AT3749U1

AT3749U1 - Verfahren zur bestimmung des alterungszustandes eines nox-speicherkatalysators

Info

Publication number: AT3749U1
Application number: AT0080999U
Authority: AT
Inventors: Walter Piock; Gerhard Dipl Ing Holy; Eduard Dipl Ing Unger
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2000-07-25
Also published as: DE10055528A1; DE10055528C2

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Bestimmung des Alterungszustandes eines in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten NO`X- Speicherkatalysators während des Betriebes, wobei im Abgasstrang die Temperatur T und die Luftzahl Lambda gemessen wird, wobei die Zeitdauer t`1 jeder auftretenden Temperatur T ermittelt und ein Korrekturfaktor K für die Basisspeicherkapazität NK`0 an NO`X in Abhängigkeit der zeitlich gewichteten Temperaturen T(t`1) bestimmt und eine relative Speicherkapazität NK des NO`X -Speicherkatalysators als Funktion des Korrekturfaktors K und der Basisspeicherkapazität NK`0 berechnet wird. Zur Bestimmung des Alterungszustandes sowie zur Verbesserung des Speicherverhaltens des Speicherkatalysators wird vorgeschlagen, daß die Zeitdauer t`2 jeder auftretenden Luftzahl Lambda ermittelt wird, und der Korrekturfaktor K auch in Abhängigkeit der zeitlich gewichteten Luftzahlen Lambda(t`2) bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Alterungszustandes eines in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten NOx-Speicherkatalysators während des Betriebes, wobei im Abgasstrang die Temperatur T und die Luftzahl # gemessen wird, und wobei die Zeitdauer t1 jeder auftretenden Temperatur T ermittelt und ein Korrekturfaktor K für die Basisspeicherkapazität NKo an NOx in Abhängigkeit der zeitlich gewichteten Temperaturen bestimmt und eine relative Speicherkapazität NK des NOx- Speicherkatalysators als Funktion des Korrekturfaktors K und der Basisspeicherkapazität NKo berechnet wird.

NOx-Speicherkatalysatoren unterliegen verschiedenen Alterungsmechanismen. Einerseits sind Speicherkatalysatoren der chemischen Alterung zufolge des im Kraftstoff enthaltenen Schwefelgehaltes ausgesetzt. Andererseits führt die thermische Alterung zu einer irreversiblen Veränderung des Speicherverhaltens.

Aus der DE 197 05 335 Clist ein Verfahren zur Regeneration eines Speicherkatalysators bekannt, bei dem zu einem vorgegebenen Zeitpunkt eine Regeneration zum Abbau des im Speicherkatalysators abgespeicherten Sulfates durchgeführt wird. Dabei wird bei der Ermittlung des Zeitpunktes auch die thermische Alterung des Speicherkatalysators berücksichtigt. Die thermische Alterung wird in Abhängigkeit von der Last und der Drehzahl und/oder in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur bestimmt. Die Alterung des Speicherkatalysators kann mit diesem Modell allerdings nicht vollständig erfasst werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung des Alterungszustandes bereitzustellen, mit welchem der Alterungszustand des Speicherkatalysators bestimmt und das Speicherverhalten verbessert werden kann.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Zeitdauer t2 jeder auftretenden Luftzahl # ermittelt wird, und der Korrekturfaktor K auch in Abhängigkeit der zeitlich gewichteten Luftzahlen bestimmt wird. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die Alterung des Speicherkatalysators nicht nur von hohen Abgastemperaturen T, sondern auch von der Luftzahl # abhängt. Einerseits ruft ein Sauerstoffüberschuss im Abgas exotherme Reaktionen hervor, welche die Abgastemperatur im Bereich des Speicherkatalysators ansteigen lässt.

Andererseits begünstigt ein Sauerstoffüberschuss im Abgas Oxidationsprozesse des Adsorbermateriales des Speicherkatalysators, welche ebenfalls die Speicherfähigkeit nachhaltig verschlechtern. Dadurch, dass ein diese Verschlechterung berücksichtigender Kor- rekturfaktor K sowohl in Abhängigkeit der zeitgewichteten Abgastemperaturen T(ti), als auch
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NOx-Speicherkatalysators mittels eines Rechenmodells erfasst werden.

Das Modell wird dabei vorzugsweise in die Motorsteuerung implementiert und gestattet es, im Rahmen einer fahrzeugeigenen Diagnose (On Bord-Diagnose) eine schleichende Verschlechterung der

Konvertierungsfähigkeit des Speicherkatalysators sicher zu detektieren, wobei eine Trennung zwischen Schwefelalterung, die im wesentlichen reversibel ist, und thermischer- und/oder Oxidationsalterung, die zu einer irreversiblen Veränderung des Speicherverhaltens fuhrt, durchgeführt wird.

Dabei wird vorzugsweise stromaufwärts des Speicherkatalysators die Temperatur des Abgases im Abgasstrang gemessen.

Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung, bei der eine NOx- Regenerierung des NOx-Speicherkatalysators durchgeführt wird, sobald die Beladung des NOx-Speicherkatalysators einen entsprechenden Grenzwert überschreitet, ist vorgesehen, dass der Grenzwert für die Beladung in Abhängigkeit des Alterungszustandes aufgrund der relativen Speicherkapazität NK bestimmt wird. Es wird somit die NOx-Speicherkapazität NK entsprechend dem aktuellen Alterungszustand des NOx-Speicherkatalysators adaptiv nachgeführt, wodurch eine genaue Diagnose des Speicherkatalysators zum verbrauchsoptimalen Betrieb möglich wird. Die Messung der Luftzahl # kann dabei beispiels- weise mittels einer Lambda-Sonde erfolgen.

Zur Bestimmung des Korrekturfaktors K werden die Abgastemperatur T und die Luftzahl X stromaufwärts des Katalysators mittels Messungen oder Berechnungen festgestellt, und anhand von Wichtungsfaktoren ein integraler Korrekturfaktor K (t) für den Ka- talysatorwirkungsgrad berechnet. Dieser Korrekturfaktor beeinflusst dann adaptiv im Katalysatormodell der Motorsteuerung das Einspeicher- bzw. Entladeverhalten des Speicherkatalysators.

In Weiterführung der Erfindung kann die Verminderung des Speichervermögens zufolge thermischer Alterung und Oxidationsalterung in einem Kennfeld dargestellt werden, um Lastpunktabhängig in das NOx-Speichermodell des Abgaskatalysators eingreifen zu können.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 und 2 Diagramme, in welchen die Alterung in Abhängigkeit der Abgastemperatur T und der Luftzahl # dargestellt ist, Fig. 3 ein Diagramm, in welchem der Korrekturfaktor K über der Betriebszeit t des Speicherkatalysators aufgetragen ist, Fig. 4 ein Katalysatorkennfeld mit der NOx-Speicherkapazität im ungealterten Zustand und Fig. 5 ein Katalysatorkennfeld mit der NOx-Speicherkapazität im gealterten Zustand.

In Fig. 1 ist ersichtlich, wie die thermische Alterung AT mit steigender Temperatur T zunimmt. In Fig. 2 ist qualitativ der Verlauf der Oxidationsalterung Ao über der Luftzahl # dargestellt. Sowohl die thermische Alterung AT als auch die Oxidationsalterung Ao ist abhängig von der jeweiligen Verweilzeit t1, t2, d. h., dass die Zeitdauer des Auftretens erhöhter Abgastemperatur oder erhöhtem Sauerstoffgehaltes im Abgas ist massgebend für das Ausmass der Alterung ist.

In Fig. ist der Verlauf des Korrekturfaktors K über der Betriebszeit t des Speicherkatalysators dargestellt. Im ungealterten Zustand beträgt der Korrekturfaktor K beispielsweise den Wert 1 und verringert sich im Laufe der Lebenszeit entsprechend der dargestellten Kurve.

Die Fig. 4 und 5 zeigen Kennfelder, in welchen die NOx -Basisspeicherkapazität NK bzw. die relative NOx -Speicherkapazität NK für den ungealterten bzw. gealterten Zustand des Speicherkatalysators über zwei Kenngrössen aufgetragen ist. Im Beispiel ist die Basisspeicherkapazität NKo bzw. die relative Speicherkapazität NK in Abhängigkeit der Abgastemperatur T und des Abgasmassenstromes m dargestellt. Genauso wären aber auch andere Betriebskenngrössen, wie Drehzahl, Last od. dgl. möglich. Deutlich ist zu erkennen, dass im in Fig. 5 dargestellten Kennfeld die Speicherkapazität NKo für NOx wesentlich geringer ist, als im in Fig. 4 ersichtlichem ungealtertem Zustand.

Die relative Speicherkapazität NK des gealterten Speicherkatalysators zu einem Zeitpunkt t ergibt sich aus der Basisspeicherkapazität NKo des ungealterten Speicherkatalysators und dem integralen Korrekturfaktor K (t), wobei gilt:
NK (t) = NKo . K(t) . ao. ao ist ein Wichtungsfaktor, der gleich 1 oder ungleich 1 sein kann. Der integrale Korrekturfaktor K (t) ergibt sich aus der thermischen Alterung AT und der Oxidationsalterung Ao. Die thermische Alterung AT ist eine Funktion der Abgastemperatur T und der Verweilzeit
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dagegen abhängig vom Sauerstoffgehalt im Abgas und somit von der Luftzahl # und der Verweilzeit t2. Also gilt : = Ao(# t2).

Der integrale Korrekturfaktor K(t) für den Zeitpunkt t ergibt sich aus der Kulmination der Alterungserscheinungen zum Zeitpunkt t aus allen bis dahin auftretenden zeitgewichteten Ab- gastemperaturen T und Luftzahlen #. Der integrale Korrekturfaktor K (t) somit beispielsweise durch eine Gleichung folgender Form dargestellt werden:
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wobei al und a2 Wichtungsfaktoren für die thermische Alterung AT und die Oxidationsalterung Ao sind.

Mit dem solcherart ermittelten integralen Korrekturfaktor K(t) kann einerseits eine Adaption der NOx-Regenerationsparameter erfolgen und andererseits die thermische Alterung sowie die Oxidationsalterung des Adsorbers in die On Bord Diagnose des Fahrzeuges mit einbezogen werden.

Claims

ANSPRUCHE 1. Verfahren zur Bestimmung des Alterungszustandes eines in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten NOx-Speicherkatalysators während des Betriebes, wobei im Abgasstrang die Temperatur T und die Luftzahl # gemessen wird, wobei die Zeitdauer t1 jeder auftretenden Temperatur T ermittelt und ein Korrekturfaktor K für die Basisspeicherkapazität NKo an NOx in Abhängigkeit der zeitlich gewichteten Temperaturen T(ti) bestimmt und eine relative Speicherkapazität NK des NOx- Speicherkatalysators als Funktion des Korrekturfaktors K und der Basisspeicherkapazität NK berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer t2 jeder auftretenden Luftzahl X ermittelt wird,

und der Korrekturfaktor K auch in Abhängigkeit der zeitlich gewichteten Luftzahlen #(t2 bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur T im Abgasstrang stromaufwärts des Speicherkatalysators gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine NOx-Regenerierung des NOx- Speicherkatalysators durchgeführt wird, sobald die Beladung des NOx- Speicherkatalysators einen entsprechenden Grenzwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert für die Beladung in Abhängigkeit des Al- terungszustandes aufgrund der relativen Speicherkapazität NK bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die relative NOx-Speicherkapazität NK entsprechend der durch den Korrekturfaktor K ausgedrückten thermischen- und/oder Oxidationsalterung adaptiv nachgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der zeitlich gewichteten Temperaturen T(ti) und der zeitlich gewichteten Luftzahlen #(t2) kontinuierlich oder in diskreten Zeitabschnitten ein integraler Korrekturfaktor K(t) für die bisherige Betriebszeit t bestimmt wird, wobei vorzugsweise gilt: EMI4.1 wobei al und a2 Wichtungsfaktoren für die thermische Alterung AT und die Oxidationsalterung Ao sind.