WO9920876A1

METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING THE TEMPERATURE RANGE OF AN NOx ACCUMULATOR IN THE EXHAUST SYSTEM OF A COMBUSTION ENGINE

Abstract

The invention relates to a method and a device for controlling the temperature of an NOx accumulator (7) to purify the exhaust gas stream of a combustion engine (1), which can be used especially for diesel or lean-mix engines. According to said method or the device, a heat flux (W1, W2) is carried off from the exhaust gas stream in front of the NOx accumulator (7) in the exhaust gas pipe (5) depending on the operating state of the combustion engine (1) so that a maximum temperature of the NOx accumulator is not exceeded, more particularly, so that a specified temperature range is maintained. In order to obtain minimum operating temperature of the NOx accumulator, the combustion engine (1) is operated at least at an air-fuel ratio of lambda </=1 until said minimum operating temperature is reached.

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25 claims: 6 independent, 19 dependent

  1. 1
    Patentansprüche 1. Verfahren zur Regelung des Temperaturbereiches eines NOx-Speichers (4;7) zum Reinigen eines in einem Abgasstrang (5) geführten Abgasstromes einer Verbrennungskraftmaschine (1), bei welchem aus dem Abgasstrom vor dem NOx-Speicher (4) in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine (1) ein solcher Wärmestrom (W;Wl , W2) abgeführt wird, daß eine maximale Belastungstemperatur des NOx-Speichers (4;7) sicher nicht überschritten und/oder ein vorgebbarer Temperaturbereich im wesentlichen eingehalten wird.
  2. 2
    Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem aus dem Abgasstrom vor und/oder nach einem ersten Katalysator (2) zumindest ein Teil der im Abgas enthaltenen Wärmeenergie als Wärmestrom (W) abgeführt wird.
  3. 3
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem aus dem Abgasstrom der Wärmestrom (W1,W2) zweistufig abgeführt wird.
  4. 4
    Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem aus dem Abgasstrom vor und nach dem ersten Katalysator (2) der Wärmestrom (Wl , W2) abgeführt wird.
  5. 5
    Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der NOx-Speicher (4;7) NOx speichert und als Oxidationkatalysator wirkt.
  6. 6
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem der abgeführte Wärmestrom (W;Wl, W2) 5 kW bis 50 kW beträgt.
  7. 7
    Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem abgeblasene Luft eines der Verbrennungskraftmaschine (1) zugeordneten Abgasturboladers (9) zur Zwangskühlung des Abgasstranges (5) vor dem NOx-Speicher genutzt wird.
  8. 8
    Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Wärmestrom (W;Wl, W2) geregelt abgeführt wird, wobei als Regelgröße in Abhängigkeit von der Last der Verbrennungskraftmaschine (1) ein vorgebbarer Bereich der Temperatur des NOx-Speichers (4;7) ver- wendet wird.
  9. 9
    Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein vorgebbarer Bereich der Temperatur des NOx-Speichers (4;7) durch eine untere Temperatur von etwa 150 °C und eine obere Temperatur von 700 °C, vorzugsweise 500 °C, gebildet ist.
  10. 10
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem die Verbrennungskraftmaschine (1) bei einem Luft-Kraftstoff- Verhältnis Lamda < 1 betrieben wird, bis der NOx-Speicher (4;7) seine minimale Betriebstemperatur von etwa 150 °C erreicht hat.
  11. 11
    Verfahren zur Regelung des Temperaturbereiches eines NOx-Speichers (4;7) zum Reinigen eines Abgasstromes einer Verbrennungskraftmaschine (1), bei welchem die Verbrennungskraftmaschine (1) zumindest so lange bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lamda < 1 betrieben wird, bis der NOx-Speicher (4;7) seine minimale Betriebstemperatur erreicht hat.
  12. 12
    Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die minimale Betriebstempe- ratur 150 °C beträgt.
  13. 13
    Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei welchem der NOx-Speicher (4;7) NOx speichert und als Oxidationskatalysator wirkt.
  14. 14
    Abgaskatalysatoranlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, insbesondere für Diesel- oder Magermotoren, mit zumindest jeweils einem in einem Abgasstrang (5) angeordneten ersten Katalysator (2) und NOx-Speicher (4;7), dadurch gekennzeichnet, daß vor dem NOx-Speicher (4;7) zumindest ein Wärmeübertrager (3;8) im Abgasstrang angeordnet ist.
  15. 15
    Abgaskatalysatoranlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der NOx-Speicher (4;7) zwischen einem ersten Katalysator (2) und einem zweiten Katalysator (6) und der Wärmeübertrager (3) vor dem ersten Katalysator (2) oder zwischen dem ersten Katalysator (2) und dem NOx-Speicher (4;7) angeordnet ist.
  16. 16
    Abgaskatalysatoranlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Wärmeübertrager (8) zwischen der Verbrennungskraftmaschine (1) und dem ersten Katalysator (2) angeordnet ist.
  17. 17
    Abgaskatalysatoranlage nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Katalysator (2) und der zweite Katalysator (6) jeweils als Drei-Wege-Katalysatoren ausgebildet sind, wobei der erste Katalysator (2) vorzugsweise eine sehr geringe Sauerstoffspeicherfä- higkeit aufweist.
  18. 18
    Abgaskatalysatoranlage nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der NOx-Speicher (4;7) und der zweite Katalysator (6) in einer Einheit integriert sind.
  19. 19
    Abgaskatalysatoranlage nach einem der Ansprüche 14 - 18, dadurch gekennzeichnet, daß der NOx-Speicher (4;7) eine katalytische Drei- Wege-Beschichtung aufweist.
  20. 20
    Abgaskatalysatoranlage nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (3;8) eine Kühlleistung von 5 kW bis 50 kW aufweist.
  21. 21
    Abgaskatalysatoranlage nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (3;8) als Gegenstromwärme- übertrager ausgebildet ist.
  22. 22
    Abgaskatalysatoranlage nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (3;8) als doppelwandiges Rohr ausgebildet ist, welches in seinem Inneren von Abgas und in der durch die Doppelwand gebildeten Hülle von Kühlmittel durchströmt ist.
  23. 23
    Abgaskatalysatoranlage nach einem der Ansprüche 14 - 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (3;8) ein als Rippenrohr ausgebildetes Stück des Abgasstranges (5) ist, welches von Kühlmittel umströmt ist.
  24. 24
    Abgaskatalysatoranlage nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel Wasser oder Luft ist und als Zwangs- Strömung durch den Wärmeübertrager (3;8) strömt.
  25. 25
    Abgaskatalysatoranlage nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß abgeblasene Luft eines der Verbrennungskraftmaschine (1) zugeordneten Abgasturboladers (9) durch den Wärmeübertrager (3;8) strömt.
Independent claims25