DE10017203A1

DE10017203A1 - Verfahren zur Entschwefelung eines im Abgasstrang einer Diesel-Brennkraftmaschine angeordneten Oxidationskatalysators

Info

Publication number: DE10017203A1
Application number: DE10017203A
Authority: DE
Inventors: Henning Loerch; Kurt Bluhm
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2001-10-11
Also published as: JP2003531991A; US20030051469A1; CN1418287A; WO2001077507A1; EP1268998A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Entschwefelung eines im Abgasstrang einer Diesel-Brennkraftmaschine 1 angeordneten Oxidationskatalysators 8 vorgeschlagen, wobei die Diesel-Brennkraftmaschine 1 bei einem Lambdawert lambda1 von ca. 0,98 bis 0,99 und einer Abgastemperatur T1 von mindestens 350 DEG C betrieben wird. Dadurch wird das durch Schwefel beeinträchtigte Oxidationsvermögen des Oxidationskatalysators 8 innerhalb kurzer Zeit und bei moderaten Abgastemperaturen wieder hergestellt, so dass Diesel-Brennkraftmaschinen zumindest vorübergehend auch mit schwefelhaltigem Kraftstoff betrieben werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entschwefelung eines im Abgasstrang einer Diesel-Brennkraftmaschine angeordneten Oxidationska talysators. Solche Oxidationskatalysatoren werden bei Diesel-Brennkraft maschinen eingesetzt, um durch die Oxidation von Stickoxiden die Tieftem peraturregeneration eines im Abgasstrang nachgeschalteten Rußfilters zu ermöglichen.

In Verbindung mit der Entschwefelung von NO_x-Speicherkatalysatoren ist es bekannt, Diesel-Brennkraftmaschinen bei einem Luft-/Kraftstoffverhältnis Lambda, das deutlich unterhalb von 1 liegt, und bei einer Abgastemperatur, die oberhalb von 550°C liegt, zu betreiben. Die Entschwefelung von NO_x- Speicherkatalysatoren zur Wiederherstellung von deren Speicherfähigkeit für NO_x benötigt jedoch relativ lange.

Dagegen ist die Entschwefelung von Oxidationskatalysatoren zur Wieder herstellung von deren Oxidationsfähigkeit aber noch wesentlich problemati scher. Denn der Versuch, Oxidationskatalysatoren durch hohe Temperatu ren, hohe Lasten sowie hohe Drehzahlen von dem in Form von Sulfaten auf der Oberfläche gebundenen Schwefel zu befreien, ergab eine nur unzurei chende Entschwefelung. Außerdem besteht bei einem derartigen Vorgehen aufgrund der hohen Temperaturen die Gefahr einer thermischen Schädigung der Oxidationskatalysatoren.

Demzufolge ist man bisher darauf angewiesen, eine Diesel-Brennkraft maschine nur mit schwefelarmem bzw. schwefelfreiem Kraftstoff zu betrei ben, um die Regeneration eines dem Oxidationskatalysator nachgeschalte ten Rußfilters zu ermöglichen und somit ein Liegenbleiben der Diesel- Brennkraftmaschine zu vermeiden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Entschwefelung eines im Abgasstrang der Die sel-Brennkraftmaschine angeordneten Oxidationskatalysators bereitzustel len, welches eine erheblich verbesserte Entschwefelung ermöglicht, ohne dass dabei die Gefahr einer thermischen Schädigung des Oxidationskataly sators besteht.

Gelöst wird die Aufgabe, indem die Diesel-Brennkraftmaschine zur Ent schwefelung des Oxidationskatalysators bei einem Lambdawert λ1 von ca. 0,98 bis 0,99 und einer Abgastemperatur T1 von mindestens 350°C betrie ben wird. Durch das so erzeugte Abgas mit einem hohem Gehalt an Koh lenmonoxid CO, Wasserstoff H₂ und Kohlenwasserstoff HC werden die an der Oberfläche des Oxidationskatalysators gebildeten Sulfate -SO₄ spontan zu Schwefeldioxid SO₂ reduziert, so dass eine verminderte Oxidationsfähig keit des Oxidationskatalysators bereits bei moderaten und damit praxistaug lichen Abgastemperaturen in maximal drei bis vier Minuten wieder hergestellt wird. Dabei kann die Regenerationsdauer grundsätzlich auch aus der Sum me mehrerer kurzer "Fettphasen", die z. B. im Sekundenbereich liegen, er reicht werden. Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entschwefelung ist es somit möglich, die Diesel-Brennkraftmaschine zumindest vorüberge hend mit schwefelhaltigem Kraftstoff zu betreiben, was unter anderem bei Fahrten in Ländern ohne schwefelfreien Kraftstoff erforderlich ist. Aber selbst dann, wenn die Diesel-Brennkraftmaschine ausschließlich mit schwefelar mem bzw. schwefelfreiem Kraftstoff betrieben wird, hat das Verfahren zur Entschwefelung ein positive Auswirkung auf die Lebensdauer des Oxidati onskatalysators.

Bevorzugt wird die Entschwefelung des Oxidationskatalysators bei hoher Last und geringer Drehzahl der Diesel-Brennkraftmaschine, wie z. B. wäh rend eines Beschleunigungsvorgangs bei Volllast und einer Drehzahl von 1250 U/min vorgenommen. Denn der für den Entschwefelungsvorgang be nötigte, nur geringfügig unterhalb von 1 liegende Lambdawert steht je nach Typ der Diesel-Brennkraftmaschine dann teilweise ohnehin zur Verfügung, so dass allenfalls noch eine geringe zusätzliche Anfettung des Luft/Kraftstoff gemisches erforderlich ist.

Zweckmäßig wird zum Erreichen des Lambdawerts λ1 bzw. der Abgastem peratur T1 eine Drosselung der Ansaugluft vorgenommen.

Reicht dies nicht aus, so kann außerdem eine drehzahlsynchrone Nachein spritzung vorgenommen werden, wobei die Nacheinspritzung maximal 20 Grad nach der Haupteinspritzung erfolgen sollte, damit die Diesel- Brennkraftmaschine dennoch weitgehend rußarm betrieben werden kann.

Zusätzlich oder alternativ zu der Nacheinspritzung kann auch eine Absen kung des Ladedrucks vorgenommen werden, um den Lambdawert λ1 bzw. die Abgastemperatur T1 zu erreichen.

Bei all diesen Maßnahmen zur Anfettung sollte stets ein rußarmer Betrieb der Diesel-Brennkraftmaschine angestrebt werden, um eine zusätzliche Be ladung des Rußfilters - wenn möglich - zu vermeiden.

Vorteilhaft läuft das Verfahren zur Entschwefelung nur beim Vorliegen einer Regenerationsanforderung ab, wobei die Regenerationsanforderung in Ab hängigkeit vom Verschwefelungsgrad des Oxidationskatalysators ausgege ben wird. Dadurch werden die Maßnahmen zur Anfettung nicht unnötig vor genommen, wenn die Oxidationsfähigkeit des Oxidationskatalysators noch völlig in Ordnung ist.

Wird der Verschwefelungsgrad des Oxidationskatalysators als Funktion der Betriebsstunden, des Kraftstoffdurchsatzes und/oder der Abgastemperatur der Diesel-Brennkraftmaschine ermittelt, wobei vorausgesetzt wird, dass der Schwefelgehalt im Kraftstoff bekannt ist, so ist ein zuverlässiges Kriterium für die Fälligkeit eines Entschwefelungsvorgangs gegeben.

Wird außerdem die Zeit ermittelt, während der die Diesel-Brennkraft maschine bei dem Lambdawert λ1 und oberhalb der Abgastemperatur T1 betrieben wird, so ist desweiteren ein Kriterium für den erfolgreichen Ab schluss eines Entschwefelungsvorgangs gegeben.

Das Verfahren zur Entschwefelung eines im Abgasstrang einer Diesel- Brennkraftmaschine angeordneten Oxidationskatalysators wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Diesel-Brennkraftmaschine 1 mit einer schematisch dar gestellten Einspritzeinrichtung 2. Die Ansaugluft gelangt über eine Ansaug leitung 3 und ein Saugrohr 4 mit eingebauter Drossel 5 zu der Diesel- Brennkraftmaschine 1 und das Abgas gelangt über eine Abgasleitung 6 zu einem Abgasturbolader 7, einem Oxidationskatalysator 8 und einem Rußfilter 9. Vor dem Oxidationskatalysator 8 ist in der Abgasleitung 6 außerdem ein Lambdasensor 10 sowie ein Temperatursensor 11 angeordnet.

Darüber hinaus ist zur Steuerung eines Entschwefelungsvorgangs ein Steu ergerät 12 vorgesehen, welches mit der Einspritzeinrichtung 2, der Drossel 5, dem Abgasturbolader 7 sowie den beiden Sensoren 10 und 11 in Verbin dung steht.

Um den Verschwefelungsgrad des Oxidationskatalysators 8 zu ermitteln, erfasst das Steuergerät 12 neben dem Lambdawert auch fortlaufend die Be triebsstunden, den Kraftstoffdurchsatz und die Abgastemperatur der Diesel- Brennkraftmaschine 1. Beim Erreichen eines oberen Grenzwertes gibt das Steuergerät 12 eine Regenerationsanforderung aus. Daraufhin wird in Ab hängigkeit vom Betriebspunkt der Diesel-Brennkraftmaschine 1 mittels der Drossel 5 eine Drosselung der Ansaugluft, mittels der Einspritzeinrichtung 2 eine drehzahlsynchrone Nacheinspritzung und/oder mittels des Abgasturbo laders 7 eine Absenkung des Ladedrucks vorgenommen, um ein zur Ent schwefelung des Oxidationskatalysators 8 erforderliches Luft-/Kraftstoffver hältnis λ1 vom 0,98 bis 0,99 sowie eine Abgastemperatur T1 von mindes tens 350°C zu erreichen.

Ist der Lambdawert λ1 bzw. die Abgastemperatur T1 erreicht, so werden die an der Oberfläche des Oxidationskatalysators 8 gebildeten Sulfate z. B. per

Al₂ (SO₄)₃ + 3 H₂ → Al₂O₃ + 3 SO₂ + 3 H₂O

spontan zu Schwefeldioxid reduziert. Dadurch kann der Oxidationskatalysa tor 8 wieder eine ausreichende Oxidation der Stickoxide

NO + O₂ → NO₂

durchführen und können die oxidierten Stickoxide in Verbindung mit Ruß und Sauerstoff per

NO₂ + C + ½ O₂ → CO₂ + NO

reagieren. Somit erfolgt schließlich eine Tieftemperaturregeneration des dem Oxidationskatalysator 8 nachgeschalteten Rußfilters 9.

Das Steuergerät 12 erfasst außerdem die Zeit, während der der Lambdawert λ1 zwischen 0,98 und 0,99 und die Abgastemperatur oberhalb von T1 = 305°C liegt - also eine Regeneration des Oxidationskatalysators 8 durchge führt wird. Nach dem Erreichen einer bestimmten Regenerationsdauer, wel che das Erreichen eines unteren Grenzwertes des Verschwefelungsgrades des Oxidationskatalysators 8 impliziert, wird die Regenerationsanforderung wieder zurückgenommen und die Diesel-Brennkraftmaschine wieder normal betrieben.

Claims

1. Verfahren zur Entschwefelung eines im Abgasstrang einer Diesel- Brennkraftmaschine angeordneten Oxidationskatalysators, dadurch gekennzeichnet, daß die Diesel-Brennkraftmaschine (1) bei einem Lambdawert λ1 von ca. 0,98 bis 0,99 und einer Abgastemperatur T1 von mindestens 350°C betrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ent schwefelung bei hoher Last und geringer Drehzahl der Diesel- Brennkraftmaschine (1) vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erreichen des Lambdawertes λ1 bzw. der Abgastemperatur T1 eine Drosselung der Ansaugluft vorgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erreichen des Lambdawertes λ1 bzw. der Abgastemperatur T1 eine drehzahlsynchrone Nacheinspritzung vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dreh zahlsynchrone Nacheinspritzung maximal 20 Grad nach der Hauptein spritzung erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erreichen des Lambdawertes λ1 bzw. der Abgastemperatur T1 eine Absenkung des Ladedrucks vorgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entschwefelung beim Vorliegen einer Regenerationsanforde rung vorgenommen wird, wobei die Regenerationsanforderung in Ab hängigkeit vom Verschwefelungsgrad des Oxidationskatalysators (8) ausgegeben wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschwefelungsgrad des Oxidationskatalysators (8) als Funktion der Betriebsstunden, des Kraftstoffdurchsatzes und/oder der Abgastemperatur der Diesel-Brennkraftmaschine (1) ermittelt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit ermittelt wird, während der die Diesel-Brennkraftmaschine (1) bei einem Lambdawert λ1 und oberhalb einer Abgastemperatur T1 betrieben wird, um die Regenerationsanforderung nach dem Erreichen einer bestimmten Regenerationsdauer wieder zurückzunehmen.