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Title:
METHOD FOR THE DESULPHURISATION OF AN OXIDATION CATALYST ARRANGED IN THE EXHAUST LINE OF A DIESEL INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/077507
Kind Code:
A1
Abstract:
A method for the desulphurisation of an oxidation catalyst (8), arranged in the exhaust line of a diesel internal combustion engine (1), is disclosed, whereby the diesel internal combustion engine (1) is operated at a lambda value $g(l)1 of ca. 0.98 to 0.99 and an exhaust gas temperature T1 of at least 350 °C. The oxidative capacity of the oxidation catalyst impaired by sulphur is thus regenerated within a short period and at moderate exhaust temperatures. Diesel internal combustion engines can thus, at least temporarily, be operated using sulphur containing fuel.

Inventors:
LOERCH HENNING (DE)
BLUHM KURT (DE)
Application Number:
PCT/EP2001/003739
Publication Date:
October 18, 2001
Filing Date:
April 03, 2001
Export Citation:
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Assignee:
AUDI AG (DE)
LOERCH HENNING (DE)
BLUHM KURT (DE)
International Classes:
B01J38/14; F01N3/02; F02D43/00; F01N3/20; F02D41/02; F02D41/04; F02D41/38; F02D45/00; (IPC1-7): F02D41/02; F02D41/38
Foreign References:
DE19843859A12000-03-30
DE19844178A12000-03-30
DE19747222C11999-03-04
DE19847875A12000-04-20
Other References:
See also references of EP 1268998A1
Attorney, Agent or Firm:
AUDI AG (Thomas Abteilung I/ET-3 Ingolstadt, DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Entschwefelung eines im Abgasstrang einer Diesel Brennkraftmaschine angeordneten Oxidationskatalysators, dadurch gekennzeichnet, daß die DieselBrennkraftmaschine (1) bei einem Lambdawert Xl 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 Xl 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 A1 bzw. der Abgastemperatur T1 eine drehzahisynchrone Nacheinspritzung vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dreh zahisynchrone 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 X1 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 DieselBrennkraftmaschine (1) ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit ermittelt wird, während der die DieselBrennkraftmaschine (1) bei einem Lambdawert A1 und oberhalb einer Abgastemperatur T1 betrieben wird, um die Regenerationsanforderung nach dem Erreichen einer bestimmten Regenerationsdauer wieder zurückzunehmen.
Description:
Verfahren zur Entschwefelung eines im Abgasstrang einer Diesel- Brennkraftmaschine angeordneten Oxidationskatalysators BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entschwefelung eines im Abgasstrang einer Diesel-Brennkraftmaschine angeordneten Oxidationska- talysators. Soiche Oxidationskatalysatoren werden bei Diesel-Brennkraft- maschinen eingesetzt, um durch die Oxidation von Stickoxiden die Tieftem- peraturregeneration eines im Abgasstrang nachgeschalteten RuBfilters zu ermöglichen.

In Verbindung mit der Entschwefelung von NOx-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 NOX- Speicherkatalysatoren zur Wiederherstellung von deren Speicherfähigkeit für NOX 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 . 1 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-S04 spontan zu Schwefeldioxid S02 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 Vollast 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 A1 bzw. der Abgastem- peratur T1 eine Drosselung der Ansaugluft vorgenommen.

Reicht dies nicht aus, so kann außerdem eine drehzahisynchrone 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 A1 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 Fähigkeit eines Entschwefelungsvorgangs gegeben.

Wird außerdem die Zeit ermittelt, während der die Diesel-Brennkraft- maschine bei dem Lambdawert X1 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 drehzahisynchrone 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 A1 vom 0,98 bis 0,99 sowie eine Abgastemperatur T1 von mindes- tens 350°C zu erreichen.

Ist der Lambdawert Xl bzw. die Abgastemperatur T1 erreicht, so werden die an der Oberfläche des Oxidationskatalysators 8 gebildeten Sulfate z. B. per A12 (S04) 3 + 3 H2---> A1203 + 3 S02 + 3 H20 spontan zu Schwefeldioxid reduziert. Dadurch kann der Oxidationskatalysa- tor 8 wieder eine ausreichende Oxidation der Stickoxide NO + 02-> N02 durchführen und können die oxidierten Stickoxide in Verbindung mit Ruß und Sauerstoff per N02 + C + 02- C02 + 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 A1 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.