DE10114523B4 - Method for controlling a NOx regeneration of an arranged in the exhaust line of an internal combustion engine NOx storage catalyst - Google Patents
Method for controlling a NOx regeneration of an arranged in the exhaust line of an internal combustion engine NOx storage catalyst Download PDFInfo
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Abstract
Verfahren zur Steuerung einer NOx-Regeneration eines im Abgasstrang (14) einer Verbrennungskraftmaschine (10) angeordneten NOx-Speicherkatalysators (22), bei dem der NOx-Speicherkatalysator (22) während der NOx-Regeneration mit einem fetten Abgas (λ < 1) beaufschlagt wird sowie mittels einer stromab des NOx-Speicherkatalysators (22) angeordneten, sauerstoffsensitiven Messeinrichtung (16) ein Lambdawert erfasst und in einer Auswerte- und Steuereinheit (18) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endzeitpunkt (tS) der NOx-Regeneration mit Erreichen eines ersten Schwellenwertes (S1) für die zeitliche Ableitung des Lambdawertes (dU/dt) und/oder mit Erreichen eines zweiten Schwellenwertes für eine Änderung der zeitlichen Ableitung des Lambdawertes (d2U/dt2) bestimmt wird.A method for controlling a NO x regeneration of an in the exhaust line (14) of an internal combustion engine (10) arranged NO x storage catalytic converter (22), wherein the NO x storage catalytic converter (22) during the NO x regeneration with a rich exhaust gas (λ <1) and a lambda value is detected by means of an oxygen-sensitive measuring device (16) arranged downstream of the NO x storage catalytic converter (22) and provided in an evaluation and control unit (18), characterized in that an end time (t S ) the NO x regeneration with reaching a first threshold value (S 1 ) for the time derivative of the lambda value (dU / dt) and / or reaching a second threshold value for a change in the time derivative of the lambda value (d 2 U / dt 2 ) determined becomes.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer NOx-Regeneration eines im Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten NOx-Speicherkatalysators mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.The invention relates to a method for controlling a NO x regeneration of an arranged in the exhaust line of an internal combustion engine NO x storage catalytic converter with the features mentioned in the preamble of claim 1.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Abgasreinigungsanlagen für Verbrennungskraftmaschinen bekannt, mit denen eine Emission von umweltrelevanten Abgaskomponenten gemindert werden kann. Die Abgasreinigungsanlagen umfassen je nach Auslegung Partikelfilter und Katalysatorsysteme, die die während einer Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches entstehenden Schadstoffe in weniger umweltrelevante Produkte konvertieren. Bekannte Katalysatorsysteme beinhalten dabei einerseits Katalysatorkomponenten, die eine Oxidation von Schadstoffen, wie Kohlenmonoxid CO und unvollständig verbrannte Kohlenwasserstoffe HC, mit Luft-Sauerstoff ermöglichen und andererseits eine Reduktion von Stickoxiden NOx mit den Reduktionsmitteln CO, HC erlauben. Weiterhin ist bekannt, in solchen Katalysatorsystemen gasspezifische Speicherkomponenten zu integrieren. So ist es beispielsweise möglich, HC oder NOx selektiv zu absorbieren. Letztere Speicherkomponente lässt sich vorteilhaft mit den reduktiven und oxidativen Katalysatorkomponenten zu einem so genannten NOx-Speicherkatalysator zusammenfassen.Methods and emission control systems for internal combustion engines are known from the prior art, with which an emission of environmentally relevant exhaust gas components can be reduced. Depending on the design, the emission control systems include particulate filters and catalyst systems that convert the pollutants produced during the combustion of an air-fuel mixture into less environmentally friendly products. Known catalyst systems include on the one hand catalyst components that allow oxidation of pollutants such as carbon monoxide CO and incompletely burned hydrocarbons HC, with air-oxygen and on the other hand allow a reduction of nitrogen oxides NO x with the reducing agents CO, HC. Furthermore, it is known to integrate gas-specific storage components in such catalyst systems. For example, it is possible to selectively absorb HC or NO x . The latter storage component can be advantageously combined with the reductive and oxidative catalyst components to form a so-called NO x storage catalyst.
Eine Absorption von NOx im NOx-Speicherkatalysator findet immer dann statt, wenn ein Reduktionsmittelmassenstrom zur katalytischen Reduktion nicht ausreicht – also insbesondere dann, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in einer mageren Betriebsphase befindet. Der NOx-Speichervorgang ist allerdings aufgrund einer endlichen NOx-Speicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators begrenzt, so dass zur Vermeidung eines NOx-Durchbruchs in regelmäßigen Abständen eine Regeneration eingeleitet werden muss. Dazu wird die Verbrennungskraftmaschine kurzfristig unter einem stöchiometrischen oder fetten Betriebsmodus gefahren, so dass der notwendige Reduktionsmittelmassenstrom zur Verfügung gestellt werden kann. Eine Regelung der Zusammensetzung des Luft-Kraftstoff-Gemisches (Lambdaregelung) zur Einstellung des jeweils benötigten Betriebsmodus ist hinlänglich bekannt und wird an dieser Stelle daher nicht näher erläutert.An absorption of NO x in the NO x storage catalyst always takes place when a reducing agent mass flow for catalytic reduction is not sufficient - so in particular when the internal combustion engine is in a lean phase of operation. However, the NO x storage process is limited due to a finite NO x storage capacity of the NO x storage catalytic converter, so that in order to prevent NO x breakthrough at regular intervals regeneration must be initiated. For this purpose, the internal combustion engine is briefly driven under a stoichiometric or rich operating mode, so that the necessary reducing agent mass flow can be made available. A regulation of the composition of the air-fuel mixture (lambda control) for setting the respectively required operating mode is well known and will therefore not be explained in detail at this point.
Es ist ferner bekannt, die NOx-Regeneration durch Vorgabe bestimmter Regenerationsparameter zu regeln. Beispielsweise kann über derartige Regenerationsparameter festgelegt werden, unter welchen Umständen die NOx-Regeneration initiiert werden soll. Eine NOx-Regenerationsnotwendigkeit kann derart bestimmt werden, dass ein Grenzwert für eine hinter dem Katalysator gemessene NOx-Emission oder eine verbleibende NOx-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators gebildet wird. Fällt die NOx-Speicherfähigkeit unter den Grenzwert, so wird die NOx-Regeneration zwingend eingeleitet. Weiterhin umfassen die Regenerationsparameter auch unmittelbar die Parameter, die zur Durchführung der Regeneration beeinflusst werden müssen. So können beispielsweise ein bestimmter Lambdawert, eine Katalysatortemperatur oder aber auch spezifische Einspritzparameter, die beispielsweise eine Nacheinspritzung regeln, vorgegeben werden. Die Fülle denkbarer Maßnahmen im Bereich der Überwachung, Instandhaltung und Betriebsoptimierung der Abgasreinigungsanlage kann in bekannter Weise mittels einer gemeinsamen Auswerte- und Steuereinheit – unter Umständen als Teil eines vorhandenen Motorsteuergeräts – koordiniert werden.It is also known to regulate the NO x regeneration by specifying certain regeneration parameters. For example, it is possible to determine via such regeneration parameters under which circumstances the NO x regeneration is to be initiated. A NO x regeneration need may be determined such that a limit value for a NO x emission measured downstream of the catalyst or a remaining NO x storage capability of the NO x storage catalytic converter is formed. If the NO x storage capacity falls below the limit value, the NO x regeneration is necessarily initiated. Furthermore, the regeneration parameters also include directly the parameters that must be influenced to perform the regeneration. Thus, for example, a specific lambda value, a catalyst temperature or even specific injection parameters that regulate a post-injection, for example, can be specified. The abundance of conceivable measures in the field of monitoring, maintenance and operation optimization of the emission control system can be coordinated in a known manner by means of a common evaluation and control unit - possibly as part of an existing engine control unit.
Ein Regenerationsende wird nach den bekannten Verfahren zumeist derart bestimmt, dass ein Sprungsignal einer sauerstoffsensitiven Messeinrichtung stromab des NOx-Speicherkatalysators bewertet wird. Das Sprungsignal ergibt sich aus dem am Ende der NOx-Regeneration stattfindenden Wechsel des Lambdawertes stromab des NOx-Speicherkatalysators. Mit Aufnahme der NOx-Regeneration wird zwar der NOx-Speicherkatalysator mit einem fetten oder stöchiometrischen Abgas beaufschlagt, jedoch werden die Reduktionsmittel weitestgehend durch das gespeicherte NOx verbraucht, so dass zunächst keine wesentliche Lambdaänderung stromab des NOx-Speicherkatalysators feststellbar ist. Erst wenn die NOx-Regeneration weitestgehend abgeschlossen ist, ändert sich die Atmosphäre um die genannte Messeinrichtung. Bei geregelten Verfahren führt die Detektion des Sprungsignals zur Wiederaufnahme eines Normalbetriebes und damit in den meisten Fällen zur Wiederaufnahme des Magerbetriebs der Verbrennungskraftmaschine. Nachteilig an einer solchen Vorgehensweise ist, dass hierbei immer eine gewisse Übersteuerung in Kauf genommen werden muss, da sich im Abgasstrang zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem NOx-Speicherkatalysator noch stöchiometrisches beziehungsweise fettes Gemisch befindet und zudem jeder Regeleingriff erst mit einer gewissen Zeitverzögerung umgesetzt werden kann. In der Folge steigt am Ende der Regeneration die Emission der ebenfalls umweltrelevanten Reduktionsmittel deutlich an (Reduktionsmitteldurchbruch) und ein Kraftstoffverbrauch ist aufgrund der unnötig verlängerten Regenerationsdauer erhöht.A regeneration end is usually determined according to the known methods such that a jump signal of an oxygen-sensitive measuring device downstream of the NO x storage catalytic converter is evaluated. The jump signal results from the change in the lambda value taking place at the end of the NO x regeneration downstream of the NO x storage catalytic converter. Although with the intake of NO x regeneration of the NO x storage catalyst is exposed to a rich or stoichiometric exhaust gas, however, the reducing agents are largely consumed by the stored NO x , so that initially no significant lambda change is detected downstream of the NO x storage catalytic converter. Only when the NO x regeneration is largely completed, the atmosphere changes around said measuring device. In controlled methods, the detection of the jump signal leads to the resumption of normal operation and thus in most cases to the resumption of lean operation of the internal combustion engine. The disadvantage of such an approach is that this always a certain override must be taken into account, as is still stoichiometric or rich mixture in the exhaust system between the internal combustion engine and the NO x storage and also each control intervention can be implemented only with a certain time delay , As a result, at the end of the regeneration, the emission of the likewise environmentally relevant reducing agents increases significantly (reducing agent breakthrough) and fuel consumption is increased due to the unnecessarily prolonged regeneration period.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem ein Endzeitpunkt der NOx-Regeneration vorverlegt werden kann, ohne die Vollständigkeit der Regeneration zu gefährden.The object of the present invention is to provide a method with which an end time of the NO x regeneration can be advanced without endangering the completeness of the regeneration.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Steuerung einer NOx-Regeneration eines im Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten NOx-Speicherkatalysators nach den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass der Endzeitpunkt der NOx-Regeneration mit Erreichen eines ersten Schwellenwertes (S1) für die zeitliche Ableitung des Lambdawertes (dU/dt) und/oder mit Erreichen eines zweiten Schwellenwertes für eine Änderung der zeitlichen Ableitung des Lambdawertes (d2U/dt2) bestimmt wird, kann die Regenerationsdauer sinnvoll verkürzt werden. Das zu diesem Zeitpunkt noch zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem NOx-Speicherkatalysator befindliche stöchiometrische oder fette Gemisch reicht im Normalfall aus, eine weitestgehend vollständige Regeneration des Speicherkatalysators zu ermöglichen. Damit einhergehend werden unerwünschte Reduktionsmitteldurchbrüche gemindert und unter Umständen sogar vollständig unterdrückt. Mit der insgesamt kürzeren Regenerationsdauer (Verweildauer der Verbrennungskraftmaschine im fetten oder stöchiometrischen Betriebsmodus) mindert sich auch der Kraftstoffverbrauch.According to the invention this object is achieved by a method for controlling a NO x regeneration of an arranged in the exhaust line of an internal combustion engine NO x storage catalytic converter according to the features mentioned in claim 1. Characterized in that the end time of the NO x regeneration upon reaching a first threshold value (S 1 ) for the time derivative of the lambda value (dU / dt) and / or with reaching a second threshold value for a change in the time derivative of the lambda value (d 2 U / dt 2 ) is determined, the regeneration period can be meaningfully shortened. The stoichiometric or rich mixture which is still present between the internal combustion engine and the NO x storage catalytic converter at this time is normally sufficient to allow a largely complete regeneration of the storage catalytic converter. Along with this, unwanted reductant breakthroughs are reduced and under some circumstances even completely suppressed. With the overall shorter regeneration period (residence time of the internal combustion engine in rich or stoichiometric operating mode) also reduces the fuel consumption.
Mit Vorgabe der festen Schwellenwerte kann eine einfache, aber zeitlich sehr rasche Steuerung des Regenerationsablaufs bereitgestellt werden. Vorzugsweise wird dabei mit Erreichen des Endzeitpunktes ein Verbrennungsluftverhältnis der Verbrennungskraftmaschine angehoben.With Specifying the fixed thresholds can be a simple but timely very rapid control of the regeneration process can be provided. Preferably, when the end time is reached, a combustion air ratio of Internal combustion engine raised.
Ferner ist bevorzugt, das Verfahren erst dann freizugeben, wenn eine vorgegebene Soll-Signalqualität bis zum Endzeitpunkt eingehalten wird. Hierdurch soll vermieden werden, dass Signalausreißer oder stark wechselnde Gemischverhältnisse während der Regeneration zu einem frühzeitigen Abbruch und damit nur unvollständigen Wiederherstellung der NOx-Speicherkapazität führen. Die Freigabe des Verfahrens kann ferner in Abhängigkeit von dem Verbrennungsluftverhältnis und/oder einem Abgasmassenstrom und/oder einer Abgastemperatur und/oder einer Katalysatortemperatur und/oder einem aktuellen Lambdawert vor dem NOx-Speicherkatalysator erfolgen. Keine Freigabe des Verfahrens erfolgt, wenn während der NOx-Regeneration eine Schubabschaltung durchgeführt wird. Durch die Berücksichtigung der genannten Kriterien lässt sich sicherstellen, dass die NOx-Speicherkapazität des Speicherkatalysators immer nahezu vollständig wiederhergestellt wird. Treten während der Regeneration Störungen auf, so wird zur Erreichung dieses primären Zieles die Regeneration unter herkömmlichen Bedingungen fortgesetzt.Furthermore, it is preferred to release the method only when a predetermined desired signal quality is maintained until the end time. This is to avoid that signal outliers or strongly changing mixture conditions during regeneration lead to premature termination and thus only incomplete restoration of NO x storage capacity. The release of the method may also be carried out in dependence on the combustion air ratio and / or an exhaust gas mass flow and / or an exhaust gas temperature and / or a catalyst temperature and / or a current lambda value before the NO x storage catalytic converter. No release of the process occurs when a fuel cut is performed during the NO x regeneration. By taking into account the mentioned criteria, it can be ensured that the NO x storage capacity of the storage catalytic converter is always almost completely restored. If disturbances occur during regeneration, regeneration is continued under conventional conditions to achieve this primary goal.
Bei der Verbrennungskraftmaschine handelt es sich um einen Ottomotor, insbesondere einen direkt einspritzenden Ottomotor, oder um einen Dieselmotor, insbesondere einen direkt einspritzenden Dieselmotor.at the internal combustion engine is a gasoline engine, in particular a directly injecting gasoline engine, or to a Diesel engine, in particular a direct injection diesel engine.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.Further advantageous embodiments are the subject of the remaining dependent claims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It demonstrate:
Die
Die
Abgasreinigungsanlage
Der
NOx-Speicherkatalysator
Der
Im
Gegensatz zu den herkömmlichen
Verfahren wird ein Regenerationsende nicht durch Erreichen einer
bestimmten Vorgabe für
das Signal der Messeinrichtung
Alternativ
oder in Ergänzung
zur Vorgabe des Schwellenwertes S1 ist es
denkbar, einen Schwellenwert für
eine zeitliche Änderung
der Signalsteigung ΔU
(= d2U/dt2) der
Kurve
Letzterer
Maßgabe
kann auch Rechnung getragen werden, indem weitere Randbedingungen
zur Freigabe des Verfahrens mit aufgenommen werden. So kann insbesondere
das Vorliegen einer vorgegebenen Soll-Signalqualität bis zum
Zeitpunkt tS einen Fehler der Prognose aufgrund
von Signalausreißern und
dergleichen mindern. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Verfahren
erst freigegeben wird, wenn zulässige
Bereiche für
ein Verbrennungsluftverhältnis
der Verbrennungskraftmaschine
- 1010
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- 1212
- Abgasreinigungsanlageemission control system
- 1414
- Abgasstrangexhaust gas line
- 1616
- sauerstoffsensitive Messeinrichtungoxygen-sensitive measuring device
- 1818
- Auswerte- und Steuereinheitevaluation and control unit
- 2020
- Vorkatalysatorprecatalyzer
- 2222
- NOx-SpeicherkatalysatorNO x storage catalyst
- 2424
- Kurve für den Signalverlauf einer LambdabreitbandsondeCurve for the Waveform of a lambda broadband probe
- 2626
-
Steigung
der Kurve
24 Slope of the curve24 - λλ
- Lambdawertlambda value
- t1-3 t 1-3
- Zeitpunktetimings
- tS t s
- Endzeitpunktend time
- S1 S 1
- Schwellenwertthreshold
- UU
- Spannung/SignalverlaufVoltage / waveform
- dUyou
- Signalsteigungsignal slope
- ΔU.DELTA.U
- Änderung der Signalsteigungmodification the signal slope
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