird. Dies hat Vorteile hinsichtlich Aufrechterhaltung ei­ nes hohen Speichervermögens des Stickoxidspeichers und der Mi­ nimierung von H₂S-Emissionen bei der Desulfatisierung.

Was das Ende eines jeweiligen Desulfatisierungsvorgangs be­ trifft, so werden eventuelle Zusatzheizmaßnahmen spätestens bei Erreichen der angestrebten Zeitdauer für die jeweilige Desulfa­ tisierungsprozedur beendet. Um eine möglichst effektive Desulfatisierung zu erreichen und die durch die Zusatzheizmaßnahmen in den Stickoxidspeicher eingebrachte Wärme so lange wie mög­ lich zu nutzen, wird die Desulfatisierung selbst nicht gleich­ zeitig mit den Zusatzheizmaßnahmen beendet, sondern es wird zu­ nächst zu einer Desulfatisierung ohne Zusatzheizmaßnahmen über­ gegangen, wie oben beschrieben. Dieser Desulfatisierungsbetrieb mit dem geeigneten Luftverhältnis und deaktivierter Abgasküh­ lung wird so lange fortgesetzt, bis die Stickoxidspeichertempe­ ratur unter die oben erwähnte Mindesttemperatur für Schwefel­ freisetzung gesunken ist. Erst dann ist die Desulfatisierungs­ prozedur abgeschlossen.

Nach Abschluss einer vollständigen Hauptdesulfatisierung oder Teildesulfatisierung wird dies registriert, und die Werte der Zeitzähler und der Wert für die dem Stickoxidspeicher seit der letzten Desulfatisierung gleichen Typs zugeführte Schwefelmasse werden auf null zurückgesetzt. Nach einer vollständigen Haupt­ desulfatisierung wird zudem die Diagnosemeldung über das ver­ schlechterte NO_x-Speichervermögen des Stickoxidspeichers zu­ rückgesetzt.

Grundsätzlich beinhaltet eine Hauptdesulfatisierung wegen der höheren Stickoxidspeichertemperatur und der längeren Dauer im­ mer auch eine Teildesulfatisierung, wobei der Fall möglich ist, dass trotz Abbruchs einer Hauptdesulfatisierung eine vollstän­ dige Teildesulfatisierung erfolgt ist. Falls eine Desulfatisie­ rungsprozedur zwar begonnen, aber nicht abgeschlossen wurde, werden die besagten Zählwerte nicht auf null zurückgesetzt, so dass der betreffende Desulfatisierungsprozess bei erneutem Er­ reichen der zugehörigen Desulfatisierungsbedingungen fortge­ setzt wird. Auch das Abstellen der Verbrennungseinrichtung be­ deutet einen Abbruch von eventuell aktiven Desulfatisierungs­ prozeduren. Diese werden nach einem Neustart der Verbrennungs­ einrichtung fortgesetzt, sobald die zugehörigen Desulfatisie­ rungsbedingungen vorliegen.

Versuche haben gezeigt, dass eine Desulfatisierung von sehr kurzer Dauer bei höherer Schwefelbeladung des Stickoxidspei­ chers zu einer Verschlechterung des NO_x-Speichervermögens füh­ ren kann. Daher wird bei einer Unterbrechung einer Teildesulfa­ tisierung die bis dahin erreichte Dauer mit einem vorgegebenen Mindestwert verglichen. Falls die Dauer kleiner als dieser Min­ destwert ist und die seit der letzten Teildesulfatisierung dem Stickoxidspeicher zugeführte Schwefelmasse einen zugehörigen, vorgebbaren Schwellwert überschreitet, wird darauffolgend kein Magerbetrieb der Verbrennungseinrichtung zugelassen, d. h. es erfolgt eine Sperrung bzw. Unterdrückung des Magerbetriebs. Denn in diesem Fall wird davon ausgegangen, dass der Stickoxid­ speicher kein ausreichendes NO_x-Speichervermögen zeigt. Folg­ lich wird die Desulfatisierung fortgesetzt, sobald die hierfür nötigen Bedingungen insbesondere für den Start eines Aufheiz­ vorgangs gegeben sind. Der Mindestwert für die Teildesulfati­ sierungsdauer beträgt z. B. 120 s, der zugehörige Schwefelmassen- Schwellwert 2 g. Die Sperrung des Magerbetriebs nach zu kurzer Desulfatisierung wird auf diese Weise nur sehr selten eintre­ ten, da die relativ hohe gespeicherte Schwefelmasse von 2 g seit einer letzten Teildesulfatisierung nur erreicht wird, wenn der Versuch, eine Teildesulfatisierung mit Zusatzheizmaßnahmen durchzuführen, betriebs- bzw. fahrzustandsbedingt relativ lange erfolglos geblieben ist. Die Vorgabe einer Mindestdauer für ei­ ne Hauptdesulfatisierung ist nicht erforderlich, da bis zum Er­ reichen der Hauptdesulfatisierungsbedingungen grundsätzlich be­ reits eine Teildesulfatisierung begonnen hat.

Nach einer vollständigen oder abgebrochenen Desulfatisierung wird zu stöchiometrischem Betrieb übergegangen bzw. bei Voll­ last die zugehörige Anfettung beibehalten. Falls ein ver­ schlechtertes NO_x-Speichervermögen diagnostiziert wird oder die Magerbetriebssperrung wegen zu kurzer Desulfatisierung gilt, sollte baldmöglichst wieder eine Desulfatisierung erfolgen. Da­ mit es leichter möglich ist, die für die Fortsetzung der Desul­ fatisierung nötige Stickoxidspeichertemperatur zu erreichen, wird die Abgasreinigungsanlage in ihrer Stellung ohne zusätzli­ che Abgaskühlung gehalten.

In den Zeiträumen ohne Desulfatisierung ist soweit wie möglich ein Magerbetrieb der Verbrennungseinrichtung wünschenswert. Ausgehend von stöchiometrischem Betrieb wird, wie oben be­ schrieben, die Notwendigkeit einer Desulfatisierung geprüft und gegebenenfalls eine Haupt- oder Teildesulfatisierung durchge­ führt, um dann wieder zu stöchiometrischem Betrieb zurückzukeh­ ren und zu prüfen, ob die Voraussetzungen für kraftstoffsparen­ den Magerbetrieb gegeben sind, wozu insbesondere gehört, dass ein zufriedenstellendes NO_x-Speichervermögen des Stickoxidspei­ chers zu erwarten ist. Es darf also kein Verschlechtertes NO_x- Speichervermögen diagnostiziert sein oder die Magerbetriebs­ sperrung vorliegen. Eine weitere Voraussetzung ist eine ausrei­ chend niedrige Stickoxidspeichertemperatur, wozu das Unter­ schreiten einer zugehörigen Temperaturschwelle von z. B. 470°C gefordert werden kann. Außerdem muss das vom Fahrer angeforder­ te, indizierte Motordrehmoment den Wechsel zum Magerbetrieb zu­ lassen, was bei Vorgabe eines entsprechenden Schwellwertes von z. B. 100 Nm dann gilt, wenn das indizierte Motordrehmoment unter diesem Schwellwert liegt. Wenn eine dieser Magerbetriebsvoraus­ setzungen nicht erfüllt ist, wird der stöchiometrische Betrieb beibehalten.

Im Magerbetrieb der Verbrennungseinrichtung wird die Abgasrei­ nigungsanlage auf verstärkte Abgaskühlung geschaltet, solange die Stickoxidspeichertemperatur noch über einem zugehörigen Mindestwert für zufriedenstellende NO_x-Speicherung liegt, der z. B. auf 250°C festgelegt sein kann. Bei Unterschreitung dieser Temperatur wird die Abgasreinigungsanlage auf möglichst geringe Abgaskühlung geschaltet, um die Stickoxidspeichertemperatur wieder anzuheben.

Eine Magerbetriebsphase kann jeweils so lange beibehalten wer­ den, bis der Stickoxidspeicher nicht mehr alle Stickoxide auf­ nehmen kann, was mit einem NO_x-Sensor stromabwärts des Stickoxidspeichers oder anhand eines mathematischen Stickoxid­ speichermodells festgestellt werden kann. Bei Einsatz eines NO_x-Sensors kann eine maximale NO_x-Konzentration oder ein maxi­ maler NO_x-Massenstrom im Abgas stromabwärts des Stickoxidspei­ chers als Kriterium für eine nachlassende NO_x-Speicherung die­ nen. Bei Verwendung eines Modells kommt als Kriterium eine ma­ ximale NO_x-Beladung des Stickoxidspeichers oder ein minimaler Speicherwirkungsgrad in Betracht. Wird auf eine dieser Weisen erkannt, dass der Stickoxidspeicher im wesentlichen voll bela­ den ist, so wird eine kurze Stickoxiddesorptionsphase mit fet­ tem Luftverhältnis durchgeführt. Eine solche ist auch erforder­ lich, wenn das vom Fahrer angeforderte, indizierte Motordrehmo­ ment erhöht wird und im Magerbetrieb nicht mehr bereitgestellt werden kann, so dass ein Wechsel zu stöchiometrischem oder fet­ tem Betrieb nötig ist. Als Kriterium für das Verlassen des Ma­ gerbetriebs kann die Überschreitung eines zugehörigen Schwell­ werts von z. B. 110 Nm durch das angeforderte Motordrehmoment dienen. Zweckmäßigerweise sollte dieser Schwellwert größer sein, im erwähnten Zahlenbeispiel um 10 Nm, als derjenige für den Betriebsartwechsel in umgekehrter Richtung, um unnötig häu­ fige Wechsel zwischen Magerbetrieb und stöchiometrischem Be­ trieb zu vermeiden.

Zur Erkennung einer eventuellen Schwefelvergiftung wird während einer jeweiligen Stickoxiddesorptionsphase das NO_x-Speicherver­ mögen des Stickoxidspeichers diagnostiziert, indem die adsor­ bierte Stickoxidmasse oder die zu deren Reduktion erforderliche Reduktionsmittelmasse in einer herkömmlichen Weise ermittelt werden. Bei erkannter Schwefelvergiftung wird nach dem Ende der Stickoxiddesorption zu stöchiometrischem Betrieb gewechselt und kein Magerbetrieb mehr zugelassen. Statt dessen wird die Durch­ führung einer Hauptdesulfatisierung angestrebt. Um das Errei­ chen der hierfür nötigen Stickoxidspeichertemperatur zu er­ leichtern, wird die Abgasreinigungsanlage in ihre Stellung ohne zusätzliche Abgaskühlung geschaltet. Wenn hingegen noch keine schwefelbedingte Verschlechterung des NO_x-Speichervermögens festgestellt wird, wird nach Abschluss der Stickoxiddesorption wieder geprüft, ob Magerbetrieb zulässig ist, um dann je nach Situation mit magerem oder stöchiometrischem oder bei Volllast mit fettem Betrieb der Verbrennungseinrichtung fortzusetzen.

Durch geeignete herkömmliche Maßnahmen wird der Stickoxidspei­ cher vor Temperaturen höher als ca. 800°C geschützt, z. B. durch eine deutliche Gemischanfettung, eine Deaktivierung aller Auf­ heizmaßnahmen und/oder einer Schaltung der Abgasreinigungsanla­ ge auf maximale Abgaskühlung. Diese Temperaturschutzmaßnahme wird den übrigen Verfahrensmaßnahmen überlagert, so dass sie unabhängig von eventuell laufenden Desulfatisierungsvorgängen bei Bedarf jederzeit durchgeführt werden kann.

Des weiteren können Betriebsmaßnahmen zur Optimierung der Kalt­ start- und Warmlaufphase vorgesehen sein. Zur schnellen Stickoxidspeicheraufheizung in der Warmlaufphase ist es zweck­ mäßig, Zusatzheizmaßnahmen entsprechend denen zu ergreifen, die oben zum Erreichen einer ausreichenden Desulfatisierungstempe­ ratur erwähnt sind. Magerbetrieb wird erst bei Erreichen einer geeigneten, zugehörigen Mindesttemperatur des Stickoxidspei­ chers zugelassen, unterhalb dieser Temperaturschwelle wird die Verbrennungseinrichtung stöchiometrisch oder fett betrieben und zudem die Abgasreinigungsanlage in eine Stellung geschaltet, in der keine verstärkte Abgaskühlung erfolgt. Je nach Kaltstart­ strategie kann zudem vorgesehen sein, Magerbetrieb erst dann zuzulassen, wenn ein der Verbrennungseinrichtung zugeordnetes Kühlmedium eine bestimmte Mindesttemperatur erreicht hat.

Was den Volllastbetrieb betrifft, ist es speziell beim Ottomo­ tor üblich, ein deutlich fettes Luftverhältnis von z. B. λ = 0,9 einzustellen, um die Klopfgefahr zu verringern und den Zündwin­ kel im Hinblick auf hohen Verbrennungswirkungsgrad und hohes Motordrehmoment zu wählen. Diese Volllastanfettung kann vorlie­ gend sowohl ausgehend vom stöchiometrischen Betrieb als auch während einer Desulfatisierung vorgesehen sein. Alternativ kann für Zeiträume mit starker Schwefelfreisetzung, d. h. zu Beginn einer Desulfatisierungsphase, auf diese übliche Anfettung verzichtet und das Luftverhältnis auf den für eine Desulfatisie­ rung mit niedriger H₂S-Emission günstigen Wert eingestellt wer­ den.

Als eine weitere bevorzugte Maßnahme ist im Anwendungsfall von Kraftfahrzeugmotoren mit Schubabschaltfunktion vorgesehen, wäh­ rend der Desulfatisierungsvorgänge auf eine Schubabschaltung zu verzichten und statt dessen die Verbrennung mit geringer ange­ saugter Luftmasse, aber unverändertem Luftverhältnis fortzuset­ zen, um zu vermeiden, dass die Schubabschaltphasen mit magerem Abgas den Prozess der Schwefelfreisetzung unterbrechen. Um trotzdem eine dem Fahrer gewohnte Verzögerung des Fahrzeugs im Schubbetrieb zu bieten, kann mittels Spätzündung eine Wirkungs­ gradverschlechterung der Verbrennung herbeigeführt und dadurch das Motordrehmoment niedrig gehalten werden. Als eine Variante dieser Maßnahme kann vorgesehen sein, diesen Verzicht auf Schu­ babschaltung nur dann vorzunehmen, wenn die Fahrzeuggeschwin­ digkeit über einem vorgebbaren zugehörigen Schwellwert liegt. Bei höheren Geschwindigkeiten wirkt sich wegen des höheren Fahrwiderstands der Wegfall des Schubabschaltungseffektes nur in geringerem Maß auf die Fahrzeugverzögerung aus als bei nied­ rigen Geschwindigkeiten. Damit wird zumindest bei höheren Ge­ schwindigkeiten der Prozess der Schwefelfreisetzung nicht un­ terbrochen.

Als weitere Betriebsvariante kann vorgesehen sein, die Einstel­ lung eines fetten Luftverhältnisses zur Desulfatisierung nur dann zu erlauben, wenn die Fahrgeschwindigkeit über einem vor­ gebbaren zugehörigen Schwellwert liegt. Zweckmäßig wird der Schwellwert so gewählt, dass er höher als üblicherweise im Stadtverkehr erreichte Geschwindigkeiten liegt, so dass im Stadtverkehr generell keine Schwefelfreisetzung erfolgt. Bei höheren Geschwindigkeiten ist zudem eine stärkere Verdünnung des emittierten Abgases durch den Fahrtwind gegeben, was eine Geruchsbelästigung durch eventuell geringfügig mit dem Abgas emittierte Schwefelverbindungen weitestgehend ausschließt.

Es versteht sich, dass während der Haupt- oder Teildesulfati­ sierungen das Luftverhältnis nicht unbedingt auf einem konstan­ ten Wert gehalten werden muss, sondern bei Bedarf nach einem herkömmlichen Verfahren variiert werden kann, z. B. zeitgesteu­ ert oder in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines Sensors, z. B. einer Lambdasonde, stromabwärts des Stickoxidspeichers.

Die oben erwähnten Schwellwerte für die seit einer letzten Haupt- bzw. Teildesulfatisierung gespeicherte, d. h. dem Stickoxidspeicher zugeführte Schwefelmasse, welche wesentlich die Häufigkeit der Desulfatisierungsvorgänge bestimmen, können als konstante Werte vorgegeben werden, alternativ aber auch in Abhängigkeit vom Alterungszustand des Stickoxidspeichers. Spe­ ziell kann eine adaptive Anpassung dieser Schwefelmassen- Schwellwerte an die Häufigkeit der Feststellung eines ver­ schlechterten NO_x-Speichervermögens des Stickoxidspeichers vor­ gesehen sein, wodurch die Abstände zwischen aufeinanderfolgen­ den Teil- bzw. Hauptdesulfatisierungen optimal an den tatsäch­ lichen Zustand des Stickoxidspeichers angepasst werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich nicht nur für Otto­ motoren, sondern auch für Dieselmotoren in mobilen und auch stationären Anwendungen sowie für beliebige andere Verbren­ nungseinrichtungen, die ein zu reinigendes, stickstoffhaltiges und Schwefelverunreinigungen enthaltendes Abgas emittieren. Zur Illustration wird nachfolgend auf ein Realisierungsbeispiel der Erfindung für einen Kraftfahrzeug-Ottomotor mit konkreten, bei­ spielhaften Zahlenwerten unter Bezugnahme auf das gezeigte Flussdiagramm eingegangen.

In diesem Verfahrensbeispiel wird zunächst von einem stöchiome­ trischen Betrieb (λ = 1) oder einem Volllastbetrieb mit einem Luftverhältnis λ2 von z. B. 0,90 ausgegangen (Schritt 1). Wenn für Magerbetrieb (λ < 1) die Diagnose einer verschlechterten NO_x- Speicherfähigkeit des Stickoxidspeichers vorliegt und dessen Temperatur T_NSK einen Aufheizstart-Schwellwert T2 von z. B. 520°C erreicht oder überschritten hat (Abfrageschritt 2), wird ein Zusatzaufheizvorgang mit motorischen Heizmaßnahmen und Deakti­ vierung einer Abgaskühlung sowie Einstellung eines leicht fet­ ten Luftverhältnisses λ1 von z. B. 0,99 bzw. Beibehaltung der Volllastanfettung λ2 gestartet, um den Stickoxidspeicher auf mindestens die Hauptdesulfatisierungs-Mindesttemperatur T5 von z. B. 680°C aufzuheizen (Schritt 3).

Sind hingegen diese Aufheizstartbedingungen nicht gegeben, wird in einem nächsten Schritt 4 laufend die dem Stickoxidspeicher zugeführte und in ihm gespeicherte Schwefelmasse ms bestimmt, zum einen bezogen auf die letzte Hauptdesulfatisierung und zum anderen bezogen auf die letzte Teildesulfatisierung. Dann wird abgefragt, ob die Hauptdesulfatisierungsbedingungen vorliegen, d. h. die berechnete Schwefelmasse ms mindestens einen vorgege­ benen Schwellwert m4 von z. B. 5 g erreicht hat und die Stickoxidspeichertemperatur T_NSK größer gleich der Aufheizstart- Mindesttemperatur T2 ist (Schritt 5). Bejahendenfalls wird zum Aufheizschritt 3 gewechselt. Ansonsten wird abgefragt, ob von einer Teil- auf eine Hauptdesulfatisierung überzugehen ist, d. h. ob die berechnete Schwefelmasse ms seit der letzten Haupt­ desulfatisierung einen diesbezüglich vorgegebenen Schwellwert m3 von z. B. 3 g erreicht hat und die Stickoxidspeichertemperatur T_NSK auf oder über einer vorgegebenen Teildesulfatisierungs-Min­ desttemperatur T4 von z. B. 600°C liegt (Schritt 6). Bejahenden­ falls wird wiederum zum Hauptdesulfatisierungs-Aufheizschritt 3 übergegangen.

Ansonsten wird abgefragt, ob die Bedingungen für eine Teil­ desulfatisierungs-Aufheizung vorliegen, d. h. die berechnete Schwefelmasse ms seit der letzten Teildesulfatisierung einen diesbezüglichen Schwellwert ml von z. B. 0,5 g erreicht hat und die Stickoxidspeichertemperatur T_NSK auf oder über der Aufheiz­ start-Mindesttemperatur T2 liegt (Schritt 7). Wenn dies der Fall ist, wird ein Teildesulfatisierungs-Aufheizschritt 8 akti­ viert, um den Stickoxidspeicher auf mindestens die Teildesulfa­ tisierungs-Mindesttemperatur T4 anzuheben. Dazu wird eine eventuelle Abgaskühlung deaktiviert, und es werden geeignete motorische Heizmaßnahmen ergriffen sowie das leicht fette Desul­ fatisierungsluftverhältnis λ1 eingestellt bzw. die Volllastan­ fettung λ2 beibehalten.

Liegen die Teildesulfatisierungs-Aufheizbedingungen nicht vor, wird festgestellt, ob die Stickoxidspeichertemperatur T_NSK auf oder über der Teildesulfatisierungs-Mindesttemperatur T4 liegt (Schritt 9). Bejahendenfalls wird zu einem Aufheizendeschritt 10 übergegangen. Andernfalls wird abgefragt, ob die Bedingungen für eine Sperrung der Magerbetriebsart vorliegen, insbesondere wegen zu kurzer Desulfatisierung (Schritt 11). Bejahendenfalls wird eine eventuell aktive Abgaskühlung deaktiviert (Schritt 12), wonach ein Verfahrenszyklus beendet ist. Ansonsten wird abgefragt, ob sich ein verschlechtertes NO_x-Speichervermögen bei Magerbetrieb ergeben hat (Schritt 13). Bejahendenfalls ist wieder über den Abgaskühlungs-Deaktivierungsschritt 12 das Zy­ klusende erreicht. Letzteres ist auch der Fall, wenn in einem nächsten Abfrageschritt 14 festgestellt wird, dass die Stickoxidspeichertemperatur T_NSK unter einer für Magerbetrieb wünschenswerten Mindesttemperatur T6 von z. B. 250°C liegt.

Andernfalls wird in einem nächsten Schritt 15 die Abgaskühlung aktiviert bzw. aktiv gehalten. Anschließend wird festgestellt, ob die Stickoxidspeichertemperatur T_NSK eine für eine zufrieden­ stellende NO_x-Speicherung erforderliche Mindesttemperatur T7 von z. B. 470°C erreicht hat (Schritt 16). Bejahendenfalls ist das Zyklusende erreicht, andernfalls wird weiter abgefragt, ob das indizierte Motordrehmoment M_i einen vorgebbaren Mindestwert M1 von z. B. 100 Nm aufweist (Schritt 17). Bejahendenfalls ist das Zyklusende erreicht, andernfalls kann eine Magerbetriebs­ phase aktiviert werden (Schritt 18). In deren Verlauf wird lau­ fend überwacht, ob das NO_x-Speichervermögen des Stickoxidspei­ chers nachlässt (Schritt 19) und ob das indizierte Drehmoment M_i einen Magerbetriebsende-Schwellwert M2 von z. B. 110 Nm er­ reicht oder überschritten hat (Schritt 20). Solange beides nicht der Fall ist, wird der Magerbetrieb beibehalten. Andern­ falls erfolgt eine Stickoxiddesorptionsphase mit fettem Luftverhältnis (Schritt 21). Während dieser wird das NO_x-Speicher­ verhalten des Stickoxidspeichers diagnostiziert (Schritt 22), um eine eventuelle Verschlechterung desselben im Magerbetrieb abzufragen (Schritt 23) und bejahendenfalls über eine Deakti­ vierung der Abgaskühlung (Schritt 24) das Zyklusende zu errei­ chen, während ansonsten vor die Temperaturabfrage 14 bezüglich der Mindesttemperatur T6 für zufriedenstellende NO_x-Speicherung zurückgekehrt wird.

Wenn der Hauptdesulfatisierungs-Aufheizschritt 3 aktiviert wur­ de, wird zunächst abgefragt, ob die Stickoxidspeichertemperatur T_NSK unter einen Aufheizabbruch-Mindestwert T1 gefallen ist (Schritt 25). Bejahendenfalls wird zum Aufheizendeschritt 10 mit Desulfatisierungsluftverhältnis λ1 bzw. Volllastanfettung λ2 gesprungen. Andernfalls wird als nächstes abgefragt, ob die Stickoxidspeichertemperatur T_NSK die Teildesulfatisierungs- Mindesttemperatur T4 erreicht hat (Schritt 26), um bejahenden­ falls auf Durchführung einer Teildesulfatisierung zu erkennen und den zugehörigen Zeitzähler zu inkrementieren (Schritt 27). Danach oder ansonsten wird abgefragt, ob die Stickoxidspeicher­ temperatur T_NSK die Hauptdesulfatisierungs-Mindesttemperatur T5 (Schritt 28) erreicht hat, um dies bejahendenfalls als Haupt­ desulfatisierung zu werten und den zugehörigen Zeitzähler zu erhöhen (Schritt 29) und anschließend abzufragen, ob die Haupt­ desulfatisierungsdauer schon einen Zielwert t4 von z. B. 900 s erreicht hat (Schritt 30). Ist dies der Fall, wird nach einer solchermaßen vollständigen Hauptdesulfatisierung zum Aufheizen­ deschritt 10 weitergegangen. Ansonsten wird abgefragt, ob die Hauptdesulfatisierungs-Mindesttemperatur T5 trotz einer vorge­ gebenen maximalen Aufheizdauer t3 von z. B. 600 s nicht erreicht werden konnte (Schritt 31), um bejahendenfalls zum Aufheizende­ schritt 10 weiterzugehen, andernfalls wieder zum Aufheizschritt 3 zurückzukehren.

Wenn der Teildesulfatisierungs-Aufheizschritt 8 aktiviert wur­ de, wird anschließend abgefragt, ob die seit der letzten Haupt­ desulfatisierung gespeicherte Schwefelmasse ms den zum Übergang auf eine Hauptdesulfatisierung maßgeblichen Schwellwert m3 er­ reicht hat und die Stickoxidspeichertemperatur T_NSK mindestens auf der Hauptdesulfatisierungs-Mindesttemperatur T5 liegt, wor­ aufhin zum Hauptdesulfatisierungs-Aufheizschritt 3 gewechselt wird (Schritt 32). Ansonsten wird abgefragt, ob die Stickoxid­ speichertemperatur T_NSK unter den Aufheizabbruch-Mindestwert T1 gefallen ist (Schritt 33), um bejahendenfalls zum Aufheizende­ schritt 10 weiterzugehen und ansonsten festzustellen, ob die Stickoxidspeichertemperatur T_NSK den Teildesulfatisierungs- Mindestwert T4 erreicht hat (Schritt 34). Ist dies der Fall, so wird dies als Teildesulfatisierung erkannt und der zugehörige Zeitzähler inkrementiert (Schritt 35), um anschließend abzufra­ gen, ob die Teildesulfatisierungsdauer einen vorgegebenen Ziel­ wert t2 von z. B. 300 s erreicht hat (Schritt 36). Bejahenden­ falls wird nach einer solchermaßen vollständigen Teildesulfati­ sierung zum Aufheizendeschritt 10 weitergegangen. Ansonsten wird geprüft, ob der Stickoxidspeicher trotz einer seit einer vorgebbaren Maximaldauer t5 von z. B. 300 s laufenden Aufheizung die Teildesulfatisierungs-Mindesttemperatur T4 nicht erreichen konnte (Schritt 37), um bejahendenfalls zum Aufheizendeschritt 10 weiterzugehen, ansonsten aber zum Teildesulfatisierungs- Aufheizschritt zurückzugehen.

Im Anschluss an den Aufheizendeschritt 10 wird abgefragt, ob die Stickoxidspeichertemperatur T_NSK noch mindestens auf der Teildesulfatisierungs-Mindesttemperatur T4 liegt (Schritt 38), um bejahendenfalls auf eine noch andauernde Teildesulfatisie­ rung zu schließen und den zugehörigen Zeitzähler zu inkremen­ tieren (Schritt 39). Danach oder ansonsten wird abgefragt, ob die Stickoxidspeichertemperatur T_NSK noch auf oder über der Hauptdesulfatisierungs-Mindesttemperatur T5 liegt (Schritt 40), um bejahendenfalls auf eine noch andauernde Hauptdesulfatisie­ rung zu schließen und den zugehörigen Zeitzähler zu inkremen­ tieren (Schritt 41). Danach oder ansonsten wird abgefragt, ob die Stickoxidspeichertemperatur T_NSK eine zur Schwefelfreiset­ zung nötige Mindesttemperatur T3 von z. B. 570°C unterschritten hat (Schritt 42).

Solange dies nicht der Fall ist, wird zum Aufheizendeschritt 10 zurückgegangen. Wenn dies hingegen der Fall ist, wird abge­ fragt, ob der Zeitzählwert für die Hauptdesulfatisierung die Zieldauer t4 für vollständige Hauptdesulfatisierung erreicht hat (Schritt 43), um bejahendenfalls die vollständige Haupt­ desulfatisierung zu registrieren und den zugehörigen Zeitzähler zurückzusetzen (Schritt 44) und, soweit vorhanden, auch die Diagnoseinformation über unzureichendes NO_x-Speichervermögen zurückzusetzen (Schritt 45). Da dies auch eine Teildesulfati­ sierung umfasst, erfolgt zusätzlich eine Registrierung als Teildesulfatisierung und eine Rücksetzung des entsprechenden Zeitzählers (Schritt 46). Letzteres erfolgt auch im Fall, dass bei nicht abgeschlossener Hauptdesulfatisierung eine Abfrage über die Teildesulfatisierungsdauer (Schritt 47) ergibt, dass diese ihren Zielwert t2 erreicht hat. Anschließend ist dann das Zyklusende erreicht. Liegt auch noch keine vollständige Teil­ desulfatisierung vor, wird festgestellt, ob eine Teildesulfati­ sierung wenigstens für eine vorgebbare Mindestdauer t1 von z. B. 120 s aktiv war und ob seit einer vorangegangenen Teildesulfati­ sierung die vom Stickoxidspeicher aufgenommene Schwefelmasse ms einen zugehörigen vorgebbaren Schwellwert m2 von z. B. 2 g er­ reicht hat (Schritt 48). Bejahendenfalls entspricht dies Bedin­ gungen, in denen anschließend kein Magerbetrieb zugelassen wer­ den sollte, d. h. es erfolgt eine Magerbetriebssperrung (Schritt 49). Damit ist der Verfahrenszyklus abgeschlossen.

Claims (14)

1. Verfahren zum Betrieb einer Abgasreinigungsanlage mit Stickoxidspeicher zur Reinigung eines stickoxidhaltigen, schwe­ felverunreinigten Abgases einer Verbrennungseinrichtung, insbe­ sondere eines vorwiegend mager betriebenen Otto- oder Dieselmo­ tors eines Kraftfahrzeugs, bei dem von Zeit zu Zeit Desulfatisierungsphasen zur Freisetzung von im Stickoxidspeicher eingelagertem Schwefel durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass für die Desulfatisierungsphasen zwei Desulfatisierungsmo­ di vorgesehen sind, und zwar ein Hauptdesulfatisierungsmodus zur im wesentlichen vollständigen Desulfatisierung des Stickoxidspeichers und ein Teildesulfatisierungsmodus zur par­ tiellen Desulfatisierung desselben, wobei für die Teildesulfa­ tisierungsphasen eine niedrigere Stickoxidspeicher- Mindesttemperatur und eine kürzere Desulfatisierungs-Zieldauer als für die Hauptdesulfatisierungsphasen vorgegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Teildesulfatisierungs-Mindesttemperatur (T4) etwa 600°C und die Hauptdesulfatisierungs-Mindesttemperatur (D5) etwa 680°C betragen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass für die Haupt- und/oder die Teildesulfatisierungsphasen ein je­ weiliger Desulfatisierungszeitzähler vorgesehen ist, der laufend die Zeitdauer erfasst, während der die zugehörigen Haupt- oder Teildesulfatisierungsbedingungen vorliegen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Stickoxid-Speichervermögen des Stickoxidspeichers und die seit einer letzten Hauptdesulfatisierung dem Stickoxidspeicher zugeführte Schwefelmenge überwacht werden und auf die Notwen­ digkeit einer Hauptdesulfatisierung geschlossen wird, wenn das Stickoxid-Speichervermögen um ein vorgebbares Maß abgenommen hat oder die zugeführte Schwefelmenge einen vorgebbaren Haupt­ desulfatisierungs-Schwellwert (m4) überschritten hat.

5. Verfahren nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die seit der letzten Teildesulfatisierung dem Stickoxidspeicher zugeführte Schwefelmenge überwacht wird und auf die Notwendig­ keit einer Teildesulfatisierung geschlossen wird, wenn die zu­ geführte Schwefelmenge einen vorgebbaren Teildesulfatisierungs- Schwellwert (m1) überschritten hat, der kleiner als der Haupt­ desulfatisierungs-Schwefelmengenschwellwert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer seit einer letzten Hauptdesulfatisierung bis zur Er­ kennung der Notwendigkeit einer nächsten Hauptdesulfatisierung ermittelt und anschließende Teildesulfatisierungen in Abständen durchgeführt werden, die einem vorgebbaren Bruchteil dieser Dauer seit einer letzten Hauptdesulfatisierung entsprechen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, dass nach erkannter Notwendigkeit einer Haupt- oder Teildesulfati­ sierung bei unterhalb der zugehörigen Desulfatisierungsmindest­ temperatur liegender Stickoxidspeichertemperatur eine Stickoxidspeicheraufheizung aktiviert wird, sobald die Stickoxidspeichertemperatur im Normalbetrieb der Verbrennungseinrichtung eine vorgebbare Aufheizstart-Mindesttemperatur (T2) überschritten hat, die kleiner als die Desulfatisierungsmin­ desttemperaturen (T4, T5) ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Stickoxidspeicheraufheizung abgebrochen wird, wenn die Stickoxidspeichertemperatur unter eine Aufheizabbruchtemperatur (T1) gefallen ist, die kleiner als die Aufheizstart-Mindesttem­ peratur (T2) ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, weiter dadurch gekennzeichnet, dass von einer Teildesulfatisierung auf eine Hauptdesulfatisierung auch ohne Vorliegen einer erkannten Notwendigkeit für selbige übergegangen wird, wenn die Stickoxidspeichertemperatur bedingt durch den Betriebszustand der Verbrennungseinrichtung während einer Teildesulfatisierung die Hauptdesulfatisierungs-Mindest­ temperatur (T5) erreicht und die seit der letzten Hauptdesulfa­ tisierung dem Stickoxidspeicher zugeführte Schwefelmenge einen vorgebbaren Schwellwert (m3) überschritten hat, der kleiner als der Schwefelmengen-Schwellwert (M4) für die Erkennung der Not­ wendigkeit einer Hauptdesulfatisierung ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, weiter dadurch gekennzeichnet, dass eine Haupt- oder Teildesulfatisierung auch ohne Vorliegen der Notwendigkeit für eine solche aktiviert wird, wenn die Stickoxidspeichertemperatur bedingt durch den Betriebszustand der Verbrennungseinrichtung die Teildesulfatisierungs- Mindesttemperatur (T4) erreicht, wobei eine Hauptdesulfatisie­ rung, wenn die seit der letzten Hauptdesulfatisierung dem Stickoxidspeicher zugeführte Schwefelmenge einen vorgebbaren zugehörigen Schwellwert (m3) überschritten hat, und ansonsten eine Teildesulfatisierung so lange durchgeführt wird, wie die Stickoxidspeichertemperatur nicht unter eine vorgebbare zugehö­ rige Schwefelfreisetzungs-Mindesttemperatur (T3) fällt, die kleiner als die Teildesulfatisierungs-Mindesttemperatur (T4) ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, weiter dadurch gekennzeichnet, dass vor Beenden einer Hauptdesulfatisierung oder Teildesulfatisie­ rung mit Stickoxidspeicher-Zusatzheizmaßnahme zunächst die Zu­ satzheizmaßnahme deaktiviert und danach die Hauptdesulfatisie­ rung oder Teildesulfatisierung deaktiviert wird, sobald die Stickoxidspeichertemperatur unter eine vorgebbare Schwefelfrei­ setzungs-Mindesttemperatur (T3) gesunken ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, weiter dadurch gekennzeichnet, dass eine Magerbetriebssperrung vorgesehen ist, wenn nach Unterbre­ chung einer Teildesulfatisierung deren Dauer kleiner als eine vorgebbare Mindestdauer (t1) geblieben ist und die seit der Un­ terbrechung dem Stickoxidspeicher zugeführte Schwefelmenge ei­ nen vorgebbaren Schwellwert (m2) überschreitet.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für eine Ab­ gasreinigungsanlage eines Kraftfahrzeugmotors mit Schubabschal­ tungsfunktion, weiter dadurch gekennzeichnet, dass eine Schubabschaltung während einer Haupt- oder Teildesulfati­ sierung generell oder dann unterbleibt, wenn die Fahrzeugge­ schwindigkeit über einem vorgebbaren Schwellwert liegt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, weiter dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn einer Haupt- oder einer Teildesulfatisierung ein Volllastbetrieb der Verbrennungseinrichtung unterbleibt.