EP1138898A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Abgasreinigung - Google Patents

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EP1138898A2
EP1138898A2 EP01250100A EP01250100A EP1138898A2 EP 1138898 A2 EP1138898 A2 EP 1138898A2 EP 01250100 A EP01250100 A EP 01250100A EP 01250100 A EP01250100 A EP 01250100A EP 1138898 A2 EP1138898 A2 EP 1138898A2
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EP
European Patent Office
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downstream
storage
catalytic converters
storage catalytic
catalytic converter
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Ekkehard Dr. Pott
Achim Donnerstag
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Volkswagen AG
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Volkswagen AG
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    • F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0828—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
    • F01N3/0842—Nitrogen oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/146—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for exhaust gas purification in a Internal combustion engine with those mentioned in the preamble of the independent claims Characteristics.
  • NO x storage catalysts are usually operated in a storage cycle which comprises at least one usually long absorption mode and a relatively short regeneration mode.
  • NO x storage catalytic converters are mainly used in direct injection systems, which make significant fuel savings possible in so-called stratified charge mode. This enables the safe combustion of extremely lean mixtures in the idle and part-load range with fuel savings of> 40% at idle and around 15% over the entire Eurotest cycle MVEG.
  • the fuel is injected directly into the combustion chamber via electromagnetic nozzle valves.
  • the engine is operated with the throttle valve almost completely open, thus additionally avoiding gas exchange losses. Only from a certain demanded power, the engine must be operated again in conventional operation, in which the throttle valve position determines the amount of the air / fuel mixture drawn.
  • stratified charge operation the NO x storage catalytic converter is operated in the absorption mode. In contrast, in homogeneous operation of the engine, a stoichiometric or a rich air / fuel mixture is supplied for the regeneration of the NO x storage catalytic converter.
  • the operating state for example the NO x loading state or the end of the NO x regeneration of the individual NO x storage catalysts, is detected by means of sensor means arranged in the mixed exhaust gas downstream of the NO x storage catalysts, for example a downstream NO x sensor or a lambda Probe, not possible.
  • the arrangement of sensor means downstream of each NO x storage catalytic converter is therefore more favorable.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a device for exhaust gas purification in an internal combustion engine with at least two regenerable NO x storage catalytic converters arranged in parallel downstream of a branch of an exhaust line, which enable complete regeneration of all NO x storage catalytic converters and at the same time a high degree afford exhaust gas cleaning.
  • the invention is based on the idea of a straight conducted NOx -Regenerationsdorfddling depending on theFromesten time to stop, at which a characteristic of the termination of NO x -Regenerationsdorfdging state parameter value on one of the NO x storage is measured.
  • This procedure makes it possible to regenerate all NO x storage catalysts until an operating state characteristic of the termination of a regeneration measure also occurs on the last of the NO x storage catalysts, so that the NO x storage capacity of all NO x storage catalysts can be used without restriction.
  • the exhaust gas to at least one downstream of the NO x storage catalysts in the exhaust line arranged catalyst is supplied, reducing agents breakthroughs are oxidized at the first in time the regenerated NO x storage catalytic converters and thus rendered harmless.
  • a 3-way catalyst with Rh and Pt and / or Pd as essential noble metal components is preferably suitable for this purpose, but the use of a pure oxidation catalyst with Pt and / or Pd as essential noble metal components is also conceivable.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 1 of a motor vehicle, which is only shown schematically and can preferably be operated in stratified charge mode, with a downstream exhaust line 2 and with an engine control unit 5 for evaluating and influencing operating parameters of the internal combustion engine 1.
  • the exhaust line 2 has two regenerable NO x storage catalytic converters 3 and 4 , which are arranged downstream of a branch 7 in the exhaust line 2.
  • a pre-catalytic converter 15 is arranged in the exhaust line 2 upstream of the branch 7.
  • the exhaust line 2 also has a junction 8 downstream of the NO x storage catalytic converters 3 and 4 and a catalytic converter 9 connected downstream of the junction, preferably a conventional 3-way catalytic converter.
  • a junction 8 downstream of the NO x storage catalytic converters 3 and 4 and a catalytic converter 9 connected downstream of the junction, preferably a conventional 3-way catalytic converter.
  • lambda probes 10, 11, 12 are arranged upstream or downstream of the NO x storage catalytic converters 3 and 4.
  • the sensors 11, 12 downstream of the NO x storage catalytic converters 3 and 4 can also be designed as NO x sensors and in this case deliver a NO x signal that selectively represents the NO x concentration in the exhaust gas, as well as a corresponding signal for the oxygen concentration .
  • the engine control unit 5 detects in a manner known per se via a temperature sensor 14 and other sensors, not shown, operating parameters of the internal combustion engine 1 such as Exhaust gas temperature, load, speed, raw emissions history or the like and these About actuators, not shown, such as electromagnetic nozzle valves or a throttle valve in the air supply of the internal combustion engine 1 if necessary influence.
  • operating parameters of the internal combustion engine 1 such as Exhaust gas temperature, load, speed, raw emissions history or the like and these About actuators, not shown, such as electromagnetic nozzle valves or a throttle valve in the air supply of the internal combustion engine 1 if necessary influence.
  • actuators not shown, such as electromagnetic nozzle valves or a throttle valve in the air supply of the internal combustion engine 1 if necessary influence.
  • a cable system 16 intended for communication between the engine control unit 5 and the Internal combustion engine 1 or the actuators.
  • the engine control unit 5 comprises, in particular, a lambda control system which signals the Lambda probe 10 and the sensors 11 and 12 evaluated and depending on Operating state of the catalysts 3, 4 and 15 a change in the operating parameters of the Internal combustion engine 1 for exhaust gas control.
  • the loading with NO x and the NO x reduction power can be determined in a manner known per se for each of the NO x storage catalysts 3 and 4.
  • a regeneration measure can be initiated, for example, as a function of the NO x loading of the NO x storage catalytic converters 3 and 4, by switching from a lean to a rich air / fuel mixture. This can be triggered, for example, by the more heavily loaded catalyst or the catalyst with faster occurring and / or higher NO x breakthroughs.
  • the lambda signal is evaluated in a manner known per se in order to initiate a regeneration measure.
  • the NO x storage catalytic converters 3 and 4 are regenerated if the operating state of the internal combustion engine requires it anyway, such as in the warm-up phase during acceleration and full load if a rich air / fuel mixture is used.
  • a NO x regeneration measure that has just been carried out is terminated as a function of the latest point in time at which a state parameter value characteristic of the termination of a NO x regeneration measure is measured on one of the NO x storage catalytic converters.
  • the regeneration measure when the regeneration measure is ended, it is taken into account that in general each of the NO x storage catalytic converters 3 and 4 reaches an operating state at a different point in time, which requires the regeneration measure to be terminated.
  • Such operating conditions are, for example, a reductant breakthrough on one of the NO x storage catalysts 3 and 4, a minimum in the NO x concentration after switching to a rich air / fuel mixture or a brief NO x desorption peak. Since the termination of the regeneration measure necessarily affects all NO x storage catalytic converters 3 and 4 by design, the termination of the regeneration measure according to the invention ensures that each of the NO x storage catalytic converters 3 and 4 is completely regenerated.
  • the engine control unit 5 has a control device 6, with the aid of which the signals from the sensors 11, 12 are evaluated.
  • the control device 6, which may also be a separate component, determines the latest point in time at which a state parameter value characteristic of the completion of the regeneration measure occurs on one of the NO x storage catalytic converters 3 and 4.
  • a control signal is then fed from the control device 6 to the engine control 5, and the NO x regeneration measure is ended by the engine control 5 by activating corresponding actuators on the internal combustion engine 1.
  • the NO x control device 6 can be implemented, for example, by a microcontroller with a CPU, a program memory, a data memory and input and output interfaces. In order to determine the latest point in time for the end of the regeneration measure, the sorting algorithm known per se is used by the control device 6.
  • the catalytic converter 9 is arranged in the exhaust line 2 downstream of the junction 8 for effective exhaust gas purification.
  • a lower reduction agent requirement generally occurs during a regeneration measure because of a lower NO x storage capacity.
  • the oxygen storage capacity of the downstream catalytic converter 9 must therefore be dimensioned sufficiently so that the correspondingly higher amounts of reducing agents can be catalytically converted even in the case of partially damaged NO x storage catalytic converters 3, 4. This avoids additional pollution of the environment with hydrocarbons and carbon monoxide.
  • the catalytic converter 9 is preferably designed in such a way that approximately 30% of the total reducing agent supplied to the NO x storage catalytic converters 3 and 4 can be broken down. This corresponds to a design of the catalytic converter 9, in which about 0.1 gram of O 2 storage capacity is stored per gram of NO 2 storable NO 2 before initiation of the NO x regeneration mode for the NO x storage catalytic converters 3, 4.
  • a sensor 13 preferably a Lambda probe, downstream of the catalytic converter 9 for monitoring the functionality intended.
  • the signal from the sensor 13 is the control device 6 or the Engine control unit 5 supplied.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the invention, in which there is no merging of the exhaust line 2 downstream of the NO x storage catalytic converters 3, 4. This is necessary, for example, if the downstream catalyst also has to be divided for packing reasons. Accordingly, an exhaust gas branch 2 with a downstream catalytic converter 9 is connected to the NO x storage catalytic converter 3 and an exhaust gas branch 2 a with a further catalytic converter 9 a is connected to the NO x storage catalytic converter 4.
  • the design of the catalytic converters 9, 9a which are preferably implemented as 3-way catalytic converters, is again to be dimensioned in such a way that the reductant which has been broken through can be converted safely.
  • the catalysts 9, 9a can be monitored by downstream sensors 13, 13a. Lambda probes are preferably provided for this. The signal from the sensors 13, 13a is fed to the control device 6 or the engine control 5 and causes an NO x regeneration measure to be terminated if a reduction agent breakdown of a predetermined level is detected.
  • the termination of a NO x regeneration measure according to the invention enables safe and efficient exhaust gas purification in an internal combustion engine with at least two regenerable NO x storage catalytic converters arranged in parallel after a branch in the exhaust line.

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Abstract

Das Verfahren betrifft die Abgasreinigung bei einem Verbrennungsmotor mit mindestens zwei parallel stromabwärts einer Abzweigung (7) eines Abgasstranges (2) angeordneten durch ein im Abgas enthaltenes Reduktionsmittel regenerierbaren NOX-Speicherkatalysatoren (3,4), denen zur individuellen Messung von Zustandsparametern jeweils stromabwärts ein Sensor (11,12), beispielsweise ein NOX-Sensor oder eine Lambdasonde, zugeordnet ist. Das Abgas wird zumindest einem stromabwärts der NOX-Speicherkatalysatoren im Abgasstrang angeordneten Katalysator (9), vorzugsweise einem 3-Wege-Katalysator zugeführt. In Abhängigkeit von den Zustandsparameter-Werten der NOX-Speicherkatalysatoren werden NOX-Regenerationsmaßnahmen durchgeführt. Erfindungsgemäß wird eine gerade durchgeführte NOX-Regenerationsmaßnahme in Abhängigkeit von dem spätesten Zeitpunkt beendet, an dem ein für die Beendigung einer NOX-Regenerationsmaßnahme charakteristischer Zustandsparameter-Wert an einem der NOX-Speicherkatalysatoren gemessen wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgasreinigung für einen Verbrennungsmotor weist stromabwärts der NOX-Speicherkatalysatoren Sensoren zur individuellen Erfassung von Zustandsparameter-Werten der NOX-Speicherkatalysatoren auf, die einem Motorsteuergerät zur Auswertung und Beeinflussung von Betriebsparametern des Verbrennungsmotor zuführbar sind. Das Motorsteuergerät weist eine Kontrolleinrichtung (6) auf, um in Abhängigkeit von dem spätesten Zeitpunkt an dem ein für eine Beendigung einer NOX-Regenerationsmaßnahme charakteristischer Zustandsparameter-Wert an einem der NOX-Speicherkatalysatoren gemessen wird, eine gerade durchgeführte NOX-Regenerationsmaßnahme zu beenden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgasreinigung bei einem Verbrennungsmotor mit den im Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche genannten Merkmalen.
Üblicherweise bestehen moderne Abgasreinigungssysteme aus einem Vorkatalysator mit einem nachgeschalteten NOx-Speicherkatalysator. Hiermit wird berücksichtigt, dass mit dem bisher üblichen 3-Wege-Katalysator allein das Problem, leistungsfähige und zugleich umweltfreundliche Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge zu entwickeln, nicht zu lösen ist. Nur wenn Luft und Kraftstoff im genau definierten stöchiometrischen Verhältnis dem Motor zugeführt werden, können die beim Betrieb des Motors entstehenden Abgase zu unschädlichen Gaskomponenten reduziert werden. Die stöchiometrische Betriebsart mit einem so genannten Lambda-Wert = 1 des Luft/Kraftstoffgemischs ist jedoch nicht die verbrauchsgünstigste. Ein wesentlich geringerer Kraftstoffverbrauch kann bei etwa zweifachem Luftüberschuss im Luft/Kraftstoffgemisch, das heißt bei einem Lambda-Wert von zirka 2, erreicht werden.
Da die herkömmlichen Katalysatoren bei Luftüberschuss die entstehenden Stickoxyde (NOx) nicht mehr reduzieren können, ist diese Betriebsart ohne weitere Maßnahmen unter dem Gesichtspunkt der Umweltbelastung nicht zu vertreten.
Stickoxyde können durch einen Speicherkatalysator unter bestimmten Randbedingungen bei einem Lambda-Wert > 1 einen begrenzten Zeitraum absorptiv gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt bei einem Lambda-Wert < 1 oder = 1 wieder ausgespeichert und dann durch im Abgas enthaltene, als Reduktionsmittel wirkende, Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxydbestandteile katalytisch zu unschädlichen Gasen reduziert werden.
Üblicherweise werden NOx-Speicherkatalysatoren in einem Speicherzyklus betrieben, der zumindest einen üblicherweise langen Absorptionsmodus und einen relativ kurzen Regenerationsmodus umfasst.
Ist aus Packungsgründen der Einsatz eines einzelnen NOx-Speicherkatalysators nicht möglich, wird ein Abgasstrang geteilt und das Abgas zwei parallel geschalteten NOx-Speicherkatalysatoren zugeleitet.
Eine solche Lösung wird zum Beispiel bei allradgetriebenen Fahrzeugen verwendet, bei denen die Kardanwelle die Anordnung eines einzelnen zylindrischen NOx-Katalysators unmöglich macht. Andererseits ist bei turboaufgeladenen Motoren mit einem einzelnen Turbolader die Anordnung von zwei vollkommen autarken Abgassträngen aus zwei Vorkatalysatoren und zwei NOx-Speicherkatalysatoren nicht möglich.
NOx-Speicherkatalysatoren finden vorwiegend Anwendung bei Direkteinspritzsystemen, die im so genannten Schichtladbetrieb bedeutende Kraftstoffeinsparungen möglich machen. Hiermit ist eine sichere Verbrennung äußerst magerer Gemische im Leerlauf- und Teillastbereich mit Kraftstoffeinsparungen von > 40 % im Leerlauf und zirka 15 % über den gesamten Eurotestzyklus MVEG möglich. Der Kraftstoff wird über elektromagnetische Düsenventile direkt in den Brennraum eingespritzt. Dabei wird der Motor mit nahezu vollständig geöffneter Drosselklappe betrieben, womit zusätzlich Ladungswechselverluste vermieden werden. Erst ab einer gewissen abverlangten Leistung muss der Motor wieder im konventionellen Betrieb, bei dem die Drosselklappenstellung die Menge des angesaugten Luft/Kraftstoffgemischs bestimmt, betrieben werden. Während des Schichtladebetriebs wird der NOx-Speicherkatalysator im Absorptionsmodus betrieben. Im Homogenbetrieb des Motors wird dagegen ein stöchiometrisches oder für die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators ein fettes Luft/Kraftstoffgemisch zugeführt.
Beim Einsatz von mehr als einem NOx-Speicherkatalysator kann deren gleichmäßige Beaufschlagung mit NOx nicht unterstellt werden, da Funktion und Wirkungsgrad eines NOx-Speicherkatalysators von einer Vielzahl von Einflussfaktoren abhängig sind. Jedoch ist eine Erfassung des Betriebszustandes, beispielsweise des NOx-Beladungszustandes beziehungsweise des Endes der NOx-Regeneration der einzelnen NOx-Speicherkatalysatoren über im Mischabgas hinter den NOx-Speicherkatalysatoren angeordnete Sensormittel, beispielsweise eines nachgeschalteten NOx-Sensors oder einer Lambda-Sonde, nicht möglich.
Günstiger ist daher die Anordnung von Sensormitteln stromabwärts jedes NOx-Speicherkatalysators. Bei der Steuerung der NOx-Regeneration stellt sich dabei das Problem, den Endzeitpunkt des Regenerationsmodus unter der Bedingung festzulegen, dass die NOx-Regeneration durch das Abgas bei mehreren parallel geschalteten NOx-Speicherkatalysatoren zwangsweise zeitgleich geschieht. Insbesondere muss hier vermieden werden, dass einer oder mehrere der Katalysatoren permanent nur teilregeneriert werden, wodurch ihr NOx-Speicherkapazität zunehmend eingeschränkt würde.
Andererseits besteht die Gefahr, dass ein relativ zu den anderen NOx-Speicherkatalysatoren schnell regenerierter Katalysator einen Reduktionsmitteldurchbruch erleidet, mit der Folge einer Freisetzung von Kohlenwasserstoffen in die Umwelt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Angabe eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Abgasreinigung bei einem Verbrennungsmotor mit mindestens zwei parallel stromabwärts einer Abzweigung eines Abgasstrangs angeordneten regenerierbaren NOx-Speicherkatalysatoren, die eine vollständige Regeneration aller NOx-Speicherkatalysatoren ermöglichen und gleichzeitig einen hohen Grad an Abgasreinigung leisten.
Diese Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Erfindung geht von der Idee aus, eine gerade durchgeführte NOx-Regenerationsmaßnahme in Abhängigkeit von dem spätesten Zeitpunkt zu beenden, an dem ein für die Beendigung einer NOx-Regenerationsmaßnahme charakteristischer Zustandsparameter-Wert an einem der NOx-Speicherkatalysatoren gemessen wird. Dieses Vorgehen ermöglicht es, sämtliche NOx-Speicherkatalysatoren zu regenerieren, bis auch am zeitlich letzten der NOx-Speicherkatalysatoren ein für eine Beendigung einer Regenerationsmaßnahme charakteristischer Betriebszustand auftritt, so dass das NOx-Speichervermögen aller NOx-Speicherkatalysatoren uneingeschränkt genutzt werden kann. Wenn das Abgas zumindest einem stromabwärts der NOx-Speicherkatalysatoren im Abgasstrang angeordneten Katalysator zugeführt wird, werden Reduktionsmitteldurchbrüche bei den zeitlich zuerst regenerierten NOx-Speicherkatalysatoren oxidiert und damit unschädlich gemacht. Hierzu eignet sich vorzugsweise ein 3-Wege-Katalysator mit Rh und Pt und/oder Pd als wesentliche Edelmetallkomponenten, denkbar ist jedoch auch der Einsatz eines reinen Oxydationskatalysators mit Pt und/oder Pd als wesentliche Edelmetallkomponenten.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen.
In den Zeichnungen zeigen in schematischer Darstellung
Figur 1
einen Verbrennungsmotor mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasreinigung mit zwei NOx-Speicherkatalysatoren und einem stromabwärts der NOx-Speicherkatalysatoren im Abgasstrang angeordneten Katalysator und
Figur 2
einen Verbrennungsmotor mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasreinigung mit zwei NOx-Speicherkatalysatoren und zwei stromabwärts der NOx-Speicherkatalysatoren im Abgasstrang angeordneten Katalysatoren.
Figur 1 zeigt einen nur schematisch dargestellten, vorzugsweise im Schichtladebetrieb betreibbaren Verbrennungsmotor 1 eines Kraftfahrzeugs mit einem nachgeschalteten Abgasstrang 2 sowie mit einem Motorsteuergerät 5 zur Auswertung und Beeinflussung von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors 1. Der Abgasstrang 2 weist zwei regenerierbare NOx-Speicherkatalysatoren 3 und 4 auf, die stromabwärts einer Abzweigung 7 im Abgasstrang 2 angeordnet sind. Stromaufwärts der Abzweigung 7 ist ein Vorkatalysator 15 im Abgasstrang 2 angeordnet.
Der Abgasstrang 2 weist ferner eine Zusammenführung 8 stromabwärts der NOx-Speicherkatalysatoren 3 und 4 auf sowie einen der Zusammenfügung nachgeschalteten Katalysator 9, vorzugsweise einen konventionellen 3-Wege-Katalysator. Zur Erfassung des Lambda-Wertes des Abgases im Bereich des Vorkatalysators 15 beziehungsweise der NOx-Speicherkatalysatoren 3 und 4 sind Lambda-Sonden 10, 11, 12 stromaufwärts beziehungsweise stromabwärts der NOx-Speicherkatalysatoren 3 und 4 angeordnet. Die Sensoren 11, 12 stromabwärts der NOx-Speicherkatalysatoren 3 und 4 können auch als NOx-Sensoren ausgeführt sein und liefern in diesem Fall ein selektiv die NOx-Konzentration im Abgas repräsentierendes NOx-Signal, sowie ein entsprechendes Signal für die Sauerstoffkonzentration.
Das Motorsteuergerät 5 erfasst in an sich bekannter Weise über einen Temperatursensor 14 und weitere nicht dargestellte Sensoren Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 1 wie Abgastemperatur, Last, Drehzahl, Rohemissionsverlauf oder dergleichen und kann diese über nicht dargestellte Stellglieder, wie beispielsweise elektromagnetische Düsenventile oder eine Drosselklappe in der Luftzuführung des Verbrennungsmotors 1 gegebenenfalls beeinflussen. Zur Kommunikation zwischen dem Motorsteuergerät 5 und dem Verbrennungsmotor 1 beziehungsweise den Stellgliedern ist ein Kabelsystem 16 vorgesehen.
Das Motorsteuergerät 5 umfasst insbesondere eine Lambda-Regelung, die die Signale der Lambda-Sonde 10 sowie der Sensoren 11 und 12 auswertet und in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Katalysatoren 3, 4 und 15 eine Veränderung der Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 1 zur Abgasregelung vornimmt.
Aufgrund ihrer Anordnung im Abgasstrang 2 vor der Zusammenführung 8 ist es möglich, mit den Sensoren 11 und 12 die Zustandsparameter-Werte der NOx-Speicherkatalysatoren 3 und 4 individuell zu erfassen. Mit NOx-Sensoren kann für jeden der NOx-Speicherkatalysatoren 3 und 4 insbesondere die Beladung mit NOx sowie die NOx-Reduktionsleistung in an sich bekannter Weise bestimmt werden. In ebenfalls an sich bekannter Weise kann beispielsweise in Abhängigkeit von der NOx-Beladung der NOx-Speicherkatalysatoren 3 und 4 eine Regenerationsmaßnahme durch Umschalten von einem mageren auf ein fettes Luft/Kraftstoffgemisch eingeleitet werden. Dies kann beispielsweise durch den höher beladenen Katalysator beziehungsweise den Katalysator mit schneller auftretenden und/oder höheren NOx-Durchbrüchen ausgelöst werden. Bei Verwendung von Lambda-Sonden erfolgt in an sich bekannter Weise eine Auswertung des Lambda-Signals um eine Regenerationsmaßnahme einzuleiten. Darüber hinaus erfolgt eine Regeneration der NOx-Speicherkatalysatoren 3 und 4, falls der Betriebszustand des Verbrennungsmotors es ohnehin erfordert, wie beispielsweise in der Warmlaufphase bei Beschleunigung und Volllast, wenn ein fettes Luft/Kraftstoffgemisch eingesetzt wird.
Eine gerade durchgeführte NOx-Regenerationsmaßnahme wird in Abhängigkeit von dem spätesten Zeitpunkt beendet, an dem ein für die Beendigung einer NOx-Regenerationsmaßnahme charakteristischer Zustandsparameter-Wert an einem der NOx-Speicherkatalysatoren gemessen wird. Erfindungsgemäß wird bei der Beendigung der Regenerationsmaßnahme berücksichtigt, dass im Allgemeinen jeder der NOx-Speicherkatalysatoren 3 und 4 zu einem unterschiedlichen Zeitpunkt einen Betriebszustand erreicht, der eine Beendigung der Regenerationsmaßnahme erfordert. Solche Betriebszustände sind beispielsweise ein Reduktionsmitteldurchbruch an einem der NOx-Speicherkatalysatoren 3 und 4, ein Minimum in der NOx-Konzentration nach dem Umschalten auf ein fettes Luft/Kraftstoffgemisch oder ein kurzzeitiger NOx-Desorptionspeak. Da die Beendigung der Regenerationsmaßnahme sich konstruktionsbedingt zwangsweise auf sämtliche NOx-Speicherkatalysatoren 3 und 4 auswirkt, ist durch die erfindungsgemäße Beendigung der Regenerationsmaßnahme gewährleistet, dass jeder der NOx-Speicherkatalysatoren 3 und 4 vollständig regeneriert wird.
Um eine Regenerationsmaßnahme erfindungsgemäß zu beenden, weist das Motorsteuergerät 5 eine Kontrolleinrichtung 6 auf, mit deren Hilfe die Signale der Sensoren 11, 12 ausgewertet werden. Die gegebenenfalls auch als separates Bauteil ausgeführte Kontrolleinrichtung 6 ermittelt hierfür den spätesten Zeitpunkt, zu dem ein für die Beendigung der Regenerationsmaßnahme charakteristischer Zustandsparameter-Wert an einem der NOx-Speicherkatalysatoren 3 und 4 auftritt.
Daraufhin wird von der Kontrolleinrichtung 6 der Motorsteuerung 5 ein Kontrollsignal zugeführt und von der Motorsteuerung 5 die NOx-Regenerationsmaßnahme über die Aktivierung entsprechender Stellglieder am Verbrennungsmotor 1 beendet. Die NOx-Kontrolleinrichtung 6 kann beispielsweise durch einen Mikrocontroller mit einer CPU, einem Programmspeicher, einem Datenspeicher und Eingabe- und Ausgabeschnittstellen realisiert sein. Zur Ermittlung des spätesten Zeitpunkts für die Beendigung der Regenerationsmaßnahme werden von der Kontrolleinrichtung 6 an sich bekannte Sortieralgorithmus eingesetzt.
Da an einem bereits regenerierten NOx-Speicherkatalysator Reduktionsmitteldurchbrüche mit einer gewissen Menge nicht verbrauchter Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxydbestandteile auftreten, ist für die wirksame Abgasreinigung der Katalysator 9 im Abgasstrang 2 stromabwärts der Zusammenführung 8 angeordnet. Bei einem teilgeschädigten NOx-Speicherkatalysator 3, 4 tritt im Allgemeinen wegen einer geringeren NOx-Speicherfähigkeit ein geringerer Reduktionsmittelbedarf während einer Regenerationsmaßnahme auf. Die Sauerstoff-Speicherkapazität des nachgeschalteten Katalysators 9 ist daher so ausreichend zu bemessen, dass auch bei teilgeschädigten NOx-Speicherkatalysatoren 3, 4 die entsprechend höheren Mengen an Reduktionsmitteln katalytisch umgesetzt werden können. Damit wird eine zusätzliche Belastung der Umwelt mit Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd vermieden. Vorzugsweise ist der Katalysator 9 so ausgelegt, dass zirka 30 % des gesamten durch den Abgasstrang 2 den NOx-Speicherkatalysatoren 3 und 4 zugeführten Reduktionsmittels abgebaut werden können. Dies entspricht einer Auslegung des Katalysators 9, bei der pro Gramm speicherbares NO2 vor Einleitung des NOx-Regenerationsmodus für die NOx-Speicherkatalysatoren 3, 4 zirka 0,1 Gramm O2-Speicherfähigkeit vorgehalten wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Sensor 13, vorzugsweise eine Lambda-Sonde, stromabwärts des Katalysators 9 zur Überwachung der Funktionsfähigkeit vorgesehen. Das Signal des Sensors 13 wird der Kontrolleinrichtung 6 oder dem Motorsteuergerät 5 zugeführt.
Bei Auftreten von Reduktionsmitteldurchbrüchen an dem Katalysator 9 vor Beendigung einer NOx-Regenerationsmaßnahme an den NOx-Speicherkatalysatoren 3 und 4, wird die NOx-Regeneration auch bei nicht vollständig regenerierten NOx-Speicherkatalysatoren 3, 4 beendet, um eine hohe Qualität der Abgasreinigung zu gewährleisten.
Figur 2 zeigt eine alternative Ausführung der Erfindung, bei der keine Zusammenführung des Abgasstrangs 2 stromabwärts der NOx-Speicherkatalysatoren 3, 4 vorgesehen ist. Dies ist beispielsweise erforderlich, wenn auch der nachgeschaltete Katalysator aus Packungsgründen geteilt werden muss. Dementsprechend ist an dem NOx-Speicherkatalysator 3 ein Abgasstrangzweig 2 mit einem nachgeschalteten Katalysator 9 und an den NOx-Speicherkatalysator 4 ein Abgasstrangzweig 2a mit einem weiteren Katalysator 9a angeschlossen. Die Auslegung der vorzugsweise als 3-Wege-Katalysatoren realisierten Katalysatoren 9, 9a ist wieder so zu bemessen, dass eine sichere Umsetzung von durchgebrochenem Reduktionsmittel möglich ist. Eine Überwachung der Katalysatoren 9, 9a kann durch nachgeschaltete Sensoren 13, 13a erfolgen. Vorzugsweise sind hierfür Lambda-Sonden vorgesehen. Das Signal der Sensoren 13, 13a wird der Kontrolleinrichtung 6 oder der Motorsteuerung 5 zugeführt und veranlasst eine Beendigung einer NOx-Regenerationsmaßnahme, falls ein Reduktionsmitteldurchbruch vorgegebener Höhe detektiert wird.
Insgesamt ermöglicht die erfindungsgemäße Beendigung einer NOx-Regenerationsmaßnahme eine sichere und effiziente Abgasreinigung bei einem Verbrennungsmotor mit mindestens zwei parallel nach einer Abzweigung im Abgasstrang angeordneten regenerierbaren NOx-Speicherkatalysatoren.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Abgasreinigung bei einem Verbrennungsmotor mit mindestens zwei parallel stromabwärts einer Abzweigung eines Abgasstranges angeordneten durch ein im Abgas enthaltenes Reduktionsmittel regenerierbaren NOx-Speicherkatalysatoren, denen zur individuellen Messung von Zustandsparametern jeweils stromabwärts ein Sensor, beispielsweise ein NOx-Sensor und/oder eine Lambdasonde, zugeordnet ist und wobei das Abgas zumindest einem stromabwärts der NOx-Speicherkatalysatoren im Abgasstrang angeordneten Oxydationskatalysator, vorzugsweise einem 3-Wege-Katalysator zugeführt wird und in Abhängigkeit von den Zustandsparameter-Werten der NOx-Speicherkatalysatoren NOx-Regenerationsmaßnahmen durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine gerade durchgeführte NOx-Regenerationsmaßnahme in Abhängigkeit von einem der NOx-Speicherkatalysatoren beendet wird, für den zu einem späteren, insbesondere letzten Zeitpunkt ein für die Beendigung der NOx-Regenerationsmaßnahme charakteristischer Zustandsparameter-Wert gemessen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als charakteristischer Zustandsparameter-Wert für die Beendigung einer NOx-Regenerationsmaßnahme ein vorgegebener Lambdawert des Abgases stromabwärts eines NOx-Speicherkatalysators gewählt wird.
  3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffspeicherkapazität des stromabwärts der NOx-Speicherkatalysatoren im Abgasstrang angeordneten Oxydationskatalysators ausreichend hoch bemessen ist, um die bei einem teilgeschädigten NOx-Speicherkatalysator durchbrechende Menge an Reduktionsmittel zu mindestens 50 %, insbesondere mindestens 90 %, abzubauen.
  4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffspeicherkapazität des stromabwärts der NOx-Speicherkatalysatoren im Abgasstrang angeordneten Oxydationskatalysators ausreichend hoch bemessen ist, um mindestens 20 %, vorzugsweise mindestens 30 % des die NOx-Speicherkatalysatoren während einer NOx-Regeneration anströmenden Reduktionsmittels abzubauen.
  5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem/den stromabwärts der NOx-Speicherkatalysatoren im Abgasstrang angeordneten Oxydationskatalysator(en) pro Gramm in den NOx-Speicherkatalysatoren speicherbares NOx mindestens 0,07 g, insbesondere 0,1 g Sauerstoff vorgehalten wird.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand des stromabwärts der NOx-Speicherkatalysatoren im Abgasstrang angeordneten Oxydationskatalysators mittels eines stromabwärts angeordneten Sensors, beispielsweise einer Lambda-Sonde bestimmt wird.
  7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der stromabwärts der NOx-Speicherkatalysatoren im Abgasstrang angeordneten Oxydationskatalysator auf das Auftreten eines Reduktionsmitteldurchbruchs hin überwacht wird und bei Auftreten eines Reduktionsmitteldurchbruchs vorgegebener Höhe eine gerade durchgeführte NOx-Regenerationsmaßnahme beendet wird.
  8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die NOx-Regenerationsmaßnahme in Abhängigkeit von der NOx-Beladung der NOx-Speicherkatalysatoren eingeleitet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die NOx-Regenerationsmaßnahme in Abhängigkeit von dem ersten Zeitpunkt eingeleitet wird, zu dem an einem der NOx-Speicherkatalysatoren ein NOx-Durchbruch vorgegebener Höhe auftritt.
  10. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der NOx-Speicherkatalysatoren das Abgas zumindest einem Vorkatalysator zugeführt wird.
  11. Vorrichtung zur Abgasreinigung für einen Verbrennungsmotor mit mindestens zwei parallel stromabwärts einer Abzweigung (7) im Abgasstrang angeordneten durch im Abgas enthaltenes Reduktionsmittel regenerierbaren NOx-Speicherkatalysatoren und zumindest einem stromabwärts der NOx-Speicherkatalysatoren angeordneten Oxydationskatalysator, vorzugsweise einem 3-Wege-Katalysator, wobei stromabwärts der NOx-Speicherkatalysatoren Sensoren zur individuellen Erfassung von Zustandsparameter-Werten der NOx-Speicherkatalysatoren vorgesehen sind, die einem Motorsteuergerät zur Auswertung und Beeinflussung von Betriebsparametern des Verbrennungsmotor zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuergerät eine Kontrolleinrichtung aufweist, um in Abhängigkeit von einem späteren, insbesondere dem letzten Zeitpunkt, an dem ein für eine Beendigung einer NOx-Regenerationsmaßnahme charakteristischer Zustandsparameter-Wert an einem der NOx-Speicherkatalysatoren gemessen wird, eine gerade durchgeführte NOx-Regenerationsmaßnahme zu beenden.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasstrangszweige stromabwärts der NOx-Speicherkatalysatoren und stromaufwärts des nachgeschalteten Oxydationskatalysators an einer Zusammenführungsstelle wieder zusammengeführt werden.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasstrangzweige stromabwärts der NOx-Speicherkatalysatoren geteilt bleiben und in jedem Abgasstrangzweig jeweils mindestens ein nachgeschalteter Oxydationskatalysator, vorzugsweise 3-Wege-Katalysator, angeordnet ist.
  14. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts jedes dem NOx-Speicherkatalysator nachgeschalteten Oxydationskatalysators Sensormittel zur Überwachung des Betriebszustandes dieses betreffenden Oxydationskatalysators angeordnet sind.
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