DE19511548A1 - Nitrous oxide reduction system in vehicle engine exhaust - Google Patents
Nitrous oxide reduction system in vehicle engine exhaustInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stickoxidredu zierung im Abgas einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Vorrichtung nach dem Oberbegriff des An spruchs 3.The invention relates to a method for nitrogen oxide reduction Decoration in the exhaust gas of an internal combustion engine according to the generic term of claim 1 and one for performing such Method suitable device according to the preamble of the An Proverbs 3
Derartige Verfahren und Vorrichtungen kommen insbesondere bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Neben dem Dieselmotor besitzt hier bei auch der Ottomotor ein deutliches Potential zur Absenkung seiner resultierenden CO₂-Emission, wenn er im Magerbetrieb ge fahren wird.Such methods and devices come in particular Motor vehicles for use. In addition to the diesel engine here with the gasoline engine also a clear potential for lowering its resulting CO₂ emission if it is in lean operation will drive.
Bei diesem Motorkonzept erfolgt die Verbrennung ebenso wie beim Dieselmotor mit Luftüberschuß, d. h. mit einem Lambdawert größer eins. Dies hat zwar den Vorteil geringeren Kraftstoffverbrauchs, jedoch ist die nachmotorische Stickoxid verminderung erschwert, da sich die Stickoxide in einer insgesamt oxidierend wirkenden Abgasatmosphäre nicht mehr so leicht redu zieren lassen. Während beim Betrieb des Ottomotors mit dem stöchiometrischen Lambdawert eins die Schadstoffe, d. h. die un verbrannten Kohlenwasserstoffe (HC), das Kohlenmonoxid (CO) und die Stickoxide (NOx) wirkungsvoll mit einem Dreiwegekatalysator vermindert werden können, ist diese Katalysatortechnik beim ma ger betriebenen Ottomotor zur NOx-Reduktion nicht allein ausrei chend.With this engine concept, combustion takes place in the same way as with a diesel engine with excess air, ie with a lambda value greater than one. Although this has the advantage of lower fuel consumption, the post-engine nitrogen oxide reduction is more difficult because the nitrogen oxides can no longer be reduced so easily in an overall oxidizing exhaust gas atmosphere. During the operation of the gasoline engine with the stoichiometric lambda value of one pollutant, ie the un unburned hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO x) effectively can be reduced with a three-way catalyst, this catalyst technology in ma ger operated gasoline engine not enough for NO x reduction alone.
Als Abhilfe ist es bereits bekannt, die Brennkraftmaschine ab wechselnd im Magerbetrieb und im stöchiometrischen Betrieb, d. h. bei Lambda gleich eins, oder Anreicherungsbetrieb, d. h. bei Lamb da kleiner eins, zu fahren und einen NOx-Adsorber in der Abgas leitung vorzusehen, z. B. als separate Einheit vor oder hinter einem Dreiwegekatalysator. In Magerbetriebsphasen werden die Stickoxide vom NOx-Adsorber aufgenommen, und in stöchiometri schen bzw. Anreicherungsbetriebsphasen wird der NOx-Adsorber re generiert, indem die Adsorptionsreaktionen umgekehrt werden und die Stickoxide desorbieren und in einem nachgeschalteten Kataly satorteil reduziert werden. Ein derartiges Adsorber-Katalysator- System mit Mager-Mix-Betrieb wird in der Offenlegungsschrift EP 0 560 991 A1 beschrieben. Die Umschaltung zwischen Magerbetrieb sphasen und stöchiometrischen bzw. Anreicherungsbetriebsphasen erfolgt dort zu vergleichsweise grob abgeschätzten Zeitpunkten, wobei naturgemäß möglichst lange im Magerbetrieb gefahren und von einer stöchiometrischen bzw. Anreicherungsbetriebsphase dann wieder in den Magerbetrieb geschaltet wird, wenn aufgrund einer entsprechenden Schätzung angenommen wird, daß sich der NOx-Ad sorber wieder regeneriert hat.As a remedy, it is already known to drive the internal combustion engine alternately in lean operation and in stoichiometric operation, that is, with lambda equal to one, or enrichment operation, ie with lambda less than one, and to provide a NO x adsorber in the exhaust gas line, e.g. B. as a separate unit in front of or behind a three-way catalyst. In lean operating phases, the nitrogen oxides are absorbed by the NO x adsorber, and in stoichiometric or enrichment operating phases, the NO x adsorber is generated by reversing the adsorption reactions and desorbing the nitrogen oxides and reducing them in a downstream catalyst part. Such an adsorber-catalyst system with lean-mix operation is described in the published patent application EP 0 560 991 A1. The switchover between lean phase operation and stoichiometric or enrichment operation phases takes place there at comparatively roughly estimated times, whereby, of course, the operation in lean operation is as long as possible and a stoichiometric or enrichment operation phase is then switched back to lean operation if, based on a corresponding estimate, it is assumed that the NO x adsorber has regenerated again.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, bei denen möglichst zuverlässig sofort dann von einer stöchiometrischen bzw. Anreicherungsbetriebsphase auf eine Magerbetriebsphase umgeschaltet wird, wenn sich der NOx-Adsorber regeneriert hat.The invention is based on the technical problem of providing a method and a device of the type mentioned in the introduction, in which a switch is made as reliably as possible from a stoichiometric or enrichment operating phase to a lean operating phase when the NO x adsorber has regenerated.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst. Die direkte Messung des Gehalts an unver brannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid oder Stickoxiden im Abgas strömungsabwärts vom Stickoxidadsorber ermöglicht eine ge naue Ermittlung des Zeitpunktes, zu dem sich der Stickoxidadsor ber während einer stöchiometrischen oder Anreicherungsbetrieb sphase wieder weitestgehend regeneriert hat. Bei Verwendung ei ner direkten Stickoxidmessung ist dies unmittelbar verständlich, da der Stickoxidgehalt während und nach erfolgter Regeneration des Stickoxidadsorbers stetig bis nahe null abfällt. Der Erfin dung liegt des weiteren die Erkenntnis zugrunde, daß stets dann, wenn der Stickoxidgehalt während einer stöchiometrischen oder einer Anreicherungsbetriebsphase unter ein vorgegebenes Maß ab gesunken ist, gleichzeitig der Gehalt an Kohlenmonoxid und auch derjenige an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas einen signifikanten Anstieg zeigen. Alternativ zur Stickoxidmessung kann daher vorgesehen werden, den Kohlenmonoxid- oder den Koh lenwasserstoffgehalt des Abgases strömungsabwärts vom Stickoxi dabsorber zu messen und immer dann vom nichtmageren Betrieb auf den Magerbetrieb umzuschalten, wenn der gemessene Kohlenmonoxid- oder Kohlenwasserstoffgehalt über ein vorgegebenes Maß angestie gen ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zur Durch führung eines solchen Verfahrens, indem sie einen entsprechenden Sensor in der Abgasleitung strömungsabwärts vom Stickoxidadsor ber aufweist, dessen Meßsignalinformation einer Einrichtung zu geführt ist, welche das Kraftstoff/Luft-Verhältnis für die Brennkraftmaschine regelt und die daher bei Vorliegen einer ent sprechenden Meßsignalinformation die Brennkraftmaschine vom stöchiometrischen bzw. Anreicherungsbetrieb auf Magerbetrieb um schaltet.This problem is solved by a method with the characteristics of Claim 1 and by a device with the features of Claim 3 solved. The direct measurement of the content of un burned hydrocarbons, carbon monoxide or nitrogen oxides in the Exhaust gas downstream of the nitrogen oxide adsorber enables ge exact determination of the time at which the nitrogen oxide adsor About during a stoichiometric or enrichment operation sphase has largely regenerated again. When using egg This is immediately understandable with a direct nitrogen oxide measurement, because the nitrogen oxide content during and after regeneration of the nitrogen oxide adsorber steadily drops to almost zero. The inventor dung is also based on the knowledge that if the nitrogen oxide content during a stoichiometric or an enrichment operation phase below a predetermined level has decreased, the content of carbon monoxide and also that of unburned hydrocarbons in the exhaust gas show significant increase. As an alternative to nitrogen oxide measurement can therefore be provided, the carbon monoxide or Koh Hydrogen content of the exhaust gas downstream of the nitrogen oxide dabsorber to measure and then always from the lean operation to switch to lean operation if the measured carbon monoxide or increased hydrocarbon content over a predetermined level gen is. The device according to the invention is suitable for through carry out such a procedure by providing an appropriate one Sensor in the exhaust pipe downstream of the nitrogen oxide adsor About whose measurement signal information to a device which is the air / fuel ratio for the Controls the internal combustion engine and therefore the presence of an ent speaking measurement signal information the internal combustion engine from stoichiometric or enrichment operation to lean operation switches.
In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 wird auch die Um schaltung von einer Magerbetriebsphase auf eine stöchiometrische bzw. eine Anreicherungsbetriebsphase selbsttätig jeweils dann vorgenommen, wenn der von einem verwendeten NOx-Sensor gemessene Stickoxidgehalt im Abgas strömungsabwärts vom Stickoxidadsorber über ein vorgegebenes Maß ansteigt, da dies anzeigt, daß der Stickoxidadsorber gesättigt ist und eine Regenerationsphase er forderlich ist.In a further development of the invention according to claim 2, the switch from a lean operating phase to a stoichiometric or an enrichment operating phase is carried out automatically when the nitrogen oxide content in the exhaust gas measured by a NO x sensor used rises above a predetermined level downstream of the nitrogen oxide adsorber, since this indicates that the nitrogen oxide adsorber is saturated and that a regeneration phase is necessary.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeich nungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigenA preferred embodiment of the invention is in the drawing shown and is described below. Here demonstrate
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Kraftfahrzeugmo tors mit zugehöriger Regelung und Katalysatoranlage und Fig. 1 is a schematic block diagram of a motor vehicle engine with associated control and catalyst system and
Fig. 2 Diagramme des zeitabhängigen Verlaufs des Gehalts von Schadstoffen im Abgas bei der Anlage von Fig. 1 vor und nach einer Katalysatorstufe während eines gesteuerten Mager-Mix-Betriebs. Fig. 2 diagrams of the time-dependent course of the content of pollutants in the exhaust gas in the system of Fig. 1 before and after a catalytic converter stage during a controlled lean-mix operation.
In Fig. 1 ist blockdiagrammatisch ein Kraftfahrzeugverbren nungsmotor (1) gezeigt, von dem ein Abgasstrang (2) abführt, in welchem sich ein Dreiwegekatalysator (3) befindet. In den Drei wegekatalysator (3) ist ein Stickoxidadsorber integriert. Solche Katalysatoren sind an sich bekannt und bedürfen daher hier kei ner näheren Beschreibung. Alternativ kann auch eine separate NOx-Adsorbereinheit vor oder hinter einer Katalysatorbaueinheit angeordnet sein.In Fig. 1, a motor vehicle internal combustion engine ( 1 ) is shown, from which an exhaust line ( 2 ) leads away, in which there is a three-way catalyst ( 3 ). A nitrogen oxide adsorber is integrated in the three-way catalytic converter ( 3 ). Such catalysts are known per se and therefore do not require a detailed description here. Alternatively, a separate NO x adsorber unit can also be arranged in front of or behind a catalytic converter unit.
Strömungsabwärts vom Katalysator (3) und damit vom Stickoxid adsorber ist ein Kohlenwasserstoffsensor (4) in die Abgasleitung eingefügt, dessen Sensorausgangssignal einer Signalverarbei tungsstufe (5) zugeführt wird. Die von der Signalverarbeitungs stufe (5) aufbereitete Meßsignalinformation wird dann einer Mo torregelungseinheit (6) zugeführt, die das Kraftstoff/Luft-Ver hältnis, d. h. den Lambdawert, für den Verbrennungsmotor (1) ein regelt. Es versteht sich, daß das System noch weitere Komponen ten und Verbindungsleitungen besitzt, die vorliegend nicht wei ter von Interesse und daher in Fig. 1 nicht dargestellt sind.Downstream from the catalyst ( 3 ) and thus from the nitrogen oxide adsorber, a hydrocarbon sensor ( 4 ) is inserted into the exhaust pipe, the sensor output signal of which is fed to a signal processing stage ( 5 ). The from the signal processing stage ( 5 ) processed measurement signal information is then fed to a motor control unit ( 6 ) which controls the fuel / air ratio, ie the lambda value, for the internal combustion engine ( 1 ). It goes without saying that the system still has further components and connecting lines which are not of further interest in the present case and are therefore not shown in FIG. 1.
Im Betrieb steuert die Motorregelungseinheit (6) den Motor (1) wahlweise im Magerbetrieb, d. h. mit einem Soll-Lambdawert größer als eins, oder im stöchiometrischen bzw. im Anreicherungsbe trieb, d. h. mit einem Lambdawert gleich oder kleiner als eins, an. Dabei wird stets so lange wie möglich im Magerbetrieb gefah ren, da bei dieser Betriebsweise eine deutlich geringere CO₂- Emission vorliegt. In den Magerbetriebsphasen ist die Redukti onsreaktion für die Stickoxide im Abgas aufgrund des höheren Sauerstoffgehaltes erschwert. Im sauerstoffreichen Abgas werden die Stickoxide vom NOx-Adsorber aufgenommen. Nach einer gewissen Zeitdauer des Magerbetriebs gerät der NOx-Adsorber in Sättigung und muß regeniert werden. Dies erfolgt dadurch, daß zu einem ge eigneten Zeitpunkt, der beispielsweise unter Verwendung einer Schätzung hinsichtlich der im NOx-Adsorber eingelagerte Stickoxidmenge festgelegt wird, auf stöchiometrischen oder auf Anreicherungsbetrieb umgeschaltet wird. In einer solchen Be triebsphase ohne Sauerstoffüberschuß im Verbrennungsgemisch läßt sich die Einlagerungsreaktion des NOx-Adsorbers umkehren, so daß dieser die adsorbierten Stickoxide wieder freisetzt. Außerdem können nun die Stickoxide im Katalysator (3) aufgrund der feh lenden oxidierenden Atmosphäre im Abgas reduziert werden. Demge mäß sinkt der Stickoxidgehalt im Abgas hinter dem Katalysator (3) vom Startzeitpunkt einer stöchiometrischen bzw. einer Anrei cherungsbetriebsphase relativ steil ab, insbesondere wenn sich der NOx-Adsorber vorher nahe seiner Sättigung befand und daher der Stickoxidgehalt im Abgas hinter dem Katalysator (3) vor Be ginn der stöchiometrischen bzw. Anreicherungsphase merklich an gestiegen war.In operation, the engine control unit ( 6 ) controls the engine ( 1 ) either in lean operation, ie with a target lambda value greater than one, or in stoichiometric or in enrichment mode, ie with a lambda value equal to or less than one. Lean operation is always carried out for as long as possible, since this mode of operation has a significantly lower CO₂ emission. In the lean operating phases, the reduction reaction for the nitrogen oxides in the exhaust gas is made more difficult due to the higher oxygen content. The nitrogen oxides are absorbed by the NO x adsorber in the oxygen-rich exhaust gas. After a certain period of lean operation, the NO x adsorber becomes saturated and must be regenerated. This is done by switching to stoichiometric or enrichment operation at a suitable point in time, which is determined, for example, using an estimate of the amount of nitrogen oxide stored in the NO x adsorber. In such an operating phase without excess oxygen in the combustion mixture, the intercalation reaction of the NO x adsorber can be reversed so that it releases the adsorbed nitrogen oxides again. In addition, the nitrogen oxides in the catalytic converter ( 3 ) can now be reduced due to the absence of an oxidizing atmosphere in the exhaust gas. Accordingly, the nitrogen oxide content in the exhaust gas behind the catalytic converter ( 3 ) drops relatively steeply from the start of a stoichiometric or enrichment operating phase, in particular if the NO x adsorber was previously close to its saturation and therefore the nitrogen oxide content in the exhaust gas behind the catalytic converter ( 3 ) had increased noticeably before the start of the stoichiometric or enrichment phase.
Es zeigt sich nun, daß während der den NOx-Adsorber regenerie renden, stöchiometrischen bzw. Anreicherungsbetriebsphase ein signifikanter Anstieg des Gehalts an unverbrannten Kohlenwasser stoffen im Abgas hinter dem Katalysator (3) einsetzt, sobald der NOx-Gehalt ein gewisses Maß unterschreitet. Da dieser nur noch geringe NOx-Gehalt im Abgas gleichzeitig anzeigt, daß der NOx- Adsorber wieder vollständig regeneriert ist, läßt sich diese Be obachtung des mit dem Erreichen eines niedrigen NOx-Gehaltswer tes korrelierten Anstiegs des Kohlenwasserstoffgehalts zur selbsttätig zeitrichtigen Umschaltung vom stöchiometrischen bzw. Anreicherungsbetrieb in den Magerbetrieb ausnutzen. Sobald folg lich der Kohlenwasserstoff-Sensor (4) einen signifikanten An stieg des Kohlenwasserstoffgehaltes feststellt, wird diese In formation von der Motorregelungseinheit (6) dazu benutzt, den Motor (1) wieder auf Magerbetrieb umzustellen, indem sie das Kraftstoff/Luft-Verhältnis um einen über dem stöchiometrischen Wert eins liegenden Soll-Lambdawert regelt. Es ist damit bei diesem System gewährleistet, daß genau dann, wenn der NOx-Adsor ber wieder regeneriert ist, der stöchiometrische bzw. Anreiche rungsbetrieb wieder beendet wird. Auf diese Weise lassen sich die unter Emmissionsgesichtspunkten ungünstigeren Betriebsphasen mit Lambdawerten kleiner oder gleich eins so kurz wie möglich halten. Alternativ zu dem Kohlenwasserstoffsensor (4) kann ein Kohlenmonoxidsensor verwendet werden. Denn es zeigt sich, daß ein signifikanter Anstieg des Kohlenmonoxidgehaltes im Abgas ebenfalls wieder dann einsetzt, wenn der NOx-Gehalt unter ein gewisses Maß abgesunken ist. Daher ergibt sich bei der Verwen dung eines solchen CO-Sensors in gleicher Weise wie beim Einsatz eines HC-Sensors die Fähigkeit des Systems zur gezielten, zei trichtigen Umschaltung vom stöchiometrischen bzw. Anreicherungs betrieb zwecks NOx-Adsorberregeneration auf emmissionsarmen Ma gerbetrieb.It can now be seen that during the regeneration, stoichiometric or enrichment operating phase of the NO x adsorber, a significant increase in the content of unburned hydrocarbons in the exhaust gas occurs after the catalytic converter ( 3 ) as soon as the NO x content falls below a certain level. Since this only low NO x content in the exhaust gas indicates at the same time that the NO x adsorber is completely regenerated again, this observation can be observed of the increase in the hydrocarbon content correlated with the achievement of a low NO x content value for the self-timed switching from exploit stoichiometric or enrichment operation in the lean operation. As soon as the hydrocarbon sensor ( 4 ) detects a significant increase in the hydrocarbon content, this information is used by the engine control unit ( 6 ) to switch the engine ( 1 ) back to lean operation by changing the air / fuel ratio regulates a target lambda value above the stoichiometric value one. It is thus ensured in this system that the stoichiometric or enrichment operation is ended again exactly when the NO x adsor is regenerated again. In this way, the less favorable operating phases with lambda values less than or equal to one can be kept as short as possible. As an alternative to the hydrocarbon sensor ( 4 ), a carbon monoxide sensor can be used. Because it is shown that a significant increase in the carbon monoxide content in the exhaust gas also starts again when the NO x content has dropped below a certain level. Therefore, when using such a CO sensor, in the same way as when using an HC sensor, the ability of the system for targeted, timely switching from stoichiometric or enrichment operation for NO x adsorber regeneration to low-emission engine operation results.
Anstelle des Kohlenmonoxidsensors (4) kann des weiteren alterna tiv ein NOx-Sensor verwendet werden. Die Umschaltung von der den NOx-Adsorber (3) regenerierenden, stöchiometrischen bzw. Anrei cherungsbetriebsphase auf Magerbetrieb wird in diesem Fall dann vorgenommen, wenn der gemessene NOx-Gehalt im Abgas hinter dem Adsorber-Katalysator (3) um ein vorgegebenes Maß fällt. In die sem Anwendungsfall kann zudem eine gezielte Umschaltung vom Ma gerbetrieb auf den stöchiometrischen bzw. Anreicherungsbetrieb erfolgen, indem der NOx-Sensor den allmählichen Anstieg des NOx- Gehalts im Abgas während des Magerbetriebs verfolgt und die Mo torregelungseinheit (6) zu einer derartigen Umschaltung veran laßt, sobald er den mit der Sättigung des NOx-Adsorbers einher gehenden steilen Anstieg des NOx-Gehaltes feststellt.Instead of the carbon monoxide sensor ( 4 ), a NO x sensor can alternatively be used. The switchover from the NO x adsorber ( 3 ) regenerating, stoichiometric or enrichment operating phase to lean operation is carried out in this case when the measured NO x content in the exhaust gas behind the adsorber catalyst ( 3 ) falls by a predetermined amount . In this application, a targeted switchover from lean operation to stoichiometric or enrichment operation can also take place, in that the NO x sensor tracks the gradual increase in the NO x content in the exhaust gas during lean operation and the motor control unit ( 6 ) becomes such let veran switching when it detects the associated with the saturation of the NOx adsorber continuous steep rise of the NO x content.
Anhand von Fig. 2 wird nachfolgend die der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis des Zusammenhangs zwischen fallendem NOx-Ge halt und Anstieg des Kohlenwasserstoffgehalts sowie des Kohlen monoxidgehalts im Abgas hinter dem Adsorber-Katalysator (3) nä her erläutert. Fig. 2 zeigt zwei Versuchsreihendiagramme, die mit einer Anlage gemäß Fig. 1, jedoch mit fest gewählten Um schaltzeitpunkten zwischen Magerbetriebsphasen und stöchiometri schen Betriebsphasen gewonnen wurden, um den oben erwähnten Zu sammenhang deutlich zu machen. Das obere Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf des NOx-Gehalts, des CO-Gehalts und des HC- Gehalts im Abgas vor dem Katalysator, während das untere Dia gramm die parallel dazu während derselben Meßzeit erhaltenen NOx-, CO- und HC-Gehalte im Abgas strömungsabwärts vom Kataly sator wiedergibt, wobei die Gehalte in jeweils willkürlichen Einheiten abgetragen sind, da es lediglich auf den qualitativen Kurvenverlauf ankommt.Referring to Fig. 2, the insight underlying the invention is hereinafter referred to the relationship between decreasing NO x -Ge halt and nä explained increase in the hydrocarbon content of the coals and monoxidgehalts in the exhaust gas downstream of the adsorbent-catalyst (3) ago. Fig. 2 shows two test series diagrams, which were obtained with a system according to FIG. 1, but with fixed switching times between lean operating phases and stoichiometric operating phases, in order to make the above-mentioned connection clear. The upper diagram shows the time course of the NO x content, the CO content and the HC content in the exhaust gas upstream of the catalytic converter, while the lower diagram shows the NO x , CO and HC contents obtained in parallel during the same measurement time in the exhaust gas downstream of the catalytic converter, the contents being shown in arbitrary units, since only the qualitative curve is important.
Wie im oberen Diagramm deutlich erkennbar, liegen der NOx-Gehalt und der CO-Gehalt im unbehandelten Abgas während jeweils ca. 60s dauernder Magerbetriebsphasen (M) auf deutlich niedrigeren Wer ten als während zwischenliegender stöchiometrischer Betriebspha sen (S), deren Dauer auf jeweils ca. 30s eingestellt wurde. Gleichzeitig ist der HC-Gehalt im unbehandelten Abgas während der Magerbetriebsphasen (M) etwas höher als während der stöchio metrischen Betriebsphasen (S).As can be clearly seen in the upper diagram, the NO x content and the CO content in the untreated exhaust gas during lean operating phases (M) lasting approx. 60 s are at significantly lower values than during intermediate stoichiometric operating phases (S), the duration of which is in each case 30s was set. At the same time, the HC content in the untreated exhaust gas during the lean operating phases (M) is somewhat higher than during the stoichiometric operating phases (S).
Parallel dazu zeigt das untere Diagramm, daß der NOx-Gehalt im katalysatorbehandelten Abgas während einer jeweiligen Magerbe triebsphase (M) von null aus zunächst relativ langsam ansteigt. Gegen Ende der festgelegten Magerbetriebsphasen (M) steigt dann zu einem gewissen Zeitpunkt der NOx-Gehalt aufgrund der Sätti gung des NOx-Adsorbers an. Zum Zeitpunkt (t₁) wird vom Magerbe trieb (M) in den stöchiometrischen Betrieb (S) umgeschaltet. Daraufhin steigt der NOx-Gehalt im katalysatorbehandelten Abgas zunächst sehr steil an und fällt dann anschließend steil und über eine Schulter (7) wieder bis auf null ab. Zum Zeitpunkt (t₂) der Umschaltung auf eine erneute Magerbetriebsphase (M) be ginnt dann der NOx-Gehalt hinter dem Katalysator wieder anzu steigen. Gleichzeitig zeigt das untere Diagramm, daß der CO- und der HC-Gehalt im katalysatorbehandelten Abgas während der gesam ten Zeit einer Magerbetriebsphase (M) auf einem niedrigen Wert bleiben. Ab dem Zeitpunkt (t₁) der Umschaltung auf eine stöchio metrische Betriebsphase (S) steigt der HC-Gehalt zunächst nur ganz geringfügig an. Sobald jedoch der NOx-Gehalt unter einen bestimmten Wert gefallen ist, der zwischen null und dem Wert an der Schulter (7) des NOx-Kurvenabfalls liegt, beginnen sowohl der CO- wie auch der HC-Gehalt ab diesem Zeitpunkt (t₃) steil anzusteigen. Erst nach Umschaltung auf eine neuerliche Magerbe triebsphase (M) fallen dann ab diesem Zeitpunkt (t₂) der CO- und der HC-Gehalt wieder auf ihre niedrigen Werte im mageren Betrieb ab. Daraus folgt, daß die steilen Anstiege des CO- und des HC- Gehalts während einer stöchiometrischen oder Anreicherungsbe triebsphase zeitlich korreliert sind mit der Verringerung des NOx-Gehalts, der dadurch gegeben ist, daß der Gradient des zeit lichen Verlaufs des NOx-Gehaltes unter einen vorgegebenen Wert abfällt. Dies ist der Grund dafür, daß sich für die Realisierung einer gezielten Umschaltung von stöchiometrischem oder Anreiche rungsbetrieb auf Magerbetrieb nicht nur die Erfassung des NOx- Gehaltes, sondern alternativ diejenige des CO- oder HC-Gehalts im Abgas strömungsabwärts vom Katalysator eignet.In parallel, the lower diagram shows that the NO x content in the catalyst-treated exhaust gas during a respective lean operating phase (M) initially increases relatively slowly from zero. Towards the end of the defined lean operating phases (M), the NO x content then rises at a certain point in time due to the saturation of the NO x adsorber. At the time (t 1) from the lean operation (M) in the stoichiometric operation (S) is switched. Thereupon the NO x content in the catalyst-treated exhaust gas initially rises very steeply and then falls steeply and then again over a shoulder ( 7 ) to zero. At the time (t₂) of switching to a new lean operating phase (M), the NO x content behind the catalyst begins to rise again. At the same time, the lower diagram shows that the CO and HC content in the catalyst-treated exhaust gas remain at a low value during the entire period of a lean operating phase (M). From the time (t₁) of switching to a stoichiometric operating phase (S), the HC content initially increases only very slightly. However, as soon as the NO x content has dropped below a certain value, which lies between zero and the value on the shoulder ( 7 ) of the NO x curve drop, both the CO and the HC content start from this point in time (t 3). to climb steeply. Only after switching to a new lean operating phase (M) will the CO and HC content then fall back to their low values in lean operation from this point in time (t₂). It follows that the steep increases in the CO and HC content during a stoichiometric or enrichment phase are time correlated with the reduction in the NO x content, which is given by the fact that the gradient of the time course of the NO x content falls below a predetermined value. This is the reason that not only the detection of the NO x content, but alternatively that of the CO or HC content in the exhaust gas downstream of the catalyst is suitable for realizing a targeted switchover from stoichiometric or enrichment operation to lean operation.
Im von der Anlage gemäß Fig. 1 durchführbaren praktischen Be trieb wird daher genau zu diesen Zeitpunkten (t₃) des Beginns eines steilen HC-Anstiegs im katalysatorbehandelten Abgas wieder von stöchiometrischem bzw. von Anreicherungsbetrieb auf Magerbe trieb umgeschaltet, so daß die ersteren Betriebsphasen kürzer als bei der in Fig. 2 gezeigten Versuchsreihe sind, wodurch sich unter anderem die zu erzielende Kraftstoffersparnis erhöht und dadurch die CO₂-Emmission verringert wird. Die längeren stöchiometrischen Betriebsphasen (S) von Fig. 2 wurden lediglich dazu gewählt, den steilen HC-Anstieg im katalysatorbehandelten Abgas deutlich illustrieren zu können. Ähnliche Resultate wie für den HC-Gehalt ergeben sich für den CO-Gehalt im Abgas, wes halb sich analog, wie erwähnt, ein CO-Sensor anstelle des HC- Sensors (4) für die Anlage von Fig. 1 eignet. Wird der alterna tive NOx-Sensor verwendet, kann zusätzlich die Umschaltung von Magerbetrieb auf stöchiometrischen oder Anreicherungsbetrieb von diesem NOx-Sensor gesteuert jeweils dann vorgenommen werden, wenn dieser den beginnenden steilen Anstieg des NOx-Gehaltes im katalysatorbehandelten Abgas detektiert, wie er im unteren Dia gramm von Fig. 2 am Ende einer jeweiligen Magerbetriebsphase (M) zu erkennen ist.In the system of FIG. 1 feasible practical operation is therefore precisely at these times (t₃) the beginning of a steep HC rise in the catalyst-treated exhaust gas again switched from stoichiometric or enrichment operation to lean operation, so that the former operating phases are shorter than are in the test series shown in Fig. 2, which among other things increases the fuel savings to be achieved and thereby reduces the CO₂ emissions. The longer stoichiometric operating phases (S) of FIG. 2 were only chosen to be able to clearly illustrate the steep HC increase in the catalyst-treated exhaust gas. Similar results as for the HC content result for the CO content in the exhaust gas, which is why, analogously, as mentioned, a CO sensor instead of the HC sensor ( 4 ) is suitable for the system of FIG. 1. If the alternative NO x sensor is used, the switch from lean operation to stoichiometric or enrichment operation can also be controlled by this NO x sensor when it detects the beginning of a steep increase in the NO x content in the catalyst-treated exhaust gas, as it does can be seen in the lower diagram of FIG. 2 at the end of a respective lean operating phase (M).
Claims (5)
- - die Brennkraftmaschine (1) abwechselnd im Magerbetrieb und im stöchiometrischen oder Anreicherungsbetrieb gefahren wird, wobei
- - die Stickoxide (NOx) in Magerbetriebsphasen von einem Stick oxidadsorber (3) adsorbiert werden und
- - der Stickoxidadsorber in stöchiometrischen oder Anreicherungs betriebsphasen regeneriert wird,
- - The internal combustion engine ( 1 ) is operated alternately in lean operation and in stoichiometric or enrichment operation, wherein
- - The nitrogen oxides (NO x ) are adsorbed in a lean operating phase by a stick oxide adsorber ( 3 ) and
- - The nitrogen oxide adsorber is regenerated in stoichiometric or enrichment phases,
- - der Gehalt des Abgases an Kohlenwasserstoffen (HC), Kohlenmon oxid (CO) oder Stickoxiden (NOx) strömungsabwärts vom Stickoxid adsorber gemessen wird und
- - jeweils von einer stöchiometrischen oder Anreicherungsbetrieb sphase auf eine Magerbetriebsphase umgeschaltet wird, sobald der Kohlenwasserstoff- oder Kohlenmonoxidgehalt über ein vorgegebe nes Maß ansteigt oder sobald der Stickoxidgehalt unter ein vor gegebenes Maß absinkt.
- - The content of the exhaust gas of hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO) or nitrogen oxides (NO x ) is measured downstream of the nitrogen oxide adsorber and
- - Each is switched from a stoichiometric or enrichment phase to a lean operating phase as soon as the hydrocarbon or carbon monoxide content rises above a predetermined level or as soon as the nitrogen oxide content falls below a predetermined level.
- - einem in der Abgasleitung (2) der Brennkraftmaschine (1) ange ordneten Stickoxidadsorber (3) und
- - einer Einrichtung (6) zur Regelung des Kraftstoff/Luft-Ver hältnisses für die Brennkraftmaschine,
- - In the exhaust pipe ( 2 ) of the internal combustion engine ( 1 ) arranged nitrogen oxide adsorber ( 3 ) and
- - A device ( 6 ) for regulating the fuel / air ratio for the internal combustion engine,
- - einen Kohlenwasserstoff-, Kohlenmonoxid- oder Stickoxid-Sensor (4) in der Abgasleitung (2) strömungsabwärts vom Stickoxidadsor ber (3), dessen Meßsignalinformation der Einrichtung (6) zur Re gelung des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses zwecks Umschaltung von Magerbetriebsregelung auf stöchiometrische oder Anreicherungsbe triebsregelung zuführbar ist.
- - A hydrocarbon, carbon monoxide or nitrogen oxide sensor ( 4 ) in the exhaust line ( 2 ) downstream of the nitrogen oxide adsorber ( 3 ), the measurement signal information of the device ( 6 ) for re regulation of the fuel / air ratio for the purpose of switching from lean operation control to stoichiometric or enrichment control can be fed.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8130 | Withdrawal |