DE102006021303A1 - Exhaust gas treatment system monitoring and/or controlling method for e.g. direct injection diesel engine, involves determining axial temperature distribution in one of exhaust gas treatment systems by dynamic heat model - Google Patents

Exhaust gas treatment system monitoring and/or controlling method for e.g. direct injection diesel engine, involves determining axial temperature distribution in one of exhaust gas treatment systems by dynamic heat model

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DE102006021303A1 DE200610021303 DE102006021303A DE102006021303A1 DE 102006021303 A1 DE102006021303 A1 DE 102006021303A1 DE 200610021303 DE200610021303 DE 200610021303 DE 102006021303 A DE102006021303 A DE 102006021303A DE 102006021303 A1 DE102006021303 A1 DE 102006021303A1
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Abstract

The method involves determining axial temperature distribution in one of exhaust gas treatment systems by a dynamic heat model (1). The heat of reaction generated during the exhaust gas treatment in exhaust gas treatment systems is determined by a kinetic model (2). The exhaust gas treatment systems are represented for the dynamic heat model and the kinetic model by discrete cells, which are arranged one behind the other in an axial direction. The heat of reaction determined using the kinetic model is utilized as an input parameter for the dynamic heat model.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung mindestens eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, die mindestens einen Zylinder und mindestens eine Abgasleitung zum Abführen des verschiedene Abgasbestandteile aufweisenden Abgases aus diesem mindestens einen Zylinder aufweist, wobei die axiale Temperaturverteilung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem mittels eines dynamischen Wärmemodells bestimmt wird und die während der Abgasnachbehandlung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem generierte Reaktionswärme ΔH, die aus der Konvertierung mindestens eines im Abgas befindlichen Abgasbestandteils resultiert, mittels eines kinetischen Modells bestimmt wird. The invention relates to a method for monitoring and / or controlling at least one exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine having at least one cylinder and at least one exhaust line for discharging the various exhaust components having exhaust gas from said at least one cylinder, whereby the axial temperature distribution in the at least one exhaust aftertreatment system by means of a dynamic thermal model is determined and is determined during the exhaust gas treatment in the at least one exhaust-gas treatment system generated heat of reaction .DELTA.H, resulting from the conversion of at least one exhaust gas component in the exhaust gas by means of a kinetic model.
  • Nach dem Stand der Technik werden Brennkraftmaschinen zur Reduzierung der Schadstoffemissionen mit verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen ausgestattet. According to the state of the art internal combustion engines are equipped to reduce emissions with different after-treatment systems. Zwar findet auch ohne zusätzliche Maßnahmen während der Expansion und des Ausschiebens der Zylinderfüllung bei einem ausreichenden hohen Temperaturniveau und dem Vorhandensein genügend großer Sauerstoffmengen eine Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) und von Kohlenmonoxid (CO) statt. Although the cylinder charge (CO) is also without additional measures during the expansion and the pushing-out at a sufficiently high temperature level and the presence of sufficiently large amounts of oxygen, oxidation of the unburned hydrocarbons (HC) and carbon monoxide instead. Diese Reaktionen kommen aber aufgrund der stromabwärts schnell abnehmenden Abgastemperatur und der infolgedessen rapide sinkenden Reaktionsgeschwindigkeit schnell zum Erliegen. These reactions come quickly to a standstill due to the downstream rapidly decreasing exhaust gas temperature and consequently rapidly declining rate of reaction. Eventueller Sauerstoffmangel kann durch eine Sekundärlufteinblasung kompensiert werden. Any oxygen deficiency can be compensated by a secondary air injection. Jedoch müssen in der Regel besondere Reaktoren und/oder Filter im Abgastrakt vorgesehen werden, um die Schadstoffemissionen unter sämtlichen Betriebsbedingungen spürbar zu reduzieren. But generally special reactors and / or filters must be provided in the exhaust system to reduce pollutant emissions under all operating conditions noticeably.
  • Thermische Reaktoren versuchen, eine weitgehende Nachoxidation von HC und CO im Abgassystem zu erzielen, indem eine Wärmeisolation und ein ausreichend großes Volumen im Abgasrohr des Abgassystems vorgesehen werden. Thermal reactors are trying to achieve a high degree of post-oxidation of HC and CO in the exhaust system by providing thermal insulation and a sufficiently large volume in the exhaust pipe of the exhaust system are provided. Die Wärmeisolation soll ein möglichst hohes Temperaturniveau durch Minimierung der Wärmeverluste sicherstellen, wohingegen ein großes Abgasrohrvolumen eine lange Verweildauer der Abgase gewährleistet. The thermal insulation is designed to ensure the highest possible temperature level by minimizing heat losses whereas a large exhaust pipe volume ensures a long residence time of the exhaust gases. Sowohl die lange Verweildauer als auch das hohe Temperaturniveau unterstützen die angestrebte Nachoxidation. Both the long residence time and the high temperature level to support the desired post-oxidation. Nachteilig sind der schlechte Wirkungsgrad bei unterstöchiometrischer Verbrennung und die hohen Kosten. A disadvantage of poor efficiency at sub-stoichiometric combustion and the high costs. Für Dieselmotoren sind thermische Reaktoren aufgrund des grundsätzlich niedrigeren Temperaturniveaus nicht zielführend. For diesel engines, thermal reactors are not effective due to the generally lower temperature levels.
  • Aus den genannten Gründen kommen nach dem Stand der Technik bei Ottomotoren katalytische Reaktoren zum Einsatz, die unter Verwendung katalytischer Materialien, die die Geschwindigkeit bestimmter Reaktionen erhöhen, eine Oxidation von HC und CO auch bei niedrigen Temperaturen sicherstellen. For the reasons mentioned catalytic reactors of the prior art gasoline engines are used, which ensure the oxidation of HC and CO at low temperatures using catalytic materials which increase the rate of certain reactions. Sollen zusätzlich Stickoxide reduziert werden, kann dies durch den Einsatz eines Dreiwegkatalysators erreicht werden, der dazu aber einen in engen Grenzen ablaufenden stöchiometrischen Betrieb (λ ≈ 1) des Ottomotors erfordert. If, in addition, nitrogen oxides are reduced, this can be achieved by the use of a three-way catalyst, but this requires a running within narrow limits stoichiometric operation (λ ≈ 1) of the gasoline engine.
  • Dabei werden die Stickoxide NO x mittels der vorhandenen nicht oxidierten Abgaskomponenten, nämlich den Kohlenmonoxiden und den unverbrannten Kohlenwasserstoffen, reduziert, wobei gleichzeitig diese Abgaskomponenten oxidiert werden. Namely, thereby the carbon monoxide and unburned hydrocarbons, nitrogen oxides NO x reducing means of the existing non-oxidized exhaust components, wherein the same are oxidized, these exhaust gas components.
  • Bei Brennkraftmaschinen, die mit einem Luftüberschuss betrieben werden, also beispielsweise im Magerbetrieb arbeitende Ottomotoren, insbesondere aber direkteinspritzende Dieselmotoren und direkteinspritzende Ottomotoren, können die im Abgas befindlichen Stickoxide prinzipbedingt – dh aufgrund der fehlenden Reduktionsmittel – nicht reduziert werden. In internal combustion engines, which are operated with excess air, so working example, in lean operation gasoline engines, but in particular direct-injection diesel engines and direct-injection gasoline engines, the nitrogen oxides in the exhaust gas can on principle - that is, due to the lack of reducing agent - not be reduced. Zur Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) und von Kohlenmonoxid (CO) wird daher ein Oxidationskatalysator im Abgassystem vorgesehen. For the oxidation of unburned hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) is therefore provided an oxidation catalyst in the exhaust system. Für eine spürbare dh ausreichende Konvertierung ist eine Mindesttemperatur – die sogenannte Anspringtemperatur – erforderlich, die beispielsweise zwischen 120°C bis 250°C betragen kann. To achieve a significant conversion is sufficient that a minimum temperature - the so-called light-off temperature - is required, which may be for example, between 120 ° C to 250 ° C.
  • Zur Reduzierung der Stickoxide werden selektive Katalysatoren – sogenannte SCR-Katalysatoren – eingesetzt, bei denen gezielt Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht werden, um die Stickoxide selektiv zu vermindern. To reduce the nitrogen oxides are selective catalysts - so-called SCR catalysts - used, in which reducing agents are introduced into the exhaust gas selectively to reduce the nitrogen oxides selectively. Als Reduktionsmittel kommen neben Ammoniak und Harnstoff auch unverbrannte Kohlenwasserstoffe zum Einsatz. As a reducing agent in addition to ammonia and urea are also unburned hydrocarbons are used. Letzteres wird auch als HC-Anreicherung bezeichnet, wobei die unverbrannten Kohlenwasserstoffe direkt in den Abgastrakt eingebracht werden oder aber durch innermotorische Maßnahmen, nämlich durch eine Nacheinspritzung von zusätzlichem Kraftstoff in den Brennraum nach der eigentlichen Verbrennung, zugeführt werden. The latter is also referred to as HC enrichment, the unburned hydrocarbons are introduced directly into the exhaust tract or can be supplied through engine modifications, namely, by a post-injection of additional fuel into the combustion chamber after the main combustion. Dabei soll der nacheingespritzte Kraftstoff nicht im Brennraum durch die noch ablaufende Hauptverbrennung oder aber durch die – auch nach Beendigung der Hauptverbrennung – hohen Verbrennungsgastemperaturen gezündet werden, sondern während des Ladungswechsels in den Abgastrakt eingeleitet werden. Here, the injected fuel is not in the combustion chamber through the still-running main combustion or by - ignited high combustion gas temperatures, but are introduced into the exhaust system during the charge cycle - even after the main combustion.
  • Brennkraftmaschinen, die von einer Nacheinspritzung Gebrauch machen, sind aber von Hause aus sehr anfällig für eine Verdünnung bzw. Kontaminierung des Öls durch unverbrannte Kohlenwasserstoffe. Internal combustion engines, which make use of an injection, but are inherently highly vulnerable to dilution or contamination of the oil by unburned hydrocarbons. In Abhängigkeit von der Quantität des nacheingespritzten Kraftstoffes und dem Einspritzzeitpunkt, gelangt ein mehr oder weniger großer Anteil des nacheingespritzten Kraftstoffes auf die Zylinderinnenwand und mischt sich dort mit dem anhaftenden Ölfilm. Depending on the quantity of post-injected fuel and the injection timing, a more or less large proportion of the post-injected fuel reaches the cylinder inner wall, where it mixes with the adherent film of oil. Anschließend gelangt der Kraftstoff zusammen mit dem Öl und dem Blow-by Gas in das Kurbelgehäuse und trägt so maßgeblich zur Ölverdünnung bei. Then, the fuel flows together with the oil and the blow-by gas in the crankcase and thus contributes significantly to the oil dilution. Die Ölverdünnung nimmt mit steigender Kraftstoffmenge und Verschieben der Nacheinspritzung nach spät zu. The oil dilution increases with increasing amount of fuel injection and displacement of the retarded. Durch die Veränderung der Schmierstoffeigenschaften des Öls hat die Ölverdünnung maßgeblich Einfluss auf den Verschleiß und die Haltbarkeit dh die Lebensdauer der Brennkraftmaschine. By changing the lubricant properties of the oil, the oil dilution has significantly affect the wear and durability that is, the life of the internal combustion engine.
  • Grundsätzlich können die Stickoxidemissionen auch mit sogenannten Stickoxidspeicherkatalysatoren (LNT – Lean NO x Trap) reduziert werden. Basically, the nitrogen oxide emissions can also use so-called nitrogen oxide storage catalysts (LNT - Lean NOx Trap) are reduced. Dabei werden die Stickoxide zunächst – während eines mageren Betriebs der Brennkraftmaschine – im Katalysator absorbiert dh gesammelt und gespeichert, um dann während einer Regenerationsphase beispielsweise mittels eines unterstöchiometrischen Betriebs (beispielsweise λ < 0,95) der Brennkraftmaschine bei Sauerstoffmangel reduziert zu werden. In this case, the nitrogen oxides are first - during a lean operation of the internal combustion engine - in the catalyst absorbs ie, collected and stored to then during a regeneration phase, for example by means of a sub-stoichiometric operation (for example, λ <0.95) of the internal combustion engine when a lack of oxygen to be reduced. Weitere innermotorische Möglichkeiten zur Realisierung eines fetten dh eines unterstöchiometrischen Betriebs der Brennkraftmaschine bietet die Abgasrückführung (AGR) und – bei Dieselmotoren – die Drosselung im Ansaugtrakt. More in-engine possibilities for the realization of a fat that is a sub-stoichiometric operation of the internal combustion engine has exhaust gas recirculation (EGR) and - for diesel engines - the throttling in the intake tract. Auf innermotorische Maßnahmen kann verzichtet werden, wenn das Reduktionsmittel direkt in den Abgastrakt eingebracht wird, beispielsweise durch Einspritzen von zusätzlichem Kraftstoff. On engine-internal measures can be dispensed with, if the reducing agent is introduced directly into the exhaust tract, for example by injecting additional fuel. Während der Regenerationsphase werden die Stickoxide freigegeben und im wesentlichen in Stickstoffdioxid (N 2 ), Kohlenstoffdioxid (CO 2 ) und Wasser (H 2 O) umgewandelt. During the regeneration phase, the nitrogen oxides are released and substantially in nitrogen (N 2), carbon dioxide (CO 2) and water (H 2 O) is converted. Die Häufigkeit der Regenerationsphasen wird durch die Gesamtemission an Stickoxiden und die Speicherkapazität des LNT bestimmt. The frequency of regeneration phases is determined by the total emission of nitrogen oxides and the storage capacity of the LNT. Die Temperatur des Speicherkatalysators (LNT) sollte vorzugsweise in einem Temperaturfenster zwischen 200°C und 450°C liegen, so dass einerseits eine schnelle Reduktion sichergestellt wird und andererseits keine Desorption ohne Konvertierung der wieder freigegebenen Stickoxide stattfindet, was durch zu hohe Temperaturen ausgelöst werden kann. The temperature of the storage catalytic converter (LNT) should preferably be within a temperature window of between 200 ° C and 450 ° C, so that a hand, a rapid reduction is ensured and on the other hand there is no desorption without converting the re-released nitrogen oxides, which can be caused by elevated temperatures ,
  • Eine Schwierigkeit bei der Verwendung und insbesondere bei der Anordnung des LNT im Abgastrakt ergibt sich aus dem im Abgas enthaltenen Schwefel, der ebenfalls im LNT absorbiert wird und im Rahmen einer sogenannten Desulfurisation (deSO x ) dh einer Entschwefelung regelmäßig entfernt werden muss. One difficulty in the use and in particular in the arrangement of the LNT in the exhaust system resulting from the sulfur contained in the exhaust gas, which is also absorbed in the LNT and consolidated in a Desulfurisation (DESO x) must be removed regularly ie, a desulfurization. Hierfür muss der LNT auf hohe Temperaturen, üblicherweise zwischen 600°C und 700 °C, erwärmt und mit einem Reduktionsmittel versorgt werden, was wiederum durch den Übergang zu einem fetten Betrieb der Brennkraftmaschine erreicht werden kann. For this purpose, the LNT must be to high temperatures, usually between 600 ° C and 700 ° C, heated and supplied with a reducing agent, which in turn can be achieved by the transition to a rich operation of the internal combustion engine. Die Entschwefelung des LNT kann zur thermischen Alterung des Katalysators beitragen und die gewollte Konvertierung der Stickoxide gegen Ende seiner Lebensdauer nachteilig beeinflussen. The desulfurization of the LNT can contribute to the thermal aging of the catalyst and adversely affect the intended conversion of the nitrogen oxides at the end of its life.
  • Zur Minimierung der Emission von Rußpartikeln werden nach dem Stand der Technik sogenannte regenerative Partikelfilter eingesetzt, die die Rußpartikel aus dem Abgas herausfiltern und speichern, wobei diese Rußpartikel im Rahmen der Regeneration des Filters intermittierend verbrannt werden. In order to minimize the emission of soot particles, so-called regenerative particulate filter according to the prior art used to filter out the soot particles from the exhaust gas and store, which soot particles are burnt intermittently during the regeneration of the filter. Die Intervalle der Regeneration werden dabei unter anderem durch den Abgasgegendruck, der sich infolge des zunehmenden Strömungswiderstandes des Filters aufgrund der anwachsenden Partikelmasse im Filter einstellt, bestimmt. The intervals of regeneration are determined inter alia by the exhaust back pressure which is established as a result of the increased flow resistance of the filter due to the increasing mass of particles in the filter.
  • Die zur Regeneration des Partikelfilters hohen Temperaturen – etwa 550°C bei nicht vorhandener katalytischer Unterstützung – werden im Betrieb nur bei hohen Lasten und hohen Drehzahlen erreicht. The high for the regeneration of the particulate filter temperatures - about 550 ° C in the absence of catalytic support - be achieved in operation only at high loads and high speeds. Daher muss auf zusätzliche Maßnahmen zurückgegriffen werden, um eine Regeneration des Filters unter allen Betriebsbedingungen zu gewährleisten. Therefore necessary to resort to additional measures to ensure the regeneration of the filter under all operating conditions.
  • Die Verbrennung der Partikel kann dabei durch im Abgastrakt vorgesehene Zusatzbrenner erfolgen oder aber durch eine Nacheinspritzung von zusätzlichem Kraftstoff in den Brennraum, wobei der nacheingespritzte Kraftstoff bereits im Brennraum gezündet wird, was durch die auslaufende Hauptverbrennung oder die gegen Ende der Verbrennung im Brennraum vorliegenden hohen Temperaturen geschehen kann, so dass die Abgastemperatur der in den Abgastrakt ausgeschobenen Abgase innermotorisch angehoben wird. The combustion of particles can take place through openings provided in the exhaust auxiliary burner or through a post-injection of additional fuel into the combustion chamber, wherein the injected fuel is ignited already in the combustion chamber, as indicated by the outgoing main combustion or the present towards the end of combustion in the combustion chamber high temperature can be done so that the exhaust temperature of the pushed out into the exhaust gases is raised inside the engine. Nachteilig an dieser Vorgehensweise sind insbesondere die im Abgastrakt auf dem Weg zum Filter zu befürchtenden Wärmeverluste und die damit verbundene Temperaturabsenkung der heißen Abgase. The disadvantage of this approach are in particular in the exhaust system on the way to the filter to be feared loss of heat and the temperature related lowering of the hot exhaust gases. Der Filter kann ohne Weiteres einen Meter und mehr vom Auslass des Brennraums entfernt im Abgastrakt angeordnet sein. The filter may be arranged one meter and more from the outlet of the combustion chamber located in the exhaust tract easily.
  • Der Komensation der Wärmeverluste durch die Generierung entsprechend hoher Abgastemperaturen sind durch die Temperaturfestigkeit anderer im Abgasstrang vorgesehener Bauteile Grenzen gesetzt, insbesondere der Temperaturbeständigkeit einer im Abgassystem angeordneten Turbine eines Abgasturboladers, eines Dreiwegekatalysators oder eines Speicherkatalysators. The Komensation heat loss by generating corresponding high exhaust gas temperatures, on the other set by the temperature resistance in the exhaust system provided components limits, especially temperature resistance, arranged in the exhaust system turbine of an exhaust gas turbocharger, a three-way catalyst or a storage catalytic converter. Üblicherweise wird die Turbine mit den höchsten Temperaturen beaufschlagt, da sie am nächsten am Auslaß des Brennraums angeordnet ist. Typically, the turbine is subjected to the highest temperatures since it is located closest to the outlet of the combustion chamber.
  • Der nacheingespritzte Kraftstoff kann auch unverbrannt und gegebenenfalls schon aufbereitet in den Abgastrakt ausgeschoben werden und dann gezielt lokal dort im Abgassystem oxidiert werden, wo hohe Abgastemperaturen notwendig sind, nämlich im Partikelfilter bzw. in seiner unmittelbaren Nachbarschaft. The injected fuel can also be unburned and optionally already processed pushed out into the exhaust tract and are then selectively oxidized locally there in the exhaust system where high exhaust temperatures are required, namely in the particulate filter or in its immediate vicinity. Die Verbrennung des nacheingespritzten Kraftstoffes kann katalytisch mittels eines vor dem Filter positionierten Katalysators initiiert werden, wodurch die oben beispielhaft angegebene Regenerationstemperatur von etwa 550°C abgesenkt werden kann. The combustion of the post-injected fuel can be catalytically initiated by a viewer positioned in front of the filter catalyst, whereby the above-exemplified regeneration temperature can be lowered by about 550 ° C. Es kann aber auch eine elektrische Zündung in bzw. an dem Rußfilter vorgesehen werden. but it can be provided in or on the particulate filter and an electrical ignition. Die Nacheinspritzung von Kraftstoff zum Zwecke der Filterregeneration hat die bereits oben beschriebenen Nachteile. The injection of fuel for the purpose of filter regeneration has the disadvantages described above.
  • Ähnlich wie bereits für die Reduzierung der Stickoxide vorgeschlagen, kann auch Kraftstoff direkt in den Abgastrakt eingebracht werden. Similar to that already proposed for the reduction of nitrogen oxides, and fuel can be introduced directly into the exhaust system. Die weitere Vorgehensweise entspricht der zuvor Beschriebenen, bei der der zusätzlich eingespritzte Kraftstoff unverbrannt in das Abgassystem gelangt und gezielt in der Nachbarschaft des Partikelfilters oxidiert wird. The further procedure corresponds to the one described above, wherein the additionally injected fuel passes unburned into the exhaust system and is selectively oxidized in the vicinity of the particle filter.
  • Es muss berücksichtigt werden, dass der Einsatz von zusätzlichem Kraftstoff, sei es aufgrund eines Überganges zu einem fetten Motorbetrieb oder aber infolge der Anreicherung des Abgases mit Kraftstoff, prinzipbedingt den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine nachteilig beeinflusst. It must be considered that the use of additional fuel, whether due to a transition adversely affected to a rich engine operation or as a result of the enrichment of the exhaust gas with fuel inherently fuel consumption of the internal combustion engine. Insbesondere die Häufigkeit, mit der der Partikelfilter regeneriert oder der LNT gereinigt wird, hat maßgeblichen und direkten Einfluss auf die zu diesen Zwecken eingesetzte Kraftstoffmenge und damit auf den Gesamtverbrauch. In particular, the frequency with which the particle filter regeneration or the LNT is cleaned, has a significant and direct impact on the used for these purposes amount of fuel and thus on the overall consumption.
  • Da sowohl die Abgase von Ottomotoren als auch die Abgase von Dieselmotoren – wenn auch in unterschiedlichen Mengen und Qualitäten – unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NO x ) als auch Rußpartikel enthalten, kommen nach dem Stand der Technik in der Regel kombinierte Abgasnachbehandlungssysteme zum Einsatz, die einen oder mehrere der oben beschriebenen Katalysatoren, Reaktoren und/oder Filter umfassen. Since both the exhaust of gasoline engines as well as the exhaust gases of diesel engines - albeit in different amounts and grades - unburned hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NO x) as also contain soot particles, according to the state of the art in usually combined exhaust gas treatment systems are used, which comprise one or more of the catalysts described above, reactors and / or filters.
  • Untersuchungen haben gezeigt, dass innermotorische Maßnahmen zur Realisierung eines fetteren Betriebs der Brennkraftmaschine – ob zur Erhöhung der Abgastemperatur mit dem Ziel einer Filterregeneration oder aber für eine Anfettung zur Regeneration des LNT – grundsätzlich zu erhöhten Methan-Emissionen (CH 4 ) führen, wobei bei Dieselmotoren nahezu das gesamte Methan die Abgasleitung und die vorgesehenen Abgasnachbehandlungssysteme durchläuft und in die Umgebung austritt, ohne oxidiert zu werden. Studies have shown that engine-internal measures for realizing a richer operation of the internal combustion engine - whether to increase the exhaust gas temperature with the aim of filter regeneration, or for a enrichment for regeneration of the LNT - generally result in increased methane emissions (CH 4), wherein in diesel engines almost all of the methane the exhaust line and the envisaged emission control systems by running and escaping into the environment without being oxidized. Die im Abgastrakt bzw. Oxidationskatalysator im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine vorliegenden Temperaturen sind nicht hoch genug, um das im Abgas enthaltene Methan zu konvertieren bzw. zu oxidieren. The present in the exhaust system or oxidation catalyst in the normal operation of the internal combustion engine temperatures are not high enough to convert the methane contained in the exhaust gas and oxidize. Hierfür sind Temperaturen von etwa 500°C erforderlich. For this purpose, temperatures of about 500 ° C are required.
  • Folglich nehmen die HC-Emissionen, welche die Methan-Emissionen mit einschließen, spürbar zu, wenn ein im Abgastrakt vorgesehener Speicherkatalysator gereinigt oder ein Partikelfilter regeneriert werden soll und aus diesem Anlass die Brennkraftmaschine mittels innermotorischer Maßnahmen in den fetten Betrieb überführt wird. Consequently, take the HC emissions, which include methane emissions, noticeably when a cleaned in the exhaust system provided storage catalytic converter or a particulate filter to be regenerated and the engine is transferred by means of engine modifications in the rich operating on this occasion. Das Methan kann dabei bis zu 90% der unverbrannten Kohlenwasserstoffe ausmachen, die während des fetten Betriebes von der Brennkraftmaschine emittiert und in den Abgastrakt eingeleitet werden. The methane can amount up to 90% of the unburned hydrocarbons emitted during the rich operation of the internal combustion engine and introduced into the exhaust gas tract.
  • Andererseits erhöhen sich die NO x - und Partikelemissionen, wenn mit Blick auf die HC-Emissionen weniger häufig in den fetten Betrieb der Brennkraftmaschine gewechselt wird und dadurch ein im Abgastrakt vorgesehener Speicherkatalysator und/oder Partikelfilter nicht mit der notwendigen Häufigkeit gereinigt bzw. regeneriert wird. On the other hand, increase the NO x - and particulate emissions, when it is less frequently changed in view of the HC emissions in the rich operation of the engine and thereby is not purified in the exhaust system provided storage catalyst and / or particle filter with the necessary frequency or regenerated. Ist die Speicherkapazität des LNT erschöpft, gelangen die Stickoxide ungehindert in die Umgebung. If the storage capacity of the LNT exhausted, the nitrogen oxides pass unhindered into the environment. Ein zu hoch beladener Partikelfilter führt zu einem unvorteilhaft hohen Abgasgegendruck, wodurch auch die Qualität der Verbrennung, insbesondere durch einen verschlechterten Ladungswechsel, leidet. A too high loaded particulate filter resulting in a disadvantageous high exhaust back pressure, whereby the quality of combustion, in particular, suffers from a deteriorated gas exchange.
  • Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die beabsichtigte gleichzeitige Reduzierung der maßgeblichen Schadstoffe, nämlich HC und CO einerseits und NO x und Partikel andererseits, in einen Konflikt mündet; In summary, that the intended simultaneous reduction of the relevant pollutants, namely, HC and CO and NO x on the one hand and particles may be held, on the other hand, resulted in a conflict; wie zuvor dargestellt. as shown previously. Darüber hinaus ergeben sich weitere Konflikte bei der Anordnung der einzelnen Abgasnachbehandlungssysteme – des Oxidationskatalysators, des LNT und des Partikelfilters – im Abgastrakt. Moreover, there are other conflicts in the arrangement of the individual exhaust aftertreatment systems - the oxidation catalyst, the LNT and the particulate filter - in the exhaust system. Das gleichzeitige Betreiben und Steuern der genannten Abgasnachbehandlungssysteme führt zu weiteren Schwierigkeiten, insbesondere bei der Abstimmung der Systeme aufeinander, da die unterschiedlichen Abgasnachbehandlungssysteme verschiedene und teilweise entgegenstehende Randbedingungen erfordern. The simultaneous driving and controlling said exhaust gas treatment systems leads towards each other difficulties, especially in the coordination of systems, since the different exhaust aftertreatment systems require different and sometimes conflicting constraints. Insbesondere die Anforderungen an das bevorzugte Temperaturniveau und das Luftverhältnis λ divergieren stark. In particular, the requirements for the preferred temperature level and the air ratio λ diverge greatly.
  • Der oben thematisierte Zielkonflikt wird im folgenden anhand eines sogenannten Vier-Wege-Katalysators erörtert. The above-themed conflict will be discussed below with reference to a so-called four-way catalyst. Dabei handelt es sich um ein kombiniertes Abgasnachbehandlungssystem, welches einen Speicherkatalysator (LNT), einen Partikelfilter und einen Oxidationskatalysator als Abgasnachbehandlungssysteme umfasst. This is a combined exhaust gas aftertreatment system comprising a storage catalytic converter (LNT), a particulate filter and an oxidation catalyst as an exhaust gas treatment systems.
  • Die einzelnen Abgasnachbehandlungssysteme des Vier-Wege-Katalysators sind in Reihe geschaltet, wobei der Oxidationskatalysator stromaufwärts des Speicherkatalysators bzw. des Partikelfilters angeordnet ist. The individual exhaust gas treatment systems of the four-way catalytic converter are connected in series, wherein the oxidation catalyst upstream of the storage catalytic converter and the particle filter is arranged. Der Speicherkatalysator und der Partikelfilter können integral als bauliche Einheit ausgebildet werden. The storage catalyst and the particulate filter can be integrally formed as a structural unit. Dies bedeutet im Sinne der vorliegenden Anmeldung beispielsweise, dass sowohl für den Speicherkatalysator als auch für den Partikelfilter ein eigenes Trägersubstrat vorgesehen werden kann, wobei die beiden Trägersubstrate benachbart zueinander angeordnet werden und auf diese Weise eine bauliche Einheit bilden oder aber von Hause aus als zusammenhängendes Trägersubstrat ausgebildet werden. This means in the sense of the present application, for example, that a separate carrier substrate may be provided both for the storage catalyst as well as for the particle filter, whereby the two carrier substrates are arranged adjacent to each other and form a structural unit in this way, or inherently as a coherent carrier substrate be formed. Alternativ kann als Partikelfilter ein Wabenfilter dienen, der gleichzeitig als Trägersubstrat zur Ausbildung eines Speicherkatalysators verwendet wird. Alternatively, can serve as a particulate filter, a honeycomb filter, which is simultaneously used as a carrier substrate to form a storage catalytic converter.
  • Dadurch, dass der Oxidationskatalysator stromaufwärts der beiden anderen Komponenten vorgesehen wird, ist der Oxidationskatalysator die Abgasnachbehandlungskomponente, die am nächsten am Auslass der Brennkraftmaschine angeordnet ist und zuerst von den heißen Abgasen durchströmt wird. Characterized in that the oxidation catalyst upstream of the other two components is provided, the oxidation catalyst, the exhaust gas treatment component which is arranged closest to the outlet of the internal combustion engine and is first traversed by the hot exhaust gases. Folglich sind die Wärmeverluste und die damit verbundene Temperaturabsenkung der heißen Abgase vergleichsweise gering. Consequently, the heat losses and the associated reduction in temperature of the hot exhaust gases are relatively low. Dementsprechend erreicht der Oxidationskatalysator seine sogenannte Anspringtemperatur auch nach einem Kaltstart innerhalb einer verhältnismäßig kurzen Zeitspanne. Accordingly, the oxidation catalyst reaches its light-off temperature also called after a cold start in a relatively short period of time. Sowohl die für Dieselmotoren verwendeten Oxidationskatalysatoren als auch die bei Ottomotoren eingesetzten Drei-Wege-Katalysatoren benötigen eine bestimmte Betriebstemperatur, um die Schadstoffe in ausreichendem Maße zu konvertieren und die Schadstoffemissionen spürbar zu reduzieren. Both the oxidation catalysts used for diesel engines as well as used in gasoline engines three-way catalysts require a certain operating temperature to convert the pollutants to a sufficient extent and reduce emissions considerably. Die Drei-Wege-Katalysatoren sollen im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu den Oxidationskatalysatoren gezählt werden. The three-way catalysts to be counted as part of the present invention to oxidation catalysts.
  • Die im Oxidationskatalysator ablaufenden exothermen Reaktionen bewirken eine Erwärmung des hindurchströmenden Abgases und damit eine Erwärmung der nachgeschalteten dh stromabwärts des Katalysators angeordneten Abgasnachbehandlungssysteme, was für die diesen Abgasnachbehandlungssystemen zugewiesenen Aufgaben vorteilhaft ist. The processes occurring in the oxidation catalytic exothermic reactions cause a warming of the exhaust gas flowing through and heating the downstream ie downstream of the catalyst disposed exhaust aftertreatment systems, which is for this after-treatment systems assigned tasks advantageous.
  • Die Temperatur des Speicherkatalysators (LNT) sollte vorzugsweise in einem Temperaturfenster zwischen 200°C und 450°C liegen, so dass einerseits eine schnelle Reduktion sichergestellt wird und andererseits keine Desorption ohne Konvertierung der wieder freigegebenen Stickoxide stattfindet. The temperature of the storage catalytic converter (LNT) should preferably be within a temperature window of between 200 ° C and 450 ° C, so that a hand, a rapid reduction is ensured and on the other hand there is no desorption without conversion of the nitrogen oxides released again. Auch die im Speicherkatalysator ablaufenden Reaktionen sind mit einer Wärmeabgabe verbunden und führen auf diese Weise zu einer Erhöhung der Abgastemperatur und der stromabwärts liegenden Abgasnachbehandlungssysteme, aber auch zu einer Erwärmung des Speicherkatalysators selbst. Also, the running in the storage catalytic reactions are connected to a heat release and thus result in an increase in exhaust gas temperature and exhaust gas treatment systems downstream, but also to heating of the storage catalyst itself.
  • Der Partikelfilter erreicht seine Regenerationstemperatur von 550°C üblicherweise nicht während des normalen mageren Motorenbetriebs. The particulate filter does not reach its regeneration temperature of 550 ° C usually during normal lean engine operation. Jedoch findet auch bei niedrigeren Temperaturen eine passive Regeneration des Filters statt, bei der im Abgas befindliche Stickoxide (NO x ) den Sauerstoff für die Oxidation dh die Verbrennung der im Filter gespeicherten Rußpartikel liefern, wobei im wesentlichen Stickstoffmonoxid (NO) und Kohlenmonoxid (CO) gebildet wird. However, a passive regeneration of the filter is also at lower temperatures, in which in the exhaust gas of nitrogen oxides (NO x) provide the oxygen for the oxidation that the combustion of the data stored in the filter soot particles, wherein substantially nitric oxide (NO) and carbon monoxide (CO) is formed.
  • Ein Ziel bei der Entwicklung von kombinierten Abgasnachbehandlungssystemen ist es, die stromaufwärts des Partikelfilters gelegenen Abgasnachbehandlungssysteme in der Art zu betreiben bzw. zu steuern, dass der Partikelfilter ohne weiteres Zutun dh allein aufgrund des Betriebes des stromaufwärts vorgesehenen Oxidationskatalysators und des Speicherkatalysators seine Regenerationstemperatur erreicht. One objective in the development of combined treatment systems is to operate the exhaust gas treatment systems located upstream of the particulate in the manner and to control that the particle filter achieved without further action that is solely due to the operation of said upstream oxidation catalyst and the storage catalytic converter its regeneration temperature. Ein derartiger Synergieeffekt würde den Betrieb des in Rede stehenden kombinierten Abgasnachbehandlungssystems sehr vereinfachen und zudem helfen, Kraftstoff einzusparen. Such a synergy effect would simplify the operation of the in question combined exhaust gas aftertreatment system very much and help also to save fuel. Gezielte Filterregenerationen wären nicht mehr oder wesentlich seltener erforderlich als nach dem Stand der Technik üblich. Targeted filter regenerations were not more or much less frequently required than usual according to the prior art.
  • Gemäß einem Verfahren zum Betreiben eines derartigen kombinierten Abgasnachbehandlungssystems wird der Oxidationskatalysator auf eine vorgebare Mindesttemperatur erwärmt und das Abgas bei Erreichen dieser Mindesttemperatur mit Reduktionsmitteln angereichert. According to a method for operating such a combined exhaust gas aftertreatment system, the oxidation catalyst is heated to a predeterminable minimum temperature and the exhaust gas enriched on reaching this minimum temperature with reducing agents.
  • Bei Anreicherung des Abgases mittels Einspritzung von Kraftstoff in die Abgasleitung kann eine Mindesttemperatur T ≈ 200°C-250°C ausreichend sein. By enriching the exhaust gas by means of injection of fuel into the exhaust line a minimum temperature T ≈ may be sufficient 200 ° C-250 ° C. Diese Temperatur des Oxidationskatalysators sorgt zusammen mit den im Oxidationskatalysator ablaufenden exothermen Reaktionen dafür, dass der stromabwärts gelegene Speicherkatalysator in seinem für die Reinigung bevorzugten Temperaturfenster von 200°C bis 450°C arbeitet. This temperature of the oxidation catalyst provides along with the proceeding in the oxidation catalyst of exothermic reactions that the downstream storage catalytic converter is operating in its preferred for the purification temperature window of 200 ° C to 450 ° C.
  • Wird die Anreicherung des Abgases mit Reduktionsmittel hingegen mittels innermotorischer Maßnahmen realisiert, wird es erforderlich, große Mengen an Methan zu oxidieren, weshalb die Vorgabe einer höheren Mindesttemperatur erforderlich wird, beispielsweise T ≈ 500°C-550°C. Is the enrichment of the exhaust gas with reducing agents, however, realized by means of engine-internal measures, it becomes necessary to oxidize large quantities of methane, which is why the setting of a higher minimum temperature is required, such as T ≈ 500 ° C-550 ° C. Die Erwärmung des Oxidationskatalysators auf derart hohe Temperaturen kann zu einer zeitlich verzögerten Regeneration des stromabwärts gelegenen Partikelfilters genutzt werden, wenn nach der Erwärmung des Oxidationskatalysators und der Anreicherung des Abgases die Brennkraftmaschine wieder in den mageren Betrieb überführt wird und im Abgas der für die Rußverbrennung erforderliche Sauerstoffüberschuss vorliegt. The heating of the oxidation catalyst to such high temperatures can be used for a time-delayed regeneration of the downstream particulate filter when the engine is again transferred into the lean operation after the heating of the oxidation catalyst and the enrichment of the exhaust gas and the exhaust gas of the required for the soot combustion oxygen excess is present.
  • Wird das kombinierte Abgasnachbehandlungssystem wie oben beschrieben betrieben, pflanzt sich ausgehend vom Oxidationskatalysator eine Temperaturwelle in der Abgasleitung fort, so dass die stromabwärts gelegenen Abgasnachbehandlungssysteme, insbesondere der Partikelfilter, seine maximale Temperatur erst zeitverzögert erreicht. Is the combined exhaust gas aftertreatment system operated as described above, propagates starting from the oxidation catalyst, a temperature wave in the exhaust pipe proceeds, so that the downstream exhaust gas treatment systems, in particular the particulate filter, its maximum temperature is reached only after a time delay. Untersuchungen haben gezeigt, dass 20 bis 200 Sekunden nach Beendigung des Reinigungsvorganges des LNT der Partikelfilter seine maximale Temperatur aufweist bzw. erreicht. Studies have shown that 20 to 200 seconds after completion of the cleaning operation of the LNT, the particulate filter has its maximum temperature or achieved.
  • Wie aus den Ausführungen ersichtlich wird, ist es für das effektive Betreiben von Abgasnachbehandlungssystemen, insbesondere von kombinierten Abgasnachbehandlungssystemen, erforderlich, die Temperaturen bzw. die lokale und zeitliche Temperaturverteilung in den verwendeten Abgasnachbehandlungssystemen zu kennen, wobei die messtechnische Erfassung dieser Temperaturen schwierig und häufig gar nicht möglich ist. As is apparent from the embodiments, it is possible for the effective operation of exhaust after-treatment systems, in particular of the combined exhaust gas aftertreatment systems, necessary to know the temperature and the local and temporal temperature distribution in the used exhaust gas aftertreatment systems, where the metrological detection of these temperatures is difficult and often not is possible. Daher werden nach dem Stand der Technik an verschiedenen Stellen in der mindestens einen Abgasleitung die Temperaturen mittels Sensoren erfasst und als Grundlage für die Abschätzung der Temperaturen in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem verwendet. Therefore, according to the prior art, the temperatures are measured by means of sensors and used as a basis for the estimation of the temperatures in the at least one exhaust-gas treatment system at various points in the at least one exhaust pipe. Diese Vorgehensweise erweist sich aber gerade im Hinblick auf die Überwachung und Steuerung von kombinierten Abgasnachbehandlungssystemen als unzureichend. However, this procedure proves particularly with regard to the monitoring and control of combined treatment systems as inadequate.
  • Die zuvor gemachten Ausführungen zeigen darüber hinaus, dass es des weiteren erforderlich ist, die Konvertierung der Schadstoffe zu überwachen und beispielsweise Informationen über die Beladung eines Partikelfilters oder die Sättigung eines Speicherkatalysators bereitzustellen, da zum einen diese Betriebsparameter Einfluss auf den Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems haben und zum anderen die Konvertierung der Schadstoffe dh die chemischen Reaktionen im Rahmen der Abgasnachbehandlung Wärme freisetzen und Einfluss auf die Temperaturen und die Temperaturverteilung haben. The statements made above also show that another is the need to monitor the conversion of pollutants and to provide, for example, information about the loading of a particulate filter or saturation of a storage catalyst, firstly because these operating parameters affect the operation of the exhaust after-treatment system, and release other the conversion of the pollutants that the chemical reactions within the exhaust aftertreatment heat and affect the temperature and the temperature distribution.
  • Aus dem Stand der Technik sind auch Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems bekannt, bei denen die Temperatur im Abgasnachbehandlungssystem mittels eines dynamischen Wärmemodells bestimmt wird und die während der Abgasnachbehandlung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem generierte Reaktionswärme ΔH mittels eines kinetischen Modells bestimmt wird, mit welchem gegebenenfalls der Betriebszustand des Abgasnachbehandlungssystems, beispielsweise die Konvertierungsrate in einem Oxidationskatalysator und/oder die Beladung bzw. Konvertierungsrate in einem Partikelfilter bzw. die Sättigung bzw. Konvertierungsrate in einem Speicherkatalysator, berechnet werden kann. to methods for monitoring and / or controlling an exhaust gas aftertreatment system are known from the prior art in which the temperature is determined in the exhaust aftertreatment system by means of a dynamic thermal model and is determined during the exhaust gas treatment in the at least one exhaust-gas treatment system generated heat of reaction .DELTA.H using a kinetic model, with which optionally the operating state of the exhaust aftertreatment system, for example the conversion rate in an oxidation catalyst and / or the loading or conversion rate in a particulate filter or the saturation or conversion rate in a storage catalytic converter can be calculated.
  • Herkömmliche Modelle unterteilen hierzu das Abgasnachbehandlungssystem in diskrete Zellen oder betrachten das Abgasnachbehandlungssystem als ein einziges lineares dh eindimensionales Element. Conventional models divide this, the exhaust aftertreatment system into discrete cells or consider the exhaust aftertreatment system as a single linear element that is one-dimensional. Dabei ergibt sich aber ein Konflikt zwischen dem dynamischen Wärmemodell und dem kinetischen Modell. Here, however, a conflict between the dynamic thermal model and the kinetic model results. Um die Temperatur bzw. Temperaturverteilung im Abgasnachbehandlungssystem mit Hilfe des dynamischen Wärmemodells ausreichend genau bestimmen zu können, ist eine ausreichend hohe Anzahl n an Zellen erforderlich, beispielsweise n > 20. Eine derart hohe Anzahl an Zellen führt aber bei Einsatz des vergleichsweise komplexen kinetischen Modells zu langen Rechenzeiten, die das herkömmliche Modell für den Online-Betrieb bzw. den Onboard-Einsatz ungeeignet machen. In order to determine the temperature or temperature distribution in the exhaust aftertreatment system using the dynamic thermal model with sufficient accuracy, a sufficiently high number n required to cells, but, for example, n> 20. Such a high number of cells leading to when using the relatively complex kinetic model long computation times that make the conventional model for the online operation or the onboard use unsuitable.
  • Daher wird die Anzahl an Zellen nach dem Stand der Technik begrenzt, indem das Abgasnachbehandlungssystem als eine einzige lineare dh eindimensionale Zelle betrachtet wird, wodurch die axiale Temperaturverteilung auf einen konkreten Temperaturwert reduziert wird. Therefore, the number of cells according to the prior art is limited by the exhaust aftertreatment system is considered to be a single linear ie one-dimensional cell, whereby the axial temperature distribution is reduced to a specific temperature value. Eine größere Anzahl an Zellen setzt eine ausreichende Rechnerleistung voraus, weshalb derartige Modelle nur für Simulationen und theoretische Berechung in der Entwicklungsphase zum Einsatz kommen. A greater number of cells requires a sufficient computing power, which is why such models are used only for simulation and theoretical calculation in the development phase.
  • Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung mindestens eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine aufzuzeigen, mit dem die Bestimmung der Temperaturverteilung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem und die Bestimmung der während der Abgasnachbehandlung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem generierten Reaktionswärme ΔH online ermöglicht wird, und dies mit einer größeren Genauigkeit als bei Einsatz eines herkömmlichen Verfahrens. Against this background it is the object of the present invention to provide a method for monitoring and / or controlling at least one exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine with which the determination of the temperature distribution in the at least one exhaust-gas treatment system, and determining the generated during the exhaust gas treatment in the at least one exhaust-gas treatment system reaction heat AH is made possible online, and this with a greater accuracy than when using a conventional method.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung mindestens eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, die mindestens einen Zylinder und mindestens eine Abgasleitung zum Abführen des verschiedene Abgasbestandteile aufweisenden Abgases aus diesem mindestens einen Zylinder aufweist, wobei die axiale Temperaturverteilung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem mittels eines dynamischen Wärmemodells bestimmt wird und die während der Abgasnachbehandlung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem generierte Reaktionswärme ΔH, die aus der Konvertierung mindestens eines im Abgas befindlichen Abgasbestandteils resultiert, mittels eines kinetischen Modells bestimmt wird, und bei dem This object is achieved by a method for monitoring and / or controlling at least one exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine having at least one cylinder and at least one exhaust line for discharging the various exhaust components having exhaust gas from said at least one cylinder, whereby the axial temperature distribution in the at least one exhaust-gas treatment system is determined by means of a dynamic thermal model and is determined during the exhaust gas treatment in the at least one exhaust-gas treatment system generated heat of reaction .DELTA.H, resulting from the conversion of at least one exhaust gas component in the exhaust gas by means of a kinetic model, and in which
    • • für das dynamische Wärmemodell das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem durch mindestens zwei diskrete Zellen (n ≥ 2), die in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind, dargestellt wird, • is shown for the dynamic thermal model of the at least one exhaust-gas treatment system by at least two discrete cells (n ≥ 2) which are disposed axially one behind the other,
    • • für das kinetische Modell das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem durch mindestens eine diskrete Zelle (N ≥ 1) dargestellt wird, wobei • for the kinetic model the at least one exhaust-gas treatment system by at least one discrete cell (N ≥ 1) is shown, wherein
    • • die mittels des kinetischen Modells bestimmte Reaktionswärme ΔH als Eingangsgröße für das Wärmemodell verwendet wird. • the specific means of the kinetic model AH heat of reaction is used as input variable for the thermal model.
  • Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wird das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem nicht als eine einzelne Zelle betrachtet, sondern zumindest für das dynamische Wärmemodell in mindestens zwei diskrete Zellen unterteilt, so dass die axiale Temperaturvereilung im Online-Betrieb mit einer größeren Genauigkeit bestimmt werden kann als dies nach dem Stand der Technik möglich ist. In comparison to conventional methods is not considered at least one exhaust gas aftertreatment system as a single cell, but is divided at least for the dynamic thermal model in at least two discrete cells so that the axial Temperaturvereilung in the online mode can be determined with a greater accuracy than by the the art is possible.
  • Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Anzahl n der diskreten Zellen für das Wärmemodell größer gewählt wird als die Anzahl N der diskreten Zellen für das kinetische Modell dh es gilt: n > N. while embodiments of the method, in which the number n of the discrete cells for the thermal model is selected to be greater than the number N of the discrete cells for the kinetic model are advantageous in that the following applies: n> N.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Zellenanzahl der beiden verwendeten Modelle, nämlich des dynamischen Wärmemodells einerseits und des kinetischen Modells andererseits, differieren. According to the inventive method, the number of cells of the two models used, namely the dynamic thermal model of a part, and the kinetic model on the other hand, may differ.
  • Damit wird die Möglichkeit geschaffen, die Anzahl n an Zellen für das dynamische Wärmemodell vergleichsweise hoch zu wählen, um die axiale Temperaturverteilung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem möglichst genau zu bestimmen, wohingegen die Zellenanzahl N für das wesentlich komplexere kinetische Modell kleiner gewählt wird, um die benötigte Rechenzeit bzw. die notwendige Rechnerleistung zu begrenzen und somit das Verfahren für einen Online-Betrieb verwendbar zu machen. Thus the possibility is created, the number n to choose comparatively high in cells for the dynamic thermal model to determine the axial temperature distribution in the at least one exhaust-gas treatment system as accurately as possible, whereas the number of cells N is chosen smaller for the more complex kinetic model to the to limit required computing time and the necessary computing power and thus to make the method for an on-line operation usable. Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Qualität der ermittelten Temperaturverteilung nicht durch die Komplexität des kinetischen Modells beschränkt dh gemindert. Unlike known from the prior art, the quality of the determined temperature distribution not by the complexity of the kinetic model is limited in the present process reduced ie.
  • Dadurch wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich ein Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung mindestens eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine aufzuzeigen, welches online einsetzbar ist und gleichzeitig die Bestimmung der Temperaturverteilung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem mit einer größeren Genauigkeit gestattet als dies mittels herkömmlicher Verfahren möglich ist. Characterized by the object underlying the invention is solved to show namely to a process for monitoring and / or controlling at least one exhaust after-treatment system of an internal combustion engine, which can be used online while the determination of the temperature distribution in the at least one exhaust after-treatment system allows with a greater accuracy than by conventional method is possible.
  • Der Begriff "axiale Temperaturverteilung" charakterisiert dabei die Temperaturverteilung entlang der Hauptströmungsrichtung des Abgases dh entlang einer gedachten Wegstrecke, der das Abgas beim Durchströmen des mindestens einen Abgasnachbehandlungssystems folgt. The term "axial temperature distribution" it characterizes the temperature distribution along the main flow direction of the exhaust gas that is to say along an imaginary path which follows the exhaust gas flows through the at least one exhaust-gas treatment system. Die gedachte Wegstrecke ergibt sich dabei in der Regel durch Verbinden der Strömungsrichtung des Abgases am Eintritt in das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem und der Strömungsrichtung des Abgases am Austritt aus dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem heraus. The imaginary distance results as a rule, by connecting to the flow direction of the exhaust gas at the inlet to the at least one exhaust-gas treatment system and the direction of flow of the exhaust gas at the outlet from the at least one exhaust-gas treatment system out.
  • Die Temperaturverteilung senkrecht zur Hauptströmungsrichtung ist dabei – zumindest falls es sich bei dem betrachteten Abgasnachbehandlungssystem um einen Oxidationskatalysator oder einen LNT handelt – von untergeordneter Bedeutung, so dass die Temperaturänderung in radialer Richtung erfindungsgemäß vernachlässigt wird, was die Modelle wesentlich vereinfacht und den Online-Einsatz weiter begünstigt. The temperature distribution perpendicularly to the main flow direction is - at least if it is at the considered exhaust aftertreatment system to an oxidation catalyst or a LNT - of minor importance, so that the temperature variation in the radial direction is according to the invention neglected, which models substantially simplified and online use further favored. Wird hingegen ein Partikelfilter betrachtet, kann es erforderlich werden die Temperaturverteilung in radialer Richtung in die Betrachtung dh in die Modelle mit ein zu beziehen. However, if a particulate filter viewed, it may be necessary, the temperature distribution in the radial direction will refer to the observation that in the models with a. In der weiteren Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird aber zur Vereinfachung die Temperaturänderung in radialer Richtung grundsätzlich vernachlässigt. In the further description of the present invention, however, the temperature change in the radial direction is generally neglected for simplification.
  • Aus diesem Grund sind Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, bei denen als Zellen lineare dh eindimensionale Elemente verwendet werden. For this reason, embodiments of the method are advantageous in which linear cells, ie one-dimensional elements are used.
  • Weitere vorteilhafte Verfahrensvarianten gemäß den Unteransprüchen werden im folgenden erläutert. Further advantageous variants of the process according to the dependent claims are explained below.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Anzahl n der diskreten Zellen für das Wärmemodell größer oder gleich einem Vielfachen der Anzahl N der diskreten Zellen für das kinetische Modell ist dh es gilt: n > x·N, wobei x einen natürliche Zahl ist. Embodiments of the method, in which the number n is advantageously of the discrete cells for the thermal model is greater or equal to a multiple of the number N of the discrete cells for the kinetic model is that it applies: n> x · N, where x is a natural number.
  • Diese Verfahrensvariante bietet Vorteile bei der Berechung, denn es muss berücksichtigt werden, dass die beiden verwendeten Modelle, nämlich das dynamische Wärmemodell einerseits und das kinetische Modell andererseits, in Wechselbeziehung zueinander stehen und jedes Modell Eingangswerte für das jeweils andere Modell liefert. This process variant has advantages in the calculation, because it must be considered that the two models used, namely the dynamic thermal model on the one hand and the kinetic model, are the other interrelated and each model provides inputs for the other model.
  • Die mittels des kinetischen Modells bestimmte Reaktionswärme ΔH dient beispielsweise als Eingangsgröße für das Wärmemodell zur Bestimmung der Temperaturverteilung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem. The determined by means of the kinetic model AH heat of reaction is used for example as an input to the thermal model to determine the temperature distribution in the at least one exhaust-gas treatment system. Andererseits liefert das dynamische Wärmemodell die Zellentemperatur T i dh die Temperatur der Zelle i des mindestens einen Abgasnachbehandlungssystems als Eingangsgröße an das kinetische Modell. On the other hand, the dynamic thermal model provides the cell temperature T i that is, the temperature of the cell i of the at least one exhaust after-treatment system as an input variable to the kinetic model.
  • Werden nun gemäß der in Rede stehenden Ausführungsform für das dynamische Wärmemodell fünfmal so viele Zellen verwendet wie für das kinetische Modell (x = 5), beispielsweise mit n = 20 und N = 4, so werden die mittels Wärmemodell ermittelten Temperaturen T i der ersten fünf Zellen (i = 1 bis 5) gemittelt – dh addiert und durch fünf dividiert – und diese Durchschnittstemperatur der ersten Zelle (j = 1) des kinetischen Modells als Zellentemperatur bereitgestellt. If now according to the present embodiment for the dynamic thermal model five times as many cells as used for the kinetic model (x = 5), for example with n = 20 and N = 4, the measured temperatures by means of heat model are T i of the first five cells (i = 1 to 5) averaged - that is, added and divided by five - and provided this average temperature of the first cell (j = 1) of the kinetic model as the cell temperature.
  • Andererseits wird die mittels kinetischem Modell ermittelte Reaktionswärme ΔH j=1 der ersten Zelle (j = 1) des kinetischen Modell auf die fünf ersten Zellen des Wärmemodells aufgeteilt und der so ermittelte Anteil jeder der ersten fünf Zellen des Wärmemodells zugewiesen, wobei vereinfachend davon ausgegangen wird, dass in jeder der ersten fünf Zellen (i = 1 .. 5) des Wärmemodells ein gleichgroßer Betrag an Reaktionswärme freigesetzt wird. On the other hand, the heat of reaction .DELTA.H determined by means of kinetic model is j = 1 of the first cell (j = 1) of the kinetic model is divided between the first five cells in the thermal model, and the proportion of each of the first five cells of the thermal model thus determined assigned, wherein simply assumed that in each of the first five cells (i = 1 .. 5) of the thermal model an equally large amount is released heat of reaction. Im Rahmen dieser Zuweisung ist eine Transformation der mittels kinetischem Modell ermittelten Reaktionswärme ΔH j=1 in einen durch diese Reaktionswärme hervorgerufenen Temperaturanstieg ΔT erforderlich, was die folgende Gleichung zum Ausdruck bringt. Within this allocation, a transformation of the kinetic model determined by means of reaction heat .DELTA.H j = 1 is required in a reaction heat caused by these temperature increase .DELTA.T, which entails the following equation expressed. ΔT ΔH i=1..5 = 0.2·ΔT(ΔH j=1 ) .DELTA.T AH i = 1..5 = 0.2 · .DELTA.T (AH j = 1)
  • Der Temperaturanstieg ΔT ist dabei eine Funktion der Reaktionswärme. The temperature rise AT is then a function of the heat of reaction.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen im Rahmen der Bestimmung der Temperaturverteilung mittels Wärmemodell für jede Zelle i die Temperatur T i–1 der benachbarten, stromaufwärts gelegenen Zelle i–1 als Eingangsgröße verwendet wird, wobei für die erste stromaufwärts gelegene Zelle i = 1 die Temperatur am Einlass des mindestens einen Abgasnachbehandlungssystems als Eingangsgröße verwendet wird. Advantageously, embodiments in which the temperature T i-1 of the adjacent upstream cell i-1 is used as an input variable in the context of determining the temperature distribution by thermal model for each cell i of the method, wherein for the first upstream cell i = 1 the temperature of the at least one exhaust gas treatment system used as an input variable at the inlet.
  • Die Temperatur T i der Zelle i kann dabei mittels der folgenden Differentialgleichung bestimmt werden. The temperature T i of the cell i can be determined by the following differential equation.
  • Figure 00150001
  • In dieser Gleichung ist k ein Korrekturfaktor, der in der Regel nahe 1 liegt. In this equation, k is a correction factor which is usually close. 1 ΔT ΔH i kennzeichnet die mittels kinetischem Modell ermittelte Reaktionswärme in der Zelle i. .DELTA.T AH i denotes the heat of reaction, determined by kinetic model in the cell i. M steht für die Masse des Trägersubstrats des mindestens einen Abgasnachbehandlungssystems und m exh für den Abgasmassenstrom, während n die Gesamtanzahl der Zellen des Wärmemodells wiedergibt. M is the mass of the carrier substrate and the at least one exhaust gas treatment system for the m exh exhaust gas mass flow, while n is the total number of cells of the thermal model reproduces.
  • Gemäß der oben stehenden Gleichung wird die Temperatur in der Abgasleitung auch meßtechnisch erfasst (Tsen out ) und zwar mittels Temperatursensor am Ausgang des Abgasnachbehandlungssystems. According to the above equation, the temperature in the exhaust pipe is also detected by measurement (Tsen out) by means of temperature sensor at the output of the exhaust aftertreatment system. Diese Temperatur Tsen out wird dem Wärmemodell im Rahmen einer Rückführung zur Anpassung des Modells bereitgestellt, so dass vorliegend eine sogenannte Überwachungsstruktur vorgesehen ist. This temperature Tsen out is provided to the thermal model as part of a feedback for adjustment of the model, so that in this case a so-called monitoring structure is provided. Dabei steht K 0 für die Empfindlichkeit bzw. Verstärkung dieser Überwachungsstruktur bzw. Rückführung und Tmod out für die mittels Wärmemodell bestimmte Temperatur am Auslass des Abgasnachbehandlungssystems. Here, K 0 is the sensitivity or gain of this structure or monitoring recirculation and Tmod out means for the thermal model certain temperature at the outlet of the exhaust aftertreatment system.
  • Es gilt: The following applies: Tmod out = T n Tmod out = T n
  • Dabei stellt T n die Temperatur der letzten Zelle n dar. In this case, T n represents the temperature of the last cell n.
  • Das Vorsehen einer Überwachungsstruktur verbessert die Qualität dh die Genauigkeit der mittels Wärmemodell ermittelten Temperaturverteilung, da eine Anpassung des Modells an die tatsächlich vorliegenden Temperaturen erfolgt, die ohne die Messung einer Temperatur Tsen und Rückführung dieser Temperatur nicht möglich wäre. The provision of a monitoring structure improves the quality that is the accuracy of the temperature distribution determined by means of heat model, since an adaptation of the model is to the actually prevailing temperatures which would not be possible without the measurement of a temperature of Tsen and recycling this temperature.
  • Mit dem Term By Term L(Tamb – T i ) L (Tamb - T i) wird der Wärmeverlust an die Umgebung berücksichtigt, wobei Tamb für die Umgebungstemperatur steht und L einen Wärmeverlustfaktor darstellt. the heat loss to the environment is taken into account, where Tamb is the ambient temperature and L represents a heat loss factor. Soll der Wärmeübergang an die Umgebung nicht mit in die Betrachtung einbezogen werden, kann dieser Term grundsätzlich auch weggelassen werden. Should not be included in the consideration of the transfer of heat to the environment, this term can in principle also be omitted.
  • Vorteilhaft sind aus den genannten Gründen Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen mindestens eine Temperatur in der mindestens einen Abgasleitung meßtechnisch erfasst wird und im Rahmen einer Rückführung dem dynamischen Wärmemodell als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt wird. Advantageously, for the reasons mentioned embodiments of the method, in which at least a temperature of the at least one exhaust passage is detected by measurement and is provided as part of a feedback to the dynamic thermal model as an input value is available.
  • Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das kinetische Modell dazu verwendet wird, die Konvertierung mindestens einer der folgenden Abgasbestandteile in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem zu bestimmen: Stickoxide (NO x ), Rußpartikel, Kohlenmonoxid (CO), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) und/oder Sauerstoff (O 2 ). Are also advantageous embodiments in which the kinetic model is used for the method, to determine the conversion of at least one of the following exhaust-gas constituents in the at least one exhaust aftertreatment system: nitrogen oxides (NOx), soot, carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (HC) and / or oxygen (O 2).
  • Umfasst das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem einen Speicherkatalysator, sind Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, bei denen das kinetische Modell dazu verwendet wird, die Sättigung φ LNT,rech des Speicherkatalysators zu bestimmen. Comprises at least one exhaust after-treatment system comprising a storage catalytic converter, embodiments of the method are advantageous in which the kinetic model is used, the saturation φ LNT, calculating the storage catalytic converter to be determined.
  • Umfasst das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem einen Partikelfilter, sind Ausführungsformen des Verfahren vorteilhaft, bei denen das kinetische Modell dazu verwendet wird, die Beladung φ DPF,rech des Partikelfilters zu bestimmen. Comprises at least one exhaust-gas aftertreatment system includes a particulate filter, embodiments of the method are advantageous in which the kinetic model is used, the loading φ DPF, computation of the particulate filter to be determined.
  • Die beiden zuvor genannten Ausführungsformen liefern zusätzliche Informationen über den Betriebszustand des mindestens einen Abgasnachbehandlungssystems und können zur Überwachung und/oder Steuerung des mindestens einen Abgasnachbehandlungssystems herangezogen werden. The two embodiments mentioned above provide additional information about the operating state of at least one exhaust-gas treatment system and can be used to monitor and / or control the at least one exhaust-gas treatment system. Erreicht der mittels kinetischem Modell ermittelte Sättigungsgrad φ LNT,rech eine vorgebbare Sättigungsgrenze, kann dies als Signal zur Einleitung der Reinigung des Speicherkatalysators durch Anreicherung des Abgases angesehen und genutzt werden, um zu verhindern, dass der Sättigungsgrad eine maximal zulässige Sättigung überschreitet, was beispielsweise dazu führen kann, dass im Abgas befindliche Stickoxide den Speicherkatalysator ungehindert passieren und in die Umwelt gelangen. Reaches the saturation level, determined by kinetic model φ LNT, calculating a predetermined saturation point, this can be viewed as a signal to initiate the cleaning of the storage catalyst by enriching the exhaust gas and used to prevent the degree of saturation exceeds a maximum permissible supersaturation, which, for example, to can lead to pass through the storage catalytic converter nitrogen oxides contained in the exhaust gas unimpeded and enter the environment.
  • In analoger Weise kann eine Filterregeneration eingeleitet werden, falls die Filterbeladung φ DPF,rech einen vorgebbaren maximal zulässigen Wert für die Beladung erreicht. Analogously, a filter regeneration can be initiated if the filter loading φ DPF, computing reaches a predetermined maximum permissible value for loading.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Verfahrensvariante gemäß der In the following the invention with reference to a variant of the method according to the will 1 1 näher beschrieben. described in detail. Hierbei zeigt: Here shows:
  • 1 1 schematisch eine erste Ausführungsform des Verfahrens in Gestalt eines Blockdiagramms. schematically shows a first embodiment of the method in the form of a block diagram.
  • 1 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform des Verfahrens in Gestalt eines Blockdiagramms. schematically shows a first embodiment of the method in the form of a block diagram.
  • Die Anzahl n der Zellen des Wärmemodells The number n of cells of the thermal model 1 1 ist größer gewählt als die Anzahl N der Zellen für das kinetische Modell is selected to be greater than the number N of the cells for the kinetic model 2 2 . , Es gilt: n > N. The rule is: n> N.
  • Damit ergibt sich die Möglichkeit, die axiale Temperaturverteilung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem mit Hilfe einer hohen Anzahl n an Zellen möglichst genau zu bestimmen und gleichzeitig die Rechenzeit für das komplexere kinetische Modell This results in the possibility of the axial temperature distribution in the at least one exhaust after-treatment system using a high number n of cells to determine as accurately as possible and at the same time, the computation time for complex kinetic model 2 2 durch eine kleiner gewählte Zellenanzahl N zu begrenzen. limit by a small number of cells selected N. Dadurch wird ein Online-Einsatz des Verfahrens ermöglicht. This allows an online application of the procedure.
  • Mittels des kinetischen Modells By means of the kinetic model 2 2 wird die Reaktionswärme ΔH j für jede Zelle (j = 1 ... N) des kinetischen Modells is the heat of reaction .DELTA.H j for each cell (j = 1 ... N) of the kinetic model 2 2 bestimmt. certainly. Bei der Reaktionswärme kann es sich – in Anhängigkeit von dem zu betrachtenden Abgasnachbehandlungssystem – um die freigesetzte Wärme infolge Oxidation in einem Oxidationskatalysator, aufgrund der Reduktion der Stickoxide in einem Speicherkatalysator oder um die freigesetzte Wärme bei der Regeneration eines Partikelfilters handeln oder – falls ein kombiniertes Abgasnachbehandlungssystem Gegenstand des Verfahrens ist – um eine Kombination der genannten Reaktionswärmen. In the heat of reaction can be - in dependence of the to be considered after-treatment system - the heat released due to oxidation in an oxidation catalyst to act due to the reduction of nitrogen oxides in a storage catalytic converter or the heat released in the regeneration of a particulate filter or - if a combined after-treatment system object of the method is - a combination of the above heats of reaction. Die genannten Reaktionswärmen haben nur beispielhaften Charakter. The heats of reaction mentioned have only exemplary character.
  • Da die Zellenanzahl der beiden Modelle Since the number of cells of the two models 1 1 , . 2 2 differiert, kann die für eine Zelle j des kinetischen Modells differs that of the kinetic model for cell j may 2 2 ermittelte Reaktionswärme ΔH j nicht direkt einer einzelnen Zelle i des dynamischen Wärmemodells heat of reaction determined AH j not directly a single cell i of the dynamic thermal model 1 1 zugeordnet werden. be assigned. Daher wird die ermittelte Reaktionswärme ΔH j der Zelle j nur anteilig einer Zelle i des dynamischen Wärmemodells Therefore, the heat of reaction .DELTA.H j determined the cell is only partially j of cell i of the dynamic thermal model 1 1 zugewiesen. assigned.
  • Für den Temperaturanstieg ΔT ΔH i=1 beispielsweise der ersten Zelle (i = 1) des Wärmemodells For the temperature increase .DELTA.T AH i = 1, for example, the first cell (i = 1) of the thermal model 1 1 infolge der mittels kinetischem Modell ermittelten Reaktionswärme ΔH j=1 der ersten Zelle (j = 1) des kinetischen Modells gilt: due to the kinetic model determined by means of reaction heat .DELTA.H j = 1 the first cell (j = 1) of the kinetic model applies: ΔT ΔH i=1 = N/n·ΔT(ΔH j=1 ) .DELTA.T AH i = 1 = N / n · .DELTA.T (AH j = 1)
  • In analoger Weise liefert das dynamische Wärmemodell Analogously, the dynamic thermal model provides 1 1 die Zellentemperatur T i dh die Temperatur der Zelle i an das kinetische Modell the cell temperature T i that is, the temperature of the cell i in the kinetic model 2 2 (nicht dargestellt). (not shown). Aufgrund der unterschiedlichen Zellenanzahl i, j der beiden Modelle Due to the different number of cells i, j of the two models 1 1 , . 2 2 müssen zur Ermittlung der Temperatur T j der Zelle j des kinetischen Modells need for determining the temperature T j of the cell j of the kinetic model 2 2 mindestens zwei Zellen des Wärmemodells at least two cells of the thermal model 1 1 herangezogen werden, deren Temperaturen T i anteilig addiert und gemittelt werden. are used, the temperatures T i are proportionately added and averaged.
  • Bei der Bestimmung der Temperaturverteilung mittels Wärmemodell In determining the temperature distribution by thermal model 1 1 wird für jede Zelle i die Temperatur T i–1 der benachbarten, stromaufwärts gelegenen Zelle i–1 als Eingangsgröße verwendet. i is the temperature T i-1 of the adjacent upstream cell i-1 is used for each cell as an input variable.
  • Für die erste stromaufwärts gelegene Zelle i = 1 wird die Einlasstemperatur T in des mindestens einen Abgasnachbehandlungssystems als Eingangsgröße herangezogen. For the first upstream cell i = 1, the inlet temperature T is used in the at least one exhaust after-treatment system as an input variable. Die Temperatur T n der letzten Zelle (i = n) ist gleichzeitig die Austrittstemperatur des Abgasnachbehandlungssystems. The temperature T n of the last cell (i = n) is also the outlet temperature of the exhaust aftertreatment system.
  • Die Abkürzungen für die im Abgas enthaltenen Schadstoffe, nämlich CO, HC, NO x und soot, sowie die Abkürzung für Sauerstoff O 2 sollen verdeutlichen, dass mit dem kinetischen Modell gegebenenfalls die Sättigung φ LNT,rech des Speicherkatalysators und/oder die Beladung φ DPF,rech des Partikelfilters bestimmt werden kann, soweit sie Gegenstand des Verfahrens sind. The abbreviations for the information contained in the exhaust gas pollutants, namely, CO, HC, NO x and soot, as well as the abbreviation for oxygen O 2 are intended to illustrate that the kinetic model, where appropriate, the saturation φ LNT, computation of the storage catalyst and / or the loading φ DPF , compute the particulate filter can be determined, as far as they are the subject of the procedure.
  • Des weiteren kann das kinetische Modell Furthermore, the kinetic model 2 2 zur Bestimmung der Konvertierung einer oder mehrere dieser Abgasbestandteile herangezogen werden. be used to determine the conversion of one or more of these exhaust gas components.
  • 1 1
    dynamisches Wärmemodell dynamic thermal model
    2 2
    kinetisches Modell kinetic model
    AGR AGR
    Abgasrückführung Exhaust gas recirculation
    CO CO
    Kohlenmonoxid Carbon monoxide
    deNO x deNOx
    Reinigung des Speicherkatalysators Cleaning of the storage catalytic converter
    deSoot deSoot
    Regeneration des Partikelfilters Regeneration of the particulate filter
    deSO x Deso x
    Desulfurisation, Entschwefelung Desulfurisation, desulphurization
    ΔH AH
    Reaktionswärme heat of reaction
    ΔH j AH j
    Reaktionswärme der Zelle j des kinetischen Modells Heat of reaction of cell j of the kinetic model
    HC HC
    unverbrannte Kohlenwasserstoffe unburned hydrocarbons
    i i
    Zelle des dynamischen Wärmemodells Cell of the dynamic thermal model
    j j
    Zelle des kinetischen Modells Cell of the kinetic model
    k k
    Korrekturfaktor correction factor
    K 0 K 0
    Empfindlichkeit bzw. Verstärkung der Überwachungsstruktur Sensitivity or gain of the monitoring structure
    M M
    Masse des Trägersubstrats des Abgasnachbehandlungssystems Mass of the carrier substrate of the exhaust aftertreatment system
    m exh , m exh,
    Abgasmassenstrom Exhaust gas mass flow
    n n
    Anzahl der Zellen des dynamischen Wärmemodells Number of cells of the dynamic thermal model
    N N
    Anzahl der Zellen des kinetischen Modells Number of cells of the kinetic model
    NO x NO x
    Stickoxide Nitrogen oxides
    L L
    Wärmeverlustfaktor Heat loss factor
    LNT LNT
    Lean NO x Trap, Speicherkatalysator Lean NOx Trap, trap catalyst
    φ DPF,rech φ DPF, computationally
    mittels kinetischem Modell ermittelte Beladung des Partikelfilters determined by means of kinetic model loading of the particle filter
    φ LNT,rech φ LNT, computationally
    mittels kinetischem Modell ermittelter Sättigungsgrad des value determined using a kinetic model saturation level of the
    Speicherkatalysators storage catalyst
    SCR SCR
    Selective Catalytic Reduction Selective Catalytic Reduction
    soot soot
    Ruß soot
    SO x SO x
    Schwefeloxide sulfur oxides
    Tamb tamb
    Umgebungstemperatur ambient temperature
    T i T i
    Temperatur der Zelle i des Wärmemodells Temperature of the cell i of the thermal model
    T n T n
    Temperatur der Zelle n des Wärmemodells Temperature of the cell n of the thermal model
    ΔT ΔH i .DELTA.T AH i
    Temperaturanstieg der Zelle i des Wärmemodells infolge der Temperature rise of the cell i of the thermal model as a result of
    Reaktionswärme ΔH j=1 der Zelle j des kinetischen Modells Heat of reaction .DELTA.H j = 1 j of the cell of the kinetic model
    Tsen out Tsen out
    mittels Temperatursensor am Ausgang des by means of temperature sensor at the output of
    Abgasnachbehandlungssystems erfaßte Temperatur The exhaust aftertreatment system detected temperature
    Tmod out Tmod out
    mittels Wärmemodell bestimmte Temperatur am Ausgang des Abgas as determined by thermal model of the exhaust temperature at the outlet
    nachbehandlungssystems aftertreatment system
    T in T in
    Einlasstemperatur des mindestens einen Abgasnachbehandlungssystems Inlet temperature of the at least one exhaust gas treatment system
    T n T n
    Temperatur der letzten Zelle n des Wärmemodells Temperature of the last cell n of the thermal model
    x x
    natürliche Zahl natural number

Claims (9)

  1. Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung mindestens eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, die mindestens einen Zylinder und mindestens eine Abgasleitung zum Abführen des verschiedene Abgasbestandteile aufweisenden Abgases aus diesem mindestens einen Zylinder aufweist, wobei die axiale Temperaturverteilung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem mittels eines dynamischen Wärmemodells ( A method for monitoring and / or controlling at least one exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine having at least one cylinder and at least one exhaust line for discharging the various exhaust components having exhaust gas from said at least one cylinder, whereby the axial temperature distribution in the at least one exhaust-gas aftertreatment system (by means of a dynamic thermal model 1 1 ) bestimmt wird und die während der Abgasnachbehandlung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem generierte Reaktionswärme ΔH, die aus der Konvertierung mindestens eines im Abgas befindlichen Abgasbestandteils resultiert, mittels eines kinetischen Modells ( ) Is determined and, (while the exhaust gas treatment in the at least one exhaust-gas treatment system generated heat of reaction .DELTA.H, resulting from the conversion of at least one exhaust gas component in the exhaust gas by means of a kinetic model 2 2 ) bestimmt wird und bei dem • für das dynamische Wärmemodell ( ) Is determined, and (wherein • for the dynamic thermal model 1 1 ) das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem durch mindestens zwei diskrete Zellen (n ≥ 2), die in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind, dargestellt wird, und • für das kinetische Modell ( ) The at least one exhaust-gas aftertreatment system (by at least two discrete cell n ≥ 2) which are disposed axially one behind the other, is represented, and • (for the kinetic model 2 2 ) das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem durch mindestens eine diskrete Zelle (N ≥ 1) dargestellt wird, wobei • die mittels des kinetischen Modells ( ) The at least one exhaust-gas aftertreatment system (by at least one discrete cell N ≥ 1) is shown, wherein • the (by means of the kinetic model 2 2 ) bestimmte Reaktionswärme ΔH als Eingangsgröße für das Wärmemodell ( ) Specific heat of reaction AH as an input to the thermal model ( 1 1 ) verwendet wird. ) is used.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl n der diskreten Zellen für das Wärmemodell ( The method of claim 1, characterized in that the number n (the discrete cells for the thermal model 1 1 ) größer gewählt wird als die Anzahl N der diskreten Zellen für das kinetische Modell ( ) Is selected greater than the number N of the discrete cells for the kinetic model ( 2 2 ) dh es gilt: n > N. ) Ie we have: n> N.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Zellen lineare dh eindimensionale Elemente verwendet werden. The method of claim 1 or 2, characterized in that as a cell that is one-dimensional linear elements are used.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl n der diskreten Zellen für das Wärmemodell ( Method according to one of the preceding claims, characterized in that the number n (the discrete cells for the thermal model 1 1 ) größer oder gleich einem Vielfachen der Anzahl N der diskreten Zellen für das kinetische Modell ( ) Greater than or equal to a multiple of the number N of discrete cells (for the kinetic model 2 2 ) ist dh es gilt: n > x·N, wobei x einen natürliche Zahl ist. ) Is that it applies: n> x * N, where x is a natural number.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Bestimmung der Temperaturverteilung mittels Wärmemodell ( Method according to one of the preceding claims, characterized in that (in the context of determining the temperature distribution by thermal model 1 1 ) für jede Zelle i die Temperatur T i–1 der benachbarten, stromaufwärts gelegenen Zelle i–1 als Eingangsgröße verwendet wird, wobei für die erste stromaufwärts gelegene Zelle i = 1 die Temperatur am Einlass des mindestens einen Abgasnachbehandlungssystems als Eingangsgröße verwendet wird. ), The temperature T is i-1 of the adjacent upstream cell i-1 is used as an input variable for each cell i, where for the first upstream cell i = 1, the temperature of the at least one exhaust gas treatment system is used as an input variable at the inlet.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Temperatur Tsen in der mindestens einen Abgasleitung meßtechnisch erfasst wird und im Rahmen einer Rückführung dem dynamischen Wärmemodell ( Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one temperature Tsen in the at least one exhaust passage is detected by measurement and (the dynamic thermal model as part of a recirculation 1 1 ) als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt wird. ) Is provided as input size.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kinetische Modell ( Method according to one of the preceding claims, characterized in that the kinetic model ( 2 2 ) dazu verwendet wird, die Konvertierung mindestens einer der folgenden Abgasbestandteile in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem zu bestimmen: Stickoxide (NO x ), Rußpartikel, Kohlenmonoxid (CO), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) und/oder Sauerstoff (O 2 ). ) Is used to determine the conversion of at least one of the following exhaust-gas constituents in the at least one exhaust aftertreatment system: nitrogen oxides (NOx), soot, carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (HC) and / or oxygen (O 2).
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem einen Speicherkatalysator umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das kinetische Modell ( Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one exhaust-gas treatment system includes a storage catalytic converter, characterized in that the kinetic model ( 2 2 ) dazu verwendet wird, die Sättigung φ LNT,rech des Speicherkatalysators zu bestimmen. ) Is used, the saturation φ LNT, compute the storage catalytic converter to be determined.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem einen Partikelfilter umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das kinetische Modell ( Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one exhaust-gas aftertreatment system includes a particulate filter, characterized in that the kinetic model ( 2 2 ) dazu verwendet wird, die Beladung φ DPF,rech des Partikelfilters zu bestimmen. ) Is used, the loading φ DPF, computation of the particulate filter to be determined.
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