控制内燃机尾气通道中设置的NOx-存储催化剂 脱硫的装置和方法 本发明涉及一种采用独立权利要求1和13中的特征对内燃机尾气通道中设置的NOx-存储催化剂脱硫进行控制的装置和方法。
己知利用NOx-存储催化剂可对至少瞬时以贫工作方式工作的内燃机的尾气实现处理。其中在贫工作方式时NOx-存储催化剂以硝酸盐的形式对氮氧化物NOx进行储存，所述氮氧化物NOx在此阶段与减少的诸如一氧化碳或未燃烧的碳氢化合物等尾气组分相比将过多地存在于尾气中并因此未被完全转换。定期地或随着NOx-存储能力地降低对存储催化剂进行NOx再生，为此以富尾气条件对存储催化剂加载并调整到最低催化剂温度。
除了对NOx-吸收外，在NOx-存储催化剂上将会出现不希望的氧化硫的沉积。硫沉积在NOx-再生的条件下是不可逆的，因而将导致对存储催化剂的逐渐硫化，该硫化将降低NOx-存储容量。另外硫结块将导致形成硫酸盐颗粒，所述颗粒将导致对NOx-存储催化剂的催化活性的不可逆的损伤。随着粒度的增大去除这些硫酸盐颗粒越来越困难。所以已知必须定期地对NOx-存储催化剂进行脱硫，其中被沉积的硫在650℃以上的催化剂温度并在以富尾气环境条件加载的情况下主要以二氧化硫SO2和硫化氢H2S的形式被排出。
除了由于形成硫酸盐颗粒将造成不可逆的损伤外，已知还有其它的导致存储容量下降的损伤。其中首先热损伤起着重要作用。
本发明的目的在于提出一种用于控制NOx-存储催化剂脱硫的方法，利用此方法可对NOx-存储催化剂的不可逆的损伤进行识别并进行跟踪。
根据本发明，该目的通过具有独立权利要求中所述的特征的用于对NOx-存储催化剂脱硫进行控制的方法和装置得以实现。根据本发明的方法由在NOx-存储催化剂下游测出的NOx-浓度求出NOx-存储催化剂的NOx-活性并且当低于NOx-存储催化剂催化活性的预定的阈值时，以预定的脱硫参数开始脱硫。另外根据脱硫结果对NOx-存储催化剂的不可逆的损伤进行跟踪并且当超过一个预定的损伤极限值时将开始硬脱硫，其中选择至少与较高的脱硫效率相符的脱硫参数，并且内燃机的继续工作与在硬脱硫后重新获得的NOx-起始活性的高度相关。脱硫的实施将确保大量的硫被排出，即使在前的标准脱硫未完全进行，也是如此。因此可以用NOx-存储催化剂中存在的不可逆的损伤对经硬脱硫后重新获得的NOx-活性进行修正。因此可以识别出NOx-存储催化剂的不容许程度的损伤。
本发明可以采用各种预定损伤极限值的方法。根据本发明的一优选设计在每次脱硫后将重新对阈值进行预给定，低于该阈值将开始脱硫，使阈值与在结束脱硫后重新获得NOx-存储催化剂的NOx-起始活性成比例。在该情况时损伤极限值构成不得被低于的NOx-存储活性的最低的极限值，其中阈值高于损伤极限值。根据另一设计阈值不变化，低于该阈值将开始脱硫。根据该方案，随着催化剂的不可逆的损伤的增多，脱硫频度增大，所以预定的脱硫频度起着损伤极限值的作用。根据本发明的再一设计，其中阈值同样是恒定不变的，损伤极限值作为脱硫后重新获得的NOx-起始活性的下限。
在进行脱硫，尤其是硬脱硫时将伴随油耗的增大并且有时也会对机动车的工作性能造成影响。因此并不是在任何情况下都希望开始脱硫。所以根据本发明方法的一有益的实施方式，当超过损伤极限值时首先禁止内燃机的贫工作并且当存在相应的预定的边界条件时，将开始硬脱硫。该边界条件也可以是NOx-存储催化剂的最低温度和/或在最短的时间内保持的机动车的最低行驶速度。
根据本发明的方法在硬脱硫后的内燃机的继续工作与脱硫效果相关，即取决于脱硫后重新获得的NOx-起始活性。根据本发明的一优选设计，当结束硬脱硫后重新获得的NOx-起始活性几乎与或至少与一种无硫、无NOx-和未受损伤NOx-存储催化剂的起始活性相符，则可以允许内燃机的贫工作。此点是基于在硬脱硫前观察到的NOx-存储活性的损失是由于硫沉积和不完全进行的在前的脱硫造成的并且并不是由于NOx-存储催化剂的不可逆损伤造成的。所以另外在成功的进行硬脱硫后优选对脱硫参数进行适配调整，以便使后续的脱硫更为有效。
如果与此相反在很大程度上硬脱硫毫无结果并且重新获得的NOx-起始活性并不明显地高于在在前的脱硫后存在的NOx-起始活性时，则判定NOx-存储催化剂受到剧烈的不可逆的损伤并且限制或禁止内燃机的的贫工作，以便将NOx-排放保持在最小程度。另外还可以联想到，例如利用一报警指示将催化剂的维护必要性告知驾驶员。
另外优选装置包括如下部件，例如一个控制单元，在该控制单元中以数字方式存储有用于控制NOx-存储催化剂脱硫的方法步骤的过程。该控制单元宜安装在大多数情况已有的发动机控制器中。
下面将对照附图对本发明做进一步说明。图中示出：
图1为尾气净化设备和用于对NOx-存储催化剂脱硫进行控制的装置的原理图；
图2为根据本发明的一种优选设计的NOx-存储催化剂的NOx-存储活性随时间变化的曲线；
图3为根据本发明的另一种优选设计的NOx-存储催化剂的NOx-存储活性随时间变化的曲线；和
图4为根据在图2所示的实施例的本发明的方法步骤的流程图。
图1示意示出的具有后置的尾气管路12的内燃机10。在尾气管路12的尾气通道14设置有一个预催化剂16以及一个NOx-存储催化剂18。另外在尾气通道14内还安装有用于检测选定的工作参数的装置。例如气体探头20、22对尾气中的气体成分的浓度进行检测。在本例中作为λ探头的气体探头20用于检测内燃机10后面和两部分催化剂16、18之前的氧分量，而NOx-探头22用于测量NOx-存储催化剂后面的NOx-浓度。在NOx存储催化剂18前面和后面的温度传感器24、26用于测量催化剂温度。另外也可以不采用一个或甚至两个温度传感器24、26并根据经验推导出NOx-存储催化剂的温度。所有由气体探头20、22和温度传感器24、26检测出的信号被输入发动机控制器28，在此这些信号首先被数字化并接着被继续处理，以便对内燃机10的工作方式进行控制。为此发动机控制器28例如对馈送入内燃机10的空-燃-混合气进行调整，其中对在进气管32中的油门30和/或尾气回流装置34施加影响。采用举例示出的执行机构30、34例如可以调节内燃机10的贫-或富-工作方式。
在发动机控制器28内安装有一个控制单元36，在控制单元内存储有用于对NOx-存储催化剂脱硫进行控制的过程，对此将在下面做进一步的说明。另外也可以脱离发动机控制器28，单独实现控制单元36。
图2示出NOx-存储催化剂18的相对NOx-活性NOArel的随时间变化曲线。其中相对NOx-活性NOArel表示已有的NOx-存储催化剂18的NOx活性与NOx-和无硫的和未受损伤的NOx存储催化剂的NOx-活性的比例。在这里NOx-活性NOA本身的定义是在NOx-存储催化剂18后面用NOx-探头测出的NOx-浓度与在NOx-存储催化剂18前面存在的NOx-浓度的比。优选用发动机控制器28对照内燃机10的实际工作参数计算出NOx-存储催化剂18前面的NOx-浓度，即NOx-原排放。另外也可以用一个设置在尾气管路14中的NOx-探头测量出NOx-存储催化剂18前面的NOx-浓度。在发动机控制器28中对NOx-活性NOA以及相对NOx-活性NOArel进行计算，其中在发动机控制器28中还存储有无NOx-和无硫的未受损伤的NOx-存储催化剂的NOx-活性值。在机动车开始工作时NOx-存储催化剂18具有与新的催化剂类似的NOx-活性NOA，因而相对NOx-活性NOArel首先取的值接近于“1”。接着将逐步增大对催化剂18的硫化，从而使相对NOx-活性NOArel将逐步减小。当低于相对NOx-活性的第一个阈值SW时，则在时间点t1开始NOx-存储催化剂18的第一次脱硫40。根据预定的脱硫参数调整脱硫所需的催化剂的最低温度并且内燃机10在预定的或调整的脱硫时间内并以与λ-富预定值相符的的富工作方式工作。为对H2S的排放进行抑制，已知在富-贫-间隔内进行脱硫。在此情况时例如可以预定间隔的富-贫-λ预定值、转换频度以及根据NOx-存储催化剂18的富-贫-转换门限的位置作为附加的脱硫参数。在脱硫40结束后根据重新获得的相对NOx-起始活性NOAMX由控制单元36重新确定阈值SW的位置，其中阈值SW优选与重新获得的NOx-起始活性NOAMX成比例。在脱硫结束后存在的NOx-起始活性NOAMX随着工作时间t的推移越来越不与新的NOx-存储催化剂的NOx-活性相符并随着催化剂的老化下降。其原因例如是不完全的脱硫和/或对NOx-存储催化剂18的不可逆的热损伤。由于NOx-起始活性NOAMX越来越降低，所以低于其时开始脱硫的阈值SW将被大大降低。硫化38和脱硫40周期反复进行，直至NOx-活性NOA在时问点t5达到不得低于的下阈值，损伤极限值SWIR。低于损伤极限值SWIR将首先导致内燃机10从贫工作方式向化学计算或富工作方式的转换，以便使NOx-排放保持在低的程度。优选只有当边界条件，例如NOx-催化剂18的最低温度和/或在最短的时间内保持的车辆的行驶速度等存在的情况下，才开始硬脱硫。采用此方式可以使能耗非常大的硬脱硫时的油耗保持在最低的程度。硬脱硫42与前面的脱硫40是不同的，其中至少要选定与较高的脱硫效果相符的一个脱硫参数(例如催化剂温度、λ、时间预定)。例如可以为硬脱硫42设定延长的脱硫时间和/或较低的λ富预定。
视NOx-存储催化剂18存在的不可逆损伤，在硬脱硫后重新获得的NOx-起始活性的高度是不同的。在用44所标示的情况时重新获得的NOx-活性NOAMX几乎与无硫的未损伤的催化剂的NOx-活性相符。此情况是基于催化剂18实际上未受到持续的损伤并且在先的活性损失是由于不完全的在先的脱硫40造成的。在情况46时通过硬脱硫43虽然不能完全地，但在明显的范围内重新获得原始的NOx-活性。这意味着存在催化剂的不可逆的损伤，而且也意味着不完全进行的脱硫40。在上述两种情况44、46下仍允许内燃机10的贫工作，其中对重新获得的NOx-起始活性NOAMX可以预先给定一个下阈值。宜在情况44、46下为后面的脱硫对脱硫参数进行适配性地修正，从而预期可以获得改善的后续的脱硫效果。对脱硫参数的修正是十分重要的，NOx-存储催化剂18的不可逆的损伤越小，则在硬脱硫42后重新获得的NOx-活性NOAMX就越高。在情况48时硬脱硫42实际上没有效果。在此将判定存在存储催化剂18的广泛的不可逆的损伤。为继续对NOx-排放进行抑制，在此情况时彻底禁止内燃机10的贫工作。也可选择设置一个警告指示，该警告指示可以使驾驶员了解催化剂的状态并指示需进行维护。
图3示出本发明另一优选实施例的相对NOx-活性NOArel。在整个机动车工作时NOx-活性NOA的阈值SW保持恒定不变。
随着NOx-存储催化剂18的日益老化脱硫40后恢复的NOx-起始活性NOAMX将降低。因此NOx-存储催化剂18在内燃机10以贫工作方式硫沉积的时间周期τ越来越短，直至达到阈值SW。换句话说：所需的脱硫40频度将增大。判定硬脱硫42的必要性的标准在于预定的最大的脱硫频度或也在于脱硫后重新获得的NOx-起始活性NOAMX的下限。本发明的实施方式的所有其它的方法特征与图2所示的特征相符并且在此不再赘述。
图4示出说明在图2中所示的方法的实施方式的流程图。该方法过程以步骤S1开始，其中对内燃机10以贫环境，即以λ＞1加载。在步骤S2中根据由NOx-探头22测出的在NOx-存储催化剂18后的浓度对NOx-活性NOA进行计算。在步骤S3中NOx-存储活性NOA与阈值SW进行比较。如果NOx-活性NOA高于阈值SW，则过程返回步骤1并且内燃机1继续以贫方式工作。如果与此相反在步骤S3中确定达到阈值或低于阈值，则在步骤S4中将对NOx-活性NOA与损伤极限值SWIR进行比较。如果尚未达到或低于损伤极限值SWIR，则在步骤S5用预定的脱硫参数开始脱硫。在结束脱硫后在步骤S6中求出重新获得的NOx-活性NOAMX并且根据求出的起始活性NOAMX重新计算阈值SW。如果另一方面在步骤S4中确定NOx-活性NOA达到或低于损伤极限值SWIR，则在步骤S7中开始硬脱硫。在硬脱硫结束后在步骤S8中将询问，是否重新获得的NOx-活性NOAMX小于预定的门限值SWMX。如果是“否”，则在步骤S6中根据NOx-起始活性NOAMX计算新的门限值SW，接着在步骤S1中将重新允许以贫方式工作。与此相反在步骤S8中确定出脱硫无效果，则在步骤S9中将最终禁止贫工作。