1 Einführung

Um die zukünftigen niedrigen Abgas-grenzwerte beim Dieselmotor erreichen zukönnen, müssen sowohl innermotorischeMaßnahmen als auch Abgasnachbehand-lungskonzepte zusammen erforscht wer-den, da selbst für modernste motorischeKonzepte in einigen Fahrzeugklassen eineMinderung der NOx-Rohemission durchAbgasnachbehandlung von mehr als 50 %erforderlich sein wird. Gegenwärtig giltneben dem SCR-System der NOx-Speicher-katalysator als vielversprechender Lö-sungsansatz, mit dem zukünftige NOx-Grenzwerte unterschritten werden kön-nen.

Von Untersuchungen an Magerottomo-toren ist bekannt, dass die Speicherungvon Stickoxiden im sauerstoffreichenAbgas mit NOx-Speicherkatalysatorenmöglich ist, wobei hohe Wirkungsgradeerreicht werden können [1-3]. Dabei kannder Anstieg des Kraftstoffverbrauchesdurch eine sorgfältige Anpassung der Spei-cher- und Regenerationsparameter unterstationären Betriebsbedingungen bei etwa90-prozentiger NOx-Konvertierung aufetwa 3 % begrenzt werden [2].

Die grundsätzliche Übertragbarkeit derNOx-Speicherkatalysator-Technologie aufden Dieselmotor wurde bereits demon-striert, wobei die Frage der Regenerationsolcher Katalysatoren noch nicht zufrie-denstellend gelöst wurde [3]. Zur Redukti-on der auf dem Katalysator gespeicherten

Stickoxide benötigt man einen unter-stöchiometrischen Motorbetrieb. Diesenerreicht man zum Beispiel durch eine luft-seitige Drosselung, wobei die zur Kataly-satorregeneration notwendigen CO- undHC-Konzentrationen bei gleichzeitigerSauerstoff-Armut erreicht werden [2, 3].Neben der Gefahr eines inakzeptablenAnstieges der Rußemission haben luftsei-tige Maßnahmen zur Darstellung des Fett-betriebes den weiteren Nachteil eines trä-geren Ansprechverhaltens. Untersuchun-gen zur dieselmotorischen Verbrennungs-prozessführung haben gezeigt, dass miteiner gezielten Einspritzverlaufsformungdie Abgasemissionen soweit beeinflusstwerden können, dass die erforderlichenBedingungen zur NOx-Speicherkatalysa-torregeneration mit dem Vorteil einesschnelleren Ansprechverhaltens darstell-bar sind [5].

Neben der Darstellung des dieselmoto-rischen Fettbetriebes zur Regeneration desKatalysators ist bei der NOx-Speichertech-nologie auch die Vergiftung des Speicher-materials durch den im Kraftstoff enthal-tenen Schwefel problematisch [1]. Die alsSpeichermaterial verwendeten Alkali-und Erdalkaliverbindungen besitzen einehohe Neigung zur Sulfatbildung. EineDesulfatisierung des Speichermaterials istbei hohen Temperaturen und gleichzeitigreduzierender Atmosphäre möglich,wobei eine irreversible thermische Schädi-gung des Speichermaterials vermiedenwerden muss.

FORSCHUNG Abgasnachbehandlung

214 MTZ 3/2003 Jahrgang 64

Der Einsatz eines NOx-Speicherkatalysators, wie er bei denOttomotoren mit Direkteinspritzung bereits serienmäßig Ver-wendung findet, stellt für den Dieselmotor eine besondereHerausforderung dar. In diesem Beitrag des Lehrstuhls fürVerbrennungskraftmaschinen der RWTH Aachen in Zusam-menarbeit mit der FEV Motorentechnik GmbH werdenUntersuchungsergebnisse zum Einsatz eines NOx-Speicher-katalysators in einem Pkw-Dieselmotor vorgestellt.

Dipl.-chem. JürgenSchnitzler ist wissen-schaftlicher Mitarbeiterdes Lehrstuhls für Ver-brennungskraftmaschinender RWTH Aachen.

Prof. Dr.-Ing. StefanPischinger ist Inhaberdes Lehrstuhls für Ver-brennungskraftmaschinen(VKA) der RWTH Aachen.

Dr.-Ing. Andreas Wiartallaist Leiter der AbteilungAbgasnachbehandlung derSparte Dieselverfahren beider FEV MotorentechnikGmbH, Aachen.

Dipl.-Ing. Volker Scholz istFachkoordinator in derSparte Dieselverfahren beider FEV MotorentechnikGmbH, Aachen.

Die Autoren

Untersuchungen zum Einsatz eines NOx-Speicherkatalysatorsim Pkw-Dieselmotor

dabei auf inakzeptabel hohe Werte an. Diealleinige Erhöhung der eingespritztenKraftstoffmenge zur Darstellung einesunterstöchiometrischen Motorbetriebesführt zwar zu einem schnellen Fettbetriebmit moderatem Schwarzrauchanstieg,wohingegen der Kraftstoffmehrverbrauchdeutlich zunimmt. Durch eine Kombinati-on aus Erhöhung der Einspritzmenge beigleichzeitiger Anpassung der Einspritzzei-ten mit einer Verringerung der Luftmasselässt sich ein rußarmer Fettbetrieb mitakzeptablen Kraftstoffmehrverbräuchendarstellen. Gegenüber den einspritzseiti-gen Einstellparametern, die bei modernenEinspritzsystemen zyklussynchron ver-stellt werden können, sind die luftseitigen

Parameter totzeitbehaftet und führendamit zu einer zeitverzögerten Reaktiondes Motors, wie im Bild 2 schematisch dar-gestellt. Inwieweit sich die verschiedenenMöglichkeiten zur Darstellung des Fettbe-triebes während der reinen Regenera-tionsphase, also ohne Berücksichtigungder Übergangsphasen, auf den Kraftstoff-mehrverbrauch auswirken, ist schema-tisch im Bild 3 dargestellt. Ausgehend voneinem konstanten Magerbetriebspunkt(λ > 1) mit der Leistung Peff, für denein gewisser Kraftstoff- und Sauerstoff-massenstrom erforderlich ist, werden diedrei folgenden Fälle zur Darstellung desunterstöchiometrischen Betriebes (λ < 1)unterschieden:

2 Strategien zur Regenerationvon NOx-Speicherkatalysatorenam Dieselmotor

Zur Reduzierung der während des Mager-betriebes auf einem Speicherkatalysatorgesammelten Stickoxide wird unter-stöchiometrisches Abgas benötigt. Dieinnermotorische Anfettung ist generelldurch Reduktion der angesaugten Luft-masse und/oder durch Erhöhung der ein-gespritzten Kraftstoffmenge möglich,Bild 1.

Durch eine alleinige, saugseitige Luft-drosselung lassen sich die zur NOx-Rege-neration notwendigen Bedingungen zwardarstellen [3], aber die Rußemission steigt

215MTZ 3/2003 Jahrgang 64

2 Strategien zur Regeneration von NOx-Speicherkatalysatoren am Dieselmotor

Bild 1: Möglich-keiten zum unter-stöchiometrischen Betrieb durch inner-motorische MaßnahmenFigure 1: Possibilities for rich engine operation by internal engine measures

Bild 2: SchematischeZeitverläufe verschiedener Maß-nahmen für unter-stöchiometrischenBetrieb Figure 2: Schematictime curves for different possibilitiesgetting rich engineoperation

lassen sich die folgenden Rückschlüsse aufeinen verbrauchsoptimierten Regenerati-onsbetrieb ziehen:■ Die Sauerstoffmasse der Frischladungist soweit wie möglich abzusenken■ die Regenerationsphase ist so kurz wiemöglich einzustellen■ das Luftverhältnis ist so fett wie mög-lich einzustellen.

Entscheidend für die optimale Regene-ration eines Speicherkatalysators ist das

unterstöchiometrische Emissionsprofil.Da die Reduktion von Stickoxiden mitKohlenmonoxid im Vergleich zur Reaktionmit Kohlenwasserstoffen eine wesentlichschnellere Kinetik aufweist, ist im Beson-deren auf ein hohes CO/HC-Verhältnis imunterstöchiometrischen Betrieb zu achten,Bild 4. Neben den reduzierenden Reagen-zien sollte im unterstöchiometrischenBetrieb der Sauerstoffanteil so gering wiemöglich sein.

■ Fall 1: Nur Kraftstoffzugabe (interneoder externe Nacheinspritzung)■ Fall 2: Luftmassenreduktion (Ansaug-luftdrossel, AGR, VTG) und Kraftstoffzuga-be (interne oder externe Nacheinsprit-zung) bei konstantem unterstöchiometri-schen Luftverhältnis wie im Fall 1 λ2 rich =λ1 rich)■ Fall 3: Luftmassenreduktion (Ansaug-luftdrossel, AGR, VTG) und Kraftstoffzuga-be (interne oder externe Nacheinsprit-zung) bei konstanter Fettbetriebsdauerwie im Fall 1 (t3 = t1).

Im ersten Fall, links im Bild 3 darge-stellt, wird davon ausgegangen, dass derÜbergang vom mageren Betriebszustandλ1 lean > 1) in den stöchiometrischen Betrieb(λ1 st = 1) nur durch Zugabe von Kraftstofferzielt wird. Die angesaugte Luftmassebleibt unverändert. Zusätzlich wird nochein weiterer Kraftstoffmassenanteilbenötigt, um den erforderlichen Regenera-tionsmittelbedarf, überwiegend in Formvon CO, zur Verfügung zu stellen (λ1 rich <1). Somit setzt sich der gesamte Kraftstoff-bedarf aus drei Teilen zusammen:■ Kraftstoffmasse zur Erzeugung einergewissen Motorleistung Peff■ Kraftstoffmasse für stöchiometrischenBetrieb (λ= 1)■ Kraftstoffmasse zur Bereitstellung desRegenerationsmittels (λ<1).

Während die beiden Kraftstoffmas-senanteile zur Erzeugung der Motorleis-tung und des Regenerationsmittels unab-dingbar und damit nicht reduzierbar sind,ist die Kraftstoffmenge zur Darstellungdes stöchiometrischen Betriebes reinerMehrverbrauch und auf ein möglichstgeringes Maß zu reduzieren.

Im zweiten Fall, dargestellt im mittle-ren Teil von Bild 3, wird eine Reduktion desgesamten Sauerstoff- und Kraftstoffmas-senstroms um jeweils 50 % angenommen.Um dasselbe unterstöchiometrische Luft-verhältnis wie im Fall 1 zu gewährleisten(λ2 rich = λ1 rich), verdoppelt sich nun dieRegenerationszeit (t2 = 2 x t1). Durch dieseMaßnahme reduziert sich der reine Kraft-stoffmehrverbrauch gegenüber dem Fall 1um den gestrichelt dargestellten Anteil.

Im dritten Fall, rechts im Bild 3 darge-stellt, wird wieder, wie im Fall 2, eine 50-prozentige Reduktion des gesamten Luft-und Kraftstoffmassenstroms angenom-men. Die Regenerationszeit t3 wird in die-sem Fall mit der Zeit t1 (Fall 1) gleichge-setzt. Dies führt dazu, dass das unter-stöchiometrische Luftverhältnis im Fall 3kleiner ist als in den Fällen 1 und 2 (λ3 rich <λ1 rich, λ2 rich). Der Kraftstoffmehrver-brauch kann durch diese Maßnahmenochmals abgesenkt werden (gestrichelterBereich). Aus diesen Überlegungen heraus

FORSCHUNG Abgasnachbehandlung

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2 Strategien zur Regeneration von NOx-Speicherkatalysatoren am Dieselmotor

Bild 3: Möglichkeiten zur Reduktion des Kraftstoffmehrverbrauches im Regenerationsbetrieb (schematisch)Figure 3: Possibilities of fuel penalty reduction during regeneration mode (schematic)

Bild 4: Kohlenwasserstoff-Durchbruch während der Fettbetriebsphase nachSpeicherkatalysatorFigure 4: HC-breakthrough downstream the NOx adsorber catalyst during richoperation mode

3.2 Untersuchung des motorischen Verhaltens bei λ-Sprüngen (Anfettung)Ausgehend von einem im Stationärbetriebabgestimmten Fettbetriebspunkt werdenMager-/Fettsprünge bei konstanter moto-rischer Betriebsweise untersucht. Hierauskönnen motorische Anforderungen undBedingungen hinsichtlich eines Vorsteue-rungsbedarfes abgeleitet werden, umbeim λ-Sprung einen Drehmoment-/Dreh-zahlsprung sowie einen Rußstoß zu ver-meiden. Zusätzlich soll eine Veränderungdes maximalen Zylinderdruckanstiegeswährend des Lambdasprunges verhindertwerden. Eine nahezu vollständige NOx-Regeneration lässt sich bei einer Drehzahlvon 1500/min und einem effektiven Mit-teldruck von 5 bar durch 2 Sekunden Fett-betrieb nach 60 Sekunden Magerbetriebdarstellen. Bild 6 zeigt die Stickoxidemis-sionen vor und nach Speicherkatalysatorbei stationärer motorischer Betriebsweiseohne Vorsteuerung beim Sprung in denFettbetrieb und Rücksprung in den Mager-betrieb. Es wird bei dieser Verfahrenswei-se zwischen den in der Motorsteuerungabgelegten Mager- und Fettbetriebs-Kennfeldern direkt umgeschaltet. DieÄnderung der motorischen Parameter, wiezum Beispiel Raildruck und AGR-Ventil-stellung, erfolgt über die in der Motor-steuerung für den Magerbetrieb abgeleg-ten Regelstrategien.

Es wird eine 95-prozentige Stickoxidre-duktion erreicht, bei einem Kraftstoff-

mehrverbrauch von 2,2 %. Die Temperaturvor Speicherkatalysator liegt bei diesenUntersuchungen bei 350 °C.

Beim direkten Sprung zwischen denMager/Fett-Kennfeldern sind die Ände-rungen von Drehzahl, Drehmoment undRußemission vernachlässigbar. Es wirdaber ein kurzzeitiger starker Anstiegdes maximalen Zylinderdruckgradienten(dp/dα)max beobachtet. Ursache hierfür istdas Überschwingen des Raildruckes auf1100 bar durch die für den Magerbetriebvoreingestellten motorischen Regelpara-meter, siehe Bild 7 links.

Der Einsatz einer Übergangsfunktion,programmiert auf einer ASCET-SD-Platt-form, lässt eine von den standardmäßig inder Motorsteuerung implizierten Regel-kreisen unabhängige Steuerung der ein-zelnen motorischen Betriebsparameterwährend des Lambdasprunges zu. DieÜbergangsfunktion ist so gewählt, dassdie Änderung zwischen Mager- und Fett-betriebs-Kennfeldern variabel einstellbarist. Es zeigt sich, dass durch eine langsa-mere Erhöhung des Raildruckes bei gleich-zeitiger Anpassung der Haupteinspritz-

3 Untersuchungsergebnisse

3.1 Stationäre motorischeUntersuchungen zur AnfettungBild 5 zeigt die Beeinflussung des diesel-motorischen Arbeitsprozesses durch Ein-führung einer dritten (Nach-)Einspritzungzur Darstellung eines fetten Motorbe-triebs. Die Nacheinspritzung bei Fettbe-trieb verursacht im Vergleich zum Mager-betrieb eine zweistufige Verbrennung,wie an der gestrichelten Karftstoffumsatz-kurve in Bild 5 zu erkennen ist.

Bei einem Luftverhältnis von 0,92erhält man 2,5 % CO bei einer akzeptablenSchwarzrauchzahl unter 1. Die Sauerstoff-konzentration liegt bei 1,7 %. Die hohenKohlenwasserstoffkonzentrationen kön-nen durch Einsatz eines Oxidationskataly-sators vor dem Speicherkatalysator durchNachverbrennung reduziert werden. Diesführt aufgrund des geringen Restsauer-stoffes zu einer unvollständigen Oxidati-on der Kohlenwasserstoffe und damit zueinem deutlichen Anstieg der CO-Konzen-tration bei gleichzeitiger Abnahme derSauerstoffkonzentration. Der Abbau derKohlenwasserstoffe ist bei dem hiergewählten Oxidationskatalysator jedochnicht vollständig, so dass vor Speicherka-talysator noch Sauerstoff (≈ 1 %) und Koh-lenwasserstoffe vorhanden sind. Eine effi-zientere Ausnutzung dieses Restsauerstof-fes durch Optimierung des Katalysatorswürde die Kohlenwasserstoffe weiterabsenken.

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3.1 Stationäre motorische Untersuchungen zur Anfettung

Bild 5: Vergleichdes Zylinder-druckverlaufsund des Brenn-verlaufes imMager- und FettbetriebFigure 5: Comparison ofcylinder pressurecurve and courseof combustion at lean and richengine condition

nisse dieser Optimierung an dem ausge-wählten Betriebspunkt. Es ist zu sehen,dass durch die Optimierung die starkenSchwankungen im maximalen Zylinder-druckanstieg beim Lambdasprung ver-mieden werden. Einflüsse auf Drehzahlund Drehmoment werden durch Ände-rung der Einspritzmengen mittels Über-gangsfunktion kompensiert.

3.3 Ausarbeiten einer NOx-Regenerationsstrategiebeim LastsprungDie instationäre Phase der Motorlastände-rung bei konstanter Drehzahl bietet sichfür die NOx-Regeneration an, da sich hierdas akustische und Schwingungsverhal-ten des Motors auch im Magerbetriebändert. Zur Untersuchung der NOx-Rege-

menge der kurzzeitige Sprung im Zylin-derdruckanstieg verhindert werden kann.Da sich die motorischen Betriebsparame-ter gegenseitig beeinflussen, müssen beider Variation der Übergangsfunktioneines Parameters die anderen Parameternachgestellt werden, um den Einfluss aufDrehzahl und Drehmoment zu kompen-sieren. Bild 7 (rechter Teil) zeigt die Ergeb-

FORSCHUNG Abgasnachbehandlung

218 MTZ 3/2003 Jahrgang 64

3.2 Untersuchung des motorischen Verhaltens bei λ-Sprüngen (Anfettung)

Bild 6: NOx-Kon-zentrationen vorund nach Spei-cherkatalysatorim Mager-/Fett-betrieb (60/2 s)ohne Übergangs-steuerungFigure 6: NOx

concentrationupstream anddownstream ofNOx adsorber ina lean/rich cycle(60/2 s) withouttransition func-tion

Bild 7: Änderungdes max. Zylin-derdruckanstie-ges während desLambdasprungsohne (links) undmit (rechts) Über-gangssteuerungFigure 7: Influen-ce of transitionfunction on max.cylinder pressuregradient at lean/rich transition

219MTZ 3/2003 Jahrgang 64

3.3 Ausarbeiten einer NOx-Regenerationsstrategie beim Lastsprung

3.4 Untersuchungen zur Desulfatisierung eines Speicherkatalysators

Bild 8: NOx-Regeneration bei instationärermotorischerBetriebsweiseFigure 8: NOx

regeneration attransient engineconditions

Bild 9: NOx-Speicherver-mögen vor und nach Desulfatisie-rungFigure 9: NOx-trapping capacitybefore and afterdesulfation

Der Ausgangszustand beschreibt denZustand des Katalysators zu Beginn derSulfatbeladungs- und Desulfatisierungs-versuche. Die Schwefel-Beladung wirdmittels eines Mager-/Fett-Zyklus (60/2s)bei konstanter Motordrehzahl und -lastdurchgeführt, was bei fünf Betriebsstun-den mit dem hier verwendeten Kraftstoff(150 ppm S-Gehalt) zu einer 75-%-Abnah-me des NOx-Speichervermögens führt.

Die Desulfatisierungstemperaturenwerden durch innermotorische Anfettung(Nacheinspritzung) und exotherme Nach-oxidation auf einem motornahen Oxida-tionskatalysator erreicht. Die Zeit bis zurvollständigen Desulfatisierung ist abhän-gig von Temperatur und Luftverhältnis. Indem hier durchgeführten Forschungsvor-haben wurden die Desulfatisierungen solange durchgeführt, bis mit dem Massen-spektrometer keine Schwefelemissionhinter dem Speicherkatalysator mehrnachweisbar war. Bei allen Versuchenwurde die Desulfatisierung nach etwa vierMinuten beendet.

Wie in Bild 9 zu sehen ist, erhöht sichbei konstanter Temperatur mit abneh-mendem Luftverhältnis während derDesulfatisierung das NOx-Speichervermö-gen. Erhöht man die Desulfatisierungs-temperatur von 650 °C auf 750 °C bei kon-stantem Luftverhältnis, so zeigt sich eben-falls eine Verbesserung des NOx-Speicher-

vermögens. Eine vollständige Wiederher-stellung des NOx-Speichervermögenserreicht man bei 750 °C und einem Luft-verhältnis von 0,95. Für zukünftigeAnwendungen ist dieses Luftverhältnisjedoch nicht praktikabel, da während derDesulfatisierungszeit neben unerwünsch-ten Schwefelkomponenten, wie Schwefel-wasserstoff, auch hohe CO- und HC-Emis-sionen nach Speicherkatalysator gefun-den werden.

3.5 Ausarbeiten einer DesulfatisierungsstrategieFür die Anwendung im Fahrzeug ist eineemissionsarme Desulfatisierung vongroßer Bedeutung. Besonders wichtig indiesem Zusammenhang ist die Verhinde-rung der Bildung von Schwefelwasser-stoff. Desulfatisierungen bei konstanterTemperatur zeigen, dass bei einem Luft-verhältnis < 0,99 die Bildung von Schwe-felwasserstoff beginnt. Zur Vermeidungdieser Komponente darf daher das Luftver-hältnis im Mittel nicht unter 0,99 abfallen.Daraus resultiert für den motorischenBetrieb während der Desulfatisierung eineRegelung der Einspritz- und Luftmengen,zum Beispiel durch eine Lambdasonde. Solassen sich Schwankungen im Luftverhält-nis ausgleichen, die durch Aktuatortole-ranzen und Unterschiede in den Injekto-ren hervorgerufen werden.

nerierung des Speicherkatalysators beiinstationärer motorischer Betriebsweisewird während des Lastsprunges bei kon-stanter Drehzahl vier Sekunden angefet-tet, Bild 8.

Während des Fettbetriebes im Last-sprung kommt es zu Durchbrüchen vonRegenerationsmittel (CO), die sich auchdurch Verkürzung der Fettbetriebsphasenicht verhindern lassen. Dies ist durch dieniedrige Katalysatortemperatur und diehohe Raumgeschwindigkeit zu erklären.Bei den hier durchgeführten Versuchenwird bei vier Sekunden Fettbetrieb imLastsprung und 78-prozentiger NOx-Reduktion ein Kraftstoffmehrverbrauchvon 2,3 % ermittelt.

3.4 Untersuchungen zur Desulfatisierung eines SpeicherkatalysatorsZur Desulfatisierung eines NOx-Speicher-katalysators beim Dieselmotor werden,abhängig von der jeweiligen Katalysator-formulierung, hohe Temperaturen (> 600°C) und unterstöchiometrisches Abgasbenötigt. Zur Bestimmung, inwieweit dieTemperatur und das Luftverhältnis einenEinfluss auf die Desulfatisierung des Spei-cherkatalaysators haben, wird der Spei-cherkatalysator nach einer Verschwefe-lung bei unterschiedlichen Bedingungendesulfatisiert, Bild 9.

FORSCHUNG Abgasnachbehandlung

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3.5 Ausarbeiten einer Desulfatisierungsstrategie

Bild 10: Gesteu-erte (links) undgeregelte Desul-fatisierung(rechts)Figure 10: Desul-fation without(left) and with(right) l-closeloop control

und drehmomentneutraler Sprung durch-führbar ist. Gleichzeitig können ein exzes-siver Rußstoß sowie Änderungen im Ver-brennungsgeräusch (maximaler Zylinder-druckanstieg) verhindert werden. DurchEinführung eines gesteuerten Übergangesstellen sich unterstöchiometrische Bedin-gungen vor Speicherkatalysator im Ver-gleich zum direkten Sprung zwischenMager- und Fettbetrieb verzögert ein.Hierdurch erhöht sich der Kraftstoffmehr-verbrauch bei gleicher NOx-Konversions-rate um zirka 0,5 %. Die Dynamik währendeines Lastsprunges ist zur Regenerationeines NOx-Speicherkatalysators besondersgeeignet. Im hier untersuchten Lastsprungwird eine NOx-Reduktionsrate von zirka78 % bei 2,2 % Kraftstoffmehrverbrauchbestimmt.

Entscheidend für die Bildung vonSchwefelwasserstoff ist das lokale Luftver-hältnis im Speicherkatalysator. Dieseshängt neben den gasförmigen Bedingun-gen von der auf dem Speicherkatalysatoradsorbierten Sauerstoffmenge ab. Einelokale Sauerstoffarmut kann durch Sauer-stoffüberschuss vor Speicherkatalysatorverhindert werden. Das hat zur Folge, dasswährend der Desulfatisierung periodischein motorischer Betrieb mit einem Luft-verhältnis > 1 eingestellt werden muss.

Die oben dargestellten Bedingungenzur schwefelwasserstofffreien Desulfati-sierung führen zu einer lambdageregeltenDesulfatisierungsstrategie, die sich wiefolgt in der Motorsteuerung abbildenlässt. Auf Basis eines PID-Reglers wird dieEinhaltung des Luftverhältnisses durchRegelung des Luftmassenstroms oder derNacheinspritzmenge eingestellt.

Bild 10 zeigt den Einfluss des Luftver-hältnisses auf die Bildung der Schwefel-komponenten während der Desulfatisie-rung nach Speicherkatalysator. Bei einemfesten Luftverhältnis kleiner 0,99 beginntdie Schwefelwasserstoff-Bildung, durchRegelung des Luftverhältnisses zwischen1,02 und 0,98 kann diese verhindert wer-den. Wie bei konstantem unterstöchiome-trischem Betrieb wird der Speicherkataly-sator auch bei periodisch schwankendemLuftverhältnis vollständig desulfatisiert.

4 Zusammenfassung

Es wurden Versuchsergebnisse zurAbstimmung eines unterstöchiometri-schen Betriebes an einem Pkw-Dieselmo-tor zur Regeneration eines Speicherkataly-sators vorgestellt. Durch gezielte Ände-rungen des dieselmotorischen Arbeitspro-zesses lässt sich ein unterstöchiometri-scher Motorbetrieb bei minimalem Ruß-anstieg und maximaler CO-Konzentration,die zur Regeneration des NOx-Speicherka-talysators erforderlich ist, darstellen. Diedabei auftretenden hohen HC-Konzentra-tionen können durch Einsatz eines motor-nahen Oxidationskatalysators, bei gleich-zeitiger Abnahme der Sauerstoffkonzen-tration, verringert werden.

Untersuchungen zum Lambdasprungzeigen, dass durch gezielte Veränderungder motorischen Parameter ein drehzahl-

221MTZ 3/2003 Jahrgang 64

Danksagung

Dieser Bericht ist zum Teil das wissenschaftliche Ergebnis einer

Forschungsaufgabe, die von der Forschungsvereinigung Verbrennungs-

kraftmaschinen e.V. (FVV, Frankfurt/Main) gestellt und am Lehrstuhl

für Verbrennungskraftmaschinen der RWTH Aachen unter Leitung von

Herrn Prof. Dr.-Ing. Stefan Pischinger bearbeitet wurde. Das For-

schungsvorhaben wurde von einem Arbeitskreis der FVV unter der

Leitung von Herrn Dr.-Ing. Hüthwohl (Purem) begleitet. Diesem Arbeits-

kreis gebührt unser Dank für die große Unterstützung. Die Arbeit wurde

durch das Bundesministerium für Wirtschaft (BMWi, Bonn) über die

Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V. (AiF,

Köln; AiF-Nr. 12041) finanziell gefördert.

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Versuche zur Desulfatisierung vonNOx-Speicherkatalysatoren geben einenAufschluss über erforderliche Desulfatisie-rungszeiten, Emissionen schwefelhaltigerKomponenten und ihre Haltbarkeit. DieDesulfatisierungsbedingungen zeigeneinen maßgeblichen Einfluss auf dieZusammensetzung der Sekundäremissio-nen. Die Vermeidung der Schwefelwasser-stoffemission ist mittels periodischschwankendem Luftverhältnis („Lambda-Wobble“) zwischen 1,02 und 0,98 möglich.

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