DE102006025050B4 - Method and device for operating an exhaust aftertreatment system - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betrieb einer Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage (1), bei dem einem Sauerstoffspeicher (8) einer Abgasnachbehandlungskomponente (7) Sauerstoff zugeführt und entnommen wird und der Sauerstoffspeicher einen ersten und einen zweiten Teil aufweisen kann, die in zumindest zwei verschiedenen Abgasnachbehandlungskomponenten angeordnet sind, wobei – zumindest ein durch den Sauerstoffspeicher und seinen Sauerstoffgehalt bestimmter, sich ändernder Parameter ermittelt und bei einer Betriebsweise der Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage (1) genutzt wird, – eine Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher mittels einer Sauerstoffbilanz um den Sauerstoffspeicher berechnet wird, wobei eine Ermittlung des jeweils aktuellen Sauerstoffgehaltes im Sauerstoffspeicher in einer Betriebsstrategie implementiert ist, so dass eine vollständige Entleerung des Sauerstoffspeichers vermieden wird, und im Rahmen einer Steuerung unter Nutzung des Sauerstoffspeichers zumindest ein Schwellwert angepasst wird an eine Alterung, wobei ein Hystereseverhalten bei einem Zykluswechsel in die Schwellwertanpassung miteingeht, wobei auf eine Messsonde zur Ermittlung einer Temperatur des Sauerstoffspeichers zurückgegriffen wird, womit eine direkte Kopplung der gemessenen Temperatur bei einer Berechnung des Sauerstoffgehalts des Sauerstoffspeichers eingeht und dieser ermittelte Wert über die Temperatur zur Überprüfung des über die Sauerstoffbilanz festgestellten Sauerstoffgehalts genutzt wird, wobei die Ermittlung der Temperatur des Sauerstoffspeichers genutzt wird, einen oder mehrere Schwellwerte zur Beeinflussung eines Fett-Mager-Zyklusses gemäß der temperaturabhängigen Sauerstoffspeicherkapazität zu verändern, und wobei – zumindest ein Schwellwert (25, 26) bezüglich der ermittelten gespeicherten Sauerstoffmenge festgelegt wird, bei dessen Überschreitung ein Zykluswechsel zwischen Mager-Betrieb und Fett-Betrieb ausgelöst wird oder – ein unterer (25) und ein oberer (26) Schwellwert bezüglich der Sauerstoffmenge festgelegt wird und bei Überschreiten bzw. Unterschreiten der jeweiligen Schwellwerte ein Zykluswechsel zwischen Mager-Betrieb und Fett-Betrieb ausgelöst wird.Method for operating a motor vehicle exhaust gas aftertreatment system (1), in which oxygen is supplied and removed from an oxygen store (8) of an exhaust gas aftertreatment component (7) and the oxygen store can have a first and a second part, which are arranged in at least two different exhaust gas aftertreatment components, wherein - at least one parameter, which is determined by the oxygen store and its oxygen content, changes and is used in an operating mode of the motor vehicle exhaust gas aftertreatment system (1), - an oxygen quantity in the oxygen store is calculated by means of an oxygen balance around the oxygen store, a determination of the respective current oxygen content is implemented in an operating strategy in the oxygen store so that a complete emptying of the oxygen store is avoided, and at least one threshold value is adapted as part of a control using the oxygen store st is an aging process, with hysteresis behavior during a cycle change being included in the threshold value adjustment, whereby a measuring probe is used to determine a temperature of the oxygen storage device, with which a direct coupling of the measured temperature is taken into account when calculating the oxygen content of the oxygen storage device and this determined value the temperature is used to check the oxygen content determined via the oxygen balance, the determination of the temperature of the oxygen storage being used to change one or more threshold values for influencing a fat-lean cycle according to the temperature-dependent oxygen storage capacity, and wherein - at least one threshold value (25 , 26) is determined with respect to the determined stored amount of oxygen, if exceeded, a cycle change between lean operation and rich operation is triggered or - a lower (25) and an upper (26) threshold value with respect the amount of oxygen is determined and a cycle change between lean operation and rich operation is triggered when the respective threshold values are exceeded or undershot.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage sowie eine Abgasnachbehandlungsanlage mit einer angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine.The present invention relates to a method for operating a motor vehicle exhaust aftertreatment system and an exhaust aftertreatment system with a connected internal combustion engine.
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Die aus obigen Dokumenten hervorgehenden Regelungs- oder Steuerungskonzepte beziehen sich auf ein Lambda-Sondensignal stromab einer sauerstoffspeichernden Komponente im Abgasstrang. Insbesondere bei hohen Temperaturen zeigt die Lambda-Sonde hier jedoch nur dann ungleich eins, wenn ein Sauerstoffspeicher komplett gefüllt (λ > 1) oder komplett entleert ist (λ < 1). Dadurch können bei z. B. einer Desulfatisierung Fettdurchbrüche mit begleitender H2S-Emission auftreten.The control or control concepts resulting from the above documents relate to a lambda probe signal downstream of an oxygen-storing component in the exhaust gas line. However, especially at high temperatures, the lambda probe will only show unequal one if an oxygen reservoir is completely filled (λ> 1) or completely emptied (λ <1). This can be at z. B. a desulfation fat breaks occur with accompanying H 2 S emission.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbesserung eines Betriebsverhaltens einer Abgasnachbehandlungsanlage zu schaffen, die insbesondere den tatsächlichen Gegebenheiten in einer Abgasnachbehandlungsanlage Rechnung trägt und eine schnelle sowie sichere Reaktion ermöglicht.Object of the present invention is to provide an improvement in the performance of an exhaust aftertreatment system, which in particular takes into account the actual conditions in an exhaust aftertreatment system and allows a quick and safe response.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie mit einer Abgasnachbehandlungsanlage mit den Merkmalen des Anspruches 15 gelöst. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage vorgeschlagen, bei welchem einem Sauerstoffspeicher einer Abgasnachbehandlungskomponente Sauerstoff zugeführt und entnommen wird und der Sauerstoffspeicher einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweisen kann, die in zumindest zwei verschiedenen Abgasnachbehandlungskomponenten angeordnet sind, wobei zumindest ein durch den Sauerstoffspeicher und seinen Sauerstoffgehalt beeinflusster, sich ändernder Parameter ermittelt und bei einer Betriebsweise der Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage genutzt wird. Weitere Merkmale gehen aus dem Anspruch 1 hervor.According to the invention, a method for operating a motor vehicle exhaust aftertreatment system is proposed in which an oxygen storage of an exhaust aftertreatment component oxygen is supplied and removed and the oxygen storage may have a first part and a second part, which are arranged in at least two different exhaust aftertreatment components, wherein at least one through the Oxygen storage and its oxygen content influenced, determined changing parameters and is used in a mode of operation of the motor vehicle exhaust aftertreatment system. Further features will become apparent from the
Vorzugsweise wird eine Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher bestimmt und gemäß einer Weiterbildung ein Fett-Mager-Zyklus in Abhängigkeit von der ermittelten Sauerstoffmenge beeinflusst. Beispielswiese kann eine Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher als Größe bei einer Einstellung eines Fett-Mager-Zyklusses eingehen. Eine beispielhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Sauerstoffmenge als Regel- oder Steuergröße für einen Fett-Mager-Zyklus genutzt wird. Eine weitere beispielhafte Ausgestaltung sieht vor, dass eine Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher mittels zumindest eines Fett-Mager-Zyklus, vorzugsweise mittels verschiedener Fett-Mager-Zyklen geregelt wird. Eine mögliche Umsetzung weist eine Motorsteuerung auf, die die Fett-Mager-Zyklen steuert oder regelt, wobei der Sauerstoffgehalt im Sauerstoffspeicher gesteuert oder geregelt wird. Hierzu kann die Motorsteuerung beispielsweise auf eine Vielzahl an Kennfelder zurückgreifen oder auf eine Sauerstoffbestimmung, die kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgt.Preferably, an amount of oxygen in the oxygen storage is determined and influenced according to a development of a fat-lean cycle as a function of the determined amount of oxygen. For example, an amount of oxygen in the oxygen storage may be included as a size in setting a rich-lean cycle. An exemplary embodiment provides that the amount of oxygen is used as a control or control variable for a rich-lean cycle. A further exemplary embodiment provides that an amount of oxygen in the oxygen storage is regulated by means of at least one fat-lean cycle, preferably by means of different fat-lean cycles. One possible implementation has a motor control that controls or regulates the grease-lean cycles, the Oxygen content in the oxygen storage is controlled or regulated. For this purpose, the engine control, for example, resort to a variety of maps or an oxygen determination that is continuous or discontinuous.
Insbesondere wird ein Füllungsgrad des Sauerstoffspeichers berücksichtigt. Somit wird bei Steuerungen bzw. Regelungen bezüglich einzelner Komponenten oder der Gesamtkomponente Abgasnachbehandlungsanlage nicht nur beispielsweise ein Lambda-Sondensignal berücksichtigt. Vielmehr wird auf den aktuellen Zustand des Sauerstoffspeichers abgehoben und berücksichtigt, inwiefern dieser in der Lage ist, beispielsweise bei einem Betrieb in einem fetten Abschnitt des Fett-Mager-Zyklusses Sauerstoff abzugeben bzw. umgekehrt, in einem mageren Bereich des Fett-Mager-Zyklusses noch Sauerstoff aufnehmen zu können.In particular, a degree of filling of the oxygen storage is taken into account. Thus, not only, for example, a lambda probe signal is taken into account in controls or regulations relating to individual components or the overall component exhaust aftertreatment system. Rather, it is lifted to the current state of the oxygen storage and taken into account how it is able to give off oxygen, for example, when operating in a rich portion of the fat-lean cycle or vice versa, in a lean area of the fat-lean cycle yet To be able to absorb oxygen.
Außerdem kann eine zusätzliche Sauerstoffzufuhr in die Kraftfahrzeugabgasnachbehandlungsanlage in Abhängigkeit von der ermittelten Sauerstoffmenge des Sauerstoffspeichers vorgesehen werden. Eine derartige Sauerstoffzufuhr kann beispielsweise über eine Luftzuführung wie auch eine Sauerstoffzuführung in die Abgasnachbehandlungsanlage erfolgen. Auch besteht die Möglichkeit, beispielsweise zusätzlich oder auch unabhängig hiervon durch eine entsprechende Ventilüberschneidung bei einer angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine das Luftangebot in der Abgasnachbehandlungsanlage zu ändern.In addition, an additional supply of oxygen in the automotive exhaust aftertreatment system depending on the determined oxygen amount of the oxygen storage can be provided. Such an oxygen supply can take place, for example, via an air feed as well as an oxygen feed into the exhaust aftertreatment system. It is also possible, for example, additionally or independently thereof to change the air supply in the exhaust aftertreatment system by a corresponding valve overlap in a connected internal combustion engine.
Bevorzugt wird die Sauerstoffmenge mittels einer Sauerstoffbilanz um den Sauerstoffspeicher berechnet. Dieses kann beispielsweise mittels einer ersten Sonde und einer zweiten Sonde erfolgen. Die erste Sonde ist bevorzugt in Strömungsrichtung vor dem Sauerstoffspeicher angeordnet, vorzugsweise zumindest unmittelbar vor dem Sauerstoffspeicher. Die zweite Sonde ist bevorzugt stromabwärts in unmittelbarer Nähe vom Sauerstoffspeicher angeordnet. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass zumindest eine der beiden Sonden direkt an einer Öffnung des Sauerstoffspeichers angeordnet ist. Auch besteht die Möglichkeit, dass zumindest eine der Sonden in dem Sauerstoffspeicher angeordnet ist. Beispielsweise kann über ein Teilverhalten des Sauerstoffspeichers dann auf das Gesamtspeicherverhalten des gesamten Sauerstoffspeichers rückgeschlossen werden.The amount of oxygen is preferably calculated by means of an oxygen balance around the oxygen storage. This can be done for example by means of a first probe and a second probe. The first probe is preferably arranged in the flow direction in front of the oxygen storage, preferably at least immediately in front of the oxygen storage. The second probe is preferably arranged downstream in the immediate vicinity of the oxygen storage. Furthermore, there is the possibility that at least one of the two probes is arranged directly on an opening of the oxygen storage. There is also the possibility that at least one of the probes is arranged in the oxygen storage. For example, it is then possible to deduce the total storage behavior of the entire oxygen storage unit via a partial behavior of the oxygen storage device.
Bevorzugt wird eine erste Sonde zu einer kontinuierlichen Messung des Sauerstoffgehaltes vor dem Sauerstoffspeicher eingesetzt. Hierbei kann anstelle des Sauerstoffgehaltes auch der Luftgehalt vor dem Sauerstoffspeicher ermittelt werden und daraus auf den Sauerstoffgehalt geschlossen werden. Die zweite Sonde ermittelt bevorzugt den Sauerstoffgehalt zumindest in Zeitintervallen hinter dem Sauerstoffspeicher. Bevorzugt ist, dass eine Permanentmessung des Sauerstoffgehaltes bzw. des Luftverhältnisses erfolgt. Beispielsweise ist vorgesehen, dass zumindest die in Strömungsrichtung vorne liegende der beiden Sonden eine Breitband-Lambda-Sonde ist. Die andere der beiden Sonden kann hingegen eine Sprungsonde sein. Es können jedoch auch zwei Breitband-Lambda-Sonden eingesetzt werden. Vorzugsweise ist zumindest ist eine der Sonden in der Lage, zusätzlich eine Temperatur aufzunehmen.Preferably, a first probe is used for a continuous measurement of the oxygen content before the oxygen storage. Here, instead of the oxygen content, the air content in front of the oxygen storage can be determined and deduced therefrom on the oxygen content. The second probe preferably determines the oxygen content at least at time intervals after the oxygen storage. It is preferred that a permanent measurement of the oxygen content or the air ratio takes place. For example, it is provided that at least the upstream of the two probes is a broadband lambda probe. The other of the two probes, however, may be a jump probe. However, it is also possible to use two broadband lambda probes. Preferably, at least one of the probes is capable of additionally receiving a temperature.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Abgasnachbehandlungsanlage mit einem eigenen Steuergerät ausgestattet ist. Im Steuergerät ist vorzugsweise nicht nur eine Steuerung bzw. Regelung hinsichtlich des Sauerstoffspeichers hinterlegt. Vorzugsweise sind in dem Steuergerät auch weitere Komponenten der Abgasnachbehandlungskomponente mitumfasst. Dieses können neben dem Sauerstoffspeicher zusätzliche Katalysatoren, Partikelfilter, Einspritzvorrichtungen in die Abgasnachbehandlungsanlage, beispielsweise von ammoniakhaltigem Mittel oder Ähnliches sein. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass eine derartige Funktionalität in einem Motorsteuergerät implementiert ist. Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass das Steuergerät von der Motorsteuerung getrennt angeordnet ist.According to one embodiment, it is provided that the exhaust aftertreatment system is equipped with its own control unit. In the control unit is preferably not only a control or regulation with respect to the oxygen storage stored. Preferably, further components of the exhaust aftertreatment component are also included in the control unit. This can be in addition to the oxygen storage additional catalysts, particulate filters, injectors in the exhaust aftertreatment system, such as ammonia-containing agent or the like. An embodiment provides that such functionality is implemented in an engine control unit. Another embodiment provides that the control unit is arranged separately from the engine control.
Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Verfahren eingesetzt wird, um mit der im Sauerstoffspeicher gespeicherten Sauerstoffmenge eine gezielte Beeinflussung des Fett-Mager-Zyklusses zu erzielen. Beispielsweise ist es möglich, durch eine gezielte Befüllung und Entleerung des Sauerstoffspeichers eine pro Zeiteinheit freigesetzte Wärmemenge verändern zu können. Damit besteht die Möglichkeit, beispielsweise eine Temperatur des Sauerstoffspeichers bzw. einer Komponente, die den Sauerstoffspeicher aufweist, beeinflussen zu können.According to one embodiment, it is provided that the method is used to achieve a targeted influencing of the rich-lean cycle with the amount of oxygen stored in the oxygen storage. For example, it is possible to be able to change a quantity of heat released per unit of time by a specific filling and emptying of the oxygen storage. This makes it possible, for example, to be able to influence a temperature of the oxygen storage or of a component which has the oxygen storage.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass eine Regeneration einer Abgasreinigungskomponente des Kraftfahrzeuges in einem bestimmten Temperaturbereich zu erfolgen hat. Dieses ist beispielsweise bei einer Regeneration eines Dieselpartikelfilters wie auch einer Desulfatisierung eines Stickoxid-Speicherkatalysators der Fall. Wird beispielsweise bei einem Partikelfilter eine Verbrennungskraftmaschine in einem Magerbetrieb betrieben, sammelt sich Ruß ab. Zum Rußabbrand wird vorzugsweise eine Temperatur von oberhalb von 500°C eingestellt. Wird beispielsweise ein unbeschichteter Partikelfilter genutzt, wird eine Temperatur oberhalb von 600°C genutzt. Bei einem katalytisch beschichteten Filter wird beispielsweise eine Temperatur oberhalb von 550°C Abgastemperatur am Partikelfilter eingestellt. Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zu einer Temperaturerhöhung während der Regeneration ein Fett-Mager-Zyklus verwendet wird. Dabei wird ein Sauerstoffspeicher zyklisch zumindest teilweise befüllt und entleert. Ein hierbei erfolgender Umsatz des Sauerstoffspeichers erzeugt eine Wärme, die zur Temperaturerhöhung genutzt wird. Die Temperaturerhöhung kann beispielsweise schon vor der eigentlichen Regeneration erfolgen, so dass zum Auslösen der eigentlichen Regeneration vorzugsweise nur noch eine geringe Enthalpie zur Verfügung gestellt werden muss. Beispielsweise kann die im Sauerstoffspeicher vorhandene Sauerstoffmenge dazu genutzt werden, eine notwendige Temperatur und/oder Temepraturererhöhung zur Regeneration zumindest teilweise zu erzeugen. Dazu nimmt der Sauerstoffspeicher in Phasen eines Sauerstoffüberangebots entsprechenden Sauerstoff auf, den er in Phasen einer Regenration abgeben kann.For example, it is provided that a regeneration of an exhaust gas purification component of the motor vehicle has to take place in a specific temperature range. This is the case for example in a regeneration of a diesel particulate filter as well as a desulfation of a nitrogen oxide storage catalyst. For example, if an internal combustion engine is operated in a lean operation in a particulate filter, soot collects. For Rußabbrand a temperature of above 500 ° C is preferably set. If, for example, an uncoated particle filter is used, a temperature above 600 ° C is used. In the case of a catalytically coated filter, for example, a temperature above 550 ° C. exhaust gas temperature is set on the particle filter. According to one embodiment, it is provided that to increase the temperature during regeneration, a grease Lean cycle is used. In this case, an oxygen storage is cyclically at least partially filled and emptied. A successful conversion of the oxygen storage generates heat, which is used to increase the temperature. The temperature increase can for example be done before the actual regeneration, so that preferably only a small enthalpy must be provided to trigger the actual regeneration. For example, the amount of oxygen present in the oxygen storage can be used to at least partially generate a necessary temperature and / or Temepraturererhöhung for regeneration. For this purpose, the oxygen storage takes on oxygen in corresponding phases of oxygen supply, which it can deliver in phases of a regeneration.
Eine derartige Betriebsweise des Sauerstoffspeichers im Zusammenspiel mit einer Regeneration wird beispielsweise über die Motorsteuerung und/oder das separate Steuergerät auf verschiedene Arten unterstützt. Beispielsweise kann die Temperaturerhöhung dadurch erzielt werden, dass eine Abgastemperatur an der Verbrennungskraftmaschine oder aber auch bei Betrieb einer Turbine am Austritt der Turbine angehoben wird. Beispielsweise kann dieses bei einer Verbrennungskraftmaschine durch eine Verkleinerung des Luftverhältnisses beispielsweise durch eine Nacheinspritzung erfolgen, durch eine Änderung eines Einspritzwinkels wie auch durch eine Androsselung der dem Motor bzw. einer Turbine zugeführten Luft. Um eine Verstärkung der Temperaturanhebung zu ermöglichen, kann nicht oder nur unvollständig verbrannter Kraftstoff dem Sauerstoffspeicher zugeführt werden. Beispielsweise kann dazu eine späte Nacheinspritzung von Kraftstoff in einen Expansionstakt der Verbrennungskraftmaschine genutzt werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, eine Einspritzung von Kraftstoff in einen Ausschiebetakt vorzusehen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit einer direkten Kraftstoffzufuhr in den Abgasstrom, zum Beispiel über eine zusätzliche Einspritzung. Auch besteht die Möglichkeit einer Reformierung von Kraftstoff und Zufuhr als Synthesegas. Beispielsweise ist ebenfalls die Möglichkeit vorhanden, dass bei einem Kraftfahrzeug, das einen bivalenten Antrieb aufweist, beispielsweise zusätzlich einen Flüssiggasspeicher, einen Erdgasspeicher oder Vergleichbares genutzt wird, um daraus eine entsprechende Fluideinströmung in die Abgasnachbehandlungsanlage zu ermöglichen.Such operation of the oxygen storage in conjunction with a regeneration is supported in different ways, for example via the engine control and / or the separate control unit. For example, the temperature increase can be achieved by raising an exhaust gas temperature at the internal combustion engine or even when operating a turbine at the outlet of the turbine. For example, this can be done in a combustion engine by reducing the air ratio, for example, by a post-injection, by changing a injection angle as well as by throttling the engine or a turbine air supplied. In order to allow an increase in the temperature increase, incomplete or burnt fuel can not be supplied to the oxygen storage. For example, a late post-injection of fuel into an expansion stroke of the internal combustion engine can be used for this purpose. Furthermore, it is possible to provide an injection of fuel into a Ausschiebetakt. In addition, there is the possibility of a direct fuel supply into the exhaust gas flow, for example via an additional injection. There is also the possibility of reforming fuel and feed as synthesis gas. For example, there is also the possibility that in a motor vehicle having a bivalent drive, for example, in addition a liquid gas storage, a natural gas storage or the like is used to allow a corresponding fluid inflow into the exhaust aftertreatment system.
Der im Sauerstoffspeicher anzulagernde Sauerstoff wird beispielsweise aus Restsauerstoff aus der motorischen Verbrennung gespeist. Es besteht jedoch zusätzlich die Möglichkeit, eine externe Luftzufuhr in das Abgas vorzusehen. Dazu kann beispielsweise ein Sekundärluftgebläse eingesetzt werden. Auch besteht die Möglichkeit, eine Aufladungseinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine hierzu nutzen zu können. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, an anderen Orten der Abgasnachbehandlungsanlage gespeicherten Sauerstoff zur Anreicherung des von diesem abgegebenen Sauerstoffs im Sauerstoffspeicher zu nutzen.The oxygen to be stored in the oxygen storage is fed, for example, from residual oxygen from the engine combustion. However, it is additionally possible to provide an external air supply into the exhaust gas. For this purpose, for example, a secondary air blower can be used. It is also possible to use a charging device of an internal combustion engine for this purpose. Furthermore, it is possible to use stored oxygen at other locations of the exhaust aftertreatment system for enriching the oxygen emitted by this in the oxygen storage.
Eine brennbare Gaskomponente kann in der Abgasnachbehandlungsanlage durch ausreichende zur Verfügung Stellung von Sauerstoff umgesetzt werden, beispielsweise mittels ausschließlich aus dem Sauerstoffspeicher, zusätzlich aus dem Sauerstoffspeicher, insbesondere ergänzend aus dem Sauerstoffspeicher zugeführten Sauerstoff. Beim Betrieb der Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage wird gezielt darauf abgestellt, den vorhandenen Sauerstoffspeicher kontrolliert einzusetzen. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, eine Temperatursteuerung oder -regelung des Partikelfilters vorzunehmen, insbesondere, wenn der Partikelfilter die Möglichkeit aufweist, selbst als Sauerstoffspeicher zu fungieren.A combustible gas component can be converted in the exhaust aftertreatment system by sufficient provision of oxygen, for example by means of exclusively from the oxygen storage, in addition from the oxygen storage, in particular supplementally supplied from the oxygen storage oxygen. When operating the motor vehicle exhaust aftertreatment system is targeted to use the existing oxygen storage controlled use. For example, it is possible to carry out a temperature control or regulation of the particulate filter, in particular if the particulate filter has the option of acting as an oxygen reservoir itself.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die ermittelte Sauerstoffmenge des Sauerstoffspeichers als Parameter bei einer Desulfatisierung eines Oxid-Speichers vorzugsweise zur Beeinflussung eines Fett-Mager-Zyklusses eingeht. Der Oxid-Speicher kann beispielsweise ein Stickoxid-Speicherkatalysator und/oder ein Schwefeloxid-Speicher sein. Bei einer Desulfatisierung wird eine Sauerstoffzufuhr aus dem Sauerstoffspeicher genutzt, um beispielsweise im unterstöchiometrischen Betrieb geschaffenes H2S in SO2 zu oxidieren. Durch die Ermittlung des jeweils aktuellen Sauerstoffgehaltes im Sauerstoffspeicher ist vorzugsweise in der entsprechenden Betriebsstrategie implementiert, dass ein vollständiges Entleeren des Sauerstoffspeichers insbesondere im Fettbetrieb vermieden wird. Damit wird eine Gefahr eines H2S-Austrittes unterbunden. Ist insbesondere als Betriebsstrategie vorgesehen, dass der Sauerstoffspeicher niemals vollständig geleert werden darf, kann anstatt einer Lambda-Sonde hinter dem Sauerstoffspeicher insbesondere auch eine Sprungsonde vorgesehen sein.According to a further embodiment, it is provided that the determined amount of oxygen of the oxygen storage as a parameter in a desulfation of an oxide memory is preferably received to influence a fat-lean cycle. The oxide store may be, for example, a nitrogen oxide storage catalyst and / or a sulfur oxide storage. In desulfation, an oxygen supply from the oxygen storage is used to oxidize, for example, in substoichiometric operation created H 2 S in SO 2 . By determining the respective current oxygen content in the oxygen storage is preferably implemented in the corresponding operating strategy that a complete emptying of the oxygen storage is avoided, especially in rich operation. This prevents a risk of H 2 S leakage. If, in particular, it is provided as an operating strategy that the oxygen reservoir may never be completely emptied, a jump probe may be provided instead of a lambda probe behind the oxygen reservoir, in particular.
Vorzugsweise kann über die berücksichtigte Sauerstoffmenge nicht nur eine Bestimmung eines Beginns einer Desulfatisierung und/oder einer Regeneration ermittelt werden. Vielmehr besteht zusätzlich die Möglichkeit, dass zur Bestimmung einer Zeitdauer der Desulfatisierung und/oder der Regeneration die ermittelte Sauerstoffmenge als Parameter eingeht.Preferably, not only a determination of an onset of desulfation and / or regeneration can be determined via the considered amount of oxygen. Rather, there is the additional possibility that the determined amount of oxygen is received as a parameter to determine a period of desulfation and / or regeneration.
Vorzugsweise kann über die berücksichtigte Sauerstoffmenge nicht nur eine Bestimmung eines Beginns einer Desulfatisierung und/oder einer Regeration ermittelt werden. Vielmehr besteht zusätzlich die Möglichkeit, dass zur Bestimmung einer Zeitdauer der Desulfatisierung und/oder Regeneration die ermittelte Sauerstoffmenge als Parameter eingeht.Preferably, not only a determination of an onset of desulfation and / or regeneration can be determined via the considered amount of oxygen. Rather, there is also the possibility that to determine a Duration of desulfation and / or regeneration received the determined amount of oxygen as a parameter.
Die für das Verfahren notwendige Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher wird gemäß einer Ausgestaltung durch Integration des mit dem Speicher ausgetauschten Sauerstoffmassenstroms bestimmt. Der Sauerstoffmassenstrom wird hierzu anhand einer Differenz der Sonden, insbesondere der Lambda-Sonden sowie dem Abgasmassenstrom berechnet. Dazu dient die folgende Formel: The amount of oxygen in the oxygen reservoir necessary for the process is determined according to an embodiment by integration of the oxygen mass flow exchanged with the reservoir. For this purpose, the oxygen mass flow is calculated on the basis of a difference between the probes, in particular the lambda probes and the exhaust gas mass flow. The following formula is used for this:
Das Ergebnis einer derartigen oder anderen Berechnung kann fehlerbehaftet sein, zum Beispiel aufgrund ungenauer Lambda-Signale oder eines ungenauen Abgasmassenstroms, so dass der berechnete Sauerstoffgehalt nicht dem tatsächlichen Sauerstoffgehalt entspricht. Auch kann durch die Integration ein Fehler über die Zeit weiter anwachsen. Es ist dann möglich, dass unerwünschte Fett- oder Magerdurchbrüche erfolgen. Sollte ein derartiger Durchbruch auftreten, kann anhand dieses Durchbruches der tatsächliche Zustand des Speichers erkannt und die Berechnung auf einen bestimmten Wert zurückgesetzt werden. Des Weiteren kann eine gezielte Durchbruchssituation geschaffen werden, um darüber eine Eichung der Messung zu erreichen. Auch besteht die Möglichkeit, aus dem Betriebsverhalten des Sauerstoffspeichers heraus eine Eichung abzuleiten. Beispielsweise kann auch ein maximaler Speicherzustand durch entsprechende Luft- beziehungsweise Sauerstoffzuführung überprüft und vorzugsweise daraus eine Eichung für die Speicherkapazität und den Speicherzustand des Sauerstoffspeichers ermittelt werden.The result of such or other calculation may be erroneous, for example due to inaccurate lambda signals or an inaccurate exhaust mass flow, such that the calculated oxygen content does not correspond to the actual oxygen content. Also, the integration can make a mistake grow over time. It is then possible that unwanted fat or lean breakthroughs occur. Should such a breakthrough occur, this breakthrough can be used to detect the actual state of the memory and reset the calculation to a specific value. Furthermore, a targeted breakthrough situation can be created in order to achieve a calibration of the measurement. It is also possible to derive a calibration from the operating behavior of the oxygen storage device. For example, a maximum storage state can also be checked by appropriate supply of air or oxygen, and preferably a calibration for the storage capacity and the storage state of the oxygen storage device can be determined therefrom.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass im Rahmen einer Steuerung bzw. Regelung unter Nutzung des Sauerstoffspeichers, vorzugsweise auch dessen Sauerstoffspeicherkapazität und insbesondere der aktuell jeweils ermittelten gespeicherten Sauerstoffmenge zumindest ein Schwellwert festgelegt wird, bei dessen Überschreitung ein Zykluswechsel zwischen Mager- und Fettbetrieb ausgelöst wird. Der Schwellwert kann fixiert sein. Es besteht jedoch ebenfalls die Möglichkeit, dass der Schwellwert an beispielsweise eine Alterung des Sauerstoffspeichers angepasst werden kann. Beispielsweise kann bei einer Eichung der Sauerstoffspeicherkapazität bzw. der Berechnung der Sauerstoffspeicherkapazität ebenfalls eine Anhebung oder Absenkung des Schwellwertes veranlasst werden. Beispielsweise ist der Schwellwert in dem Steuergerät der Abgasnachbehandlungsanlage hinterlegt. Er kann jedoch ebenfalls in der Motorsteuerung beispielsweise zusätzlich vorhanden sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein unterer und ein oberer Schwellwert bezüglich der Sauerstoffmenge festgelegt wird und bei Überschreiten des Schwellwertes ein Zykluswechsel zwischen Mager- und Fettbetrieb ausgelöst wird. Ein Auslösezeitpunkt zum Zykluswechsel kann hierbei beim Erreichen des Schwellwertes wie aber auch erst nach dem Überschreiten des Schwellwertes vorgesehen sein. Bevorzugt wird bei einem Zykluswechsel ein Hystereseverhalten ausgelöst. Das bedeutet, dass nach Erreichen des jeweiligen Schwellwertes der Sauerstoffspeicher entweder noch Sauerstoff weiter zusätzlich verlangsamt aufnimmt, bevor eine Abgabe des Sauerstoffes erfolgt bzw. im umgekehrten Falle eine Abnahme der Sauerstoffabgabe verlangsamt wird, bevor wieder eine Sauerstoffanreicherung im Sauerstoffspeicher erfolgt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Schwellwert hinsichtlich der Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher überschritten werden kann, einmal bei Erreichen des Schwellwertes und anschließend, nachdem der Zykluswechsel vollzogen wurde und das Betriebsverhalten hinsichtlich der Sauerstoffabnahme bzw. Aufnahme des Sauerstoffspeichers sich umgekehrt hat.A further development provides that within the scope of a control or regulation by using the oxygen storage, preferably also its oxygen storage capacity and in particular the currently determined each stored oxygen amount at least one threshold is set at exceeding a cycle change between lean and rich operation is triggered. The threshold can be fixed. However, there is also the possibility that the threshold value can be adapted to, for example, an aging of the oxygen storage. For example, in a calibration of the oxygen storage capacity or the calculation of the oxygen storage capacity also an increase or decrease of the threshold value can be caused. For example, the threshold is stored in the control unit of the exhaust aftertreatment system. However, it may also be present in the engine control, for example. It is preferably provided that a lower and an upper threshold value with respect to the amount of oxygen is determined and when the threshold value is exceeded, a cycle change between lean and rich operation is triggered. A triggering time for the cycle change can be provided here when the threshold value is reached, as well as after the threshold value has been exceeded. Preferably, a hysteresis behavior is triggered during a cycle change. This means that after reaching the respective threshold value of the oxygen storage either further oxygen additionally slows down receives before a release of the oxygen takes place or in the opposite case, a decrease in the oxygen release is slowed down, again oxygenation takes place in the oxygen storage. It is preferably provided that the threshold value can be exceeded in terms of the amount of oxygen in the oxygen storage, once upon reaching the threshold value and subsequently, after the cycle change has been completed and the operating behavior with respect to the oxygen decrease or absorption of the oxygen storage has reversed.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass ein Verbrennungsmotor in einem Fett-Mager-Zyklus betrieben wird, wobei eine Temperatur des Sauerstoffspeichers ermittelt wird und ein die gespeicherte Sauerstoffmenge beeinflussender Betriebsparameter in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur geändert wird. Insbesondere besteht darüber die Möglichkeit, dass eine Temperaturregelung oder Temperatursteuerung der den Sauerstoffspeicher aufweisenden Abgasnachbehandlungskomponente eine pro Zeiteinheit aus dem Sauerstoffspeicher abgebende Sauerstoffmenge zu einer Temperaturanpassung der Abgasnachbehandlungskomponente ändert. Im Falle einer Temperaturregelung über die Nutzung des Sauerstoffspeichers kann beispielsweise ein PI-Regler eingesetzt werden.Furthermore, it may be provided that an internal combustion engine is operated in a rich-lean cycle, wherein a temperature of the oxygen storage is determined and an operating parameter influencing the stored amount of oxygen is changed as a function of the determined temperature. In particular, there is the possibility that a temperature control or temperature control of the exhaust gas aftertreatment component having the oxygen storage unit changes an oxygen quantity which is released from the oxygen storage unit per unit time to a temperature adaptation of the exhaust gas aftertreatment component. In the case of a temperature control via the use of the oxygen storage, for example, a PI controller can be used.
Zusätzlich wie auch getrennt davon kann eine Betriebsweise der Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage vorsehen, dass während einer Desulfatisierung eines Oxid-, insbesondere eines Stickoxid-Speicherkatalysators zumindest teilweise ein Fett-Mager-Zyklus gefahren und ein Luftverhältnis hinter dem Oxid-, insbesondere dem Stickoxid-Speicherkatalysator aufgenommen wird, wobei die Sauerstoffmenge ermittelt und eingesetzt wird, eine Unter- und/oder Überstöichometrie des Luftverhältnisses hinter dem Oxid-, insbesondere dem Stickoxid-Speicherkatalysator zu vermeiden. Hierbei wird insbesondere auf ein oder mehrere Schwellwerte, die hinsichtlich der Speichermenge an Sauerstoff im Sauerstoffspeicher vorgebbar sind, zurückgegriffen. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, dass nicht nur ein Schwellwert, sondern mehrere Schwellwerte vorhanden sind. Hierbei ergibt sich die Möglichkeit, mit unterschiedlichen Temperaturen bzw. Sauerstoffabgaben bzw. Sauerstoffaufnahmen den Sauerstoffspeicher betreiben zu können.In addition, as well as separately from this, an operating mode of the motor vehicle exhaust aftertreatment system can provide that during a desulfurization of an oxide, in particular a nitrogen oxide storage catalyst at least partially driven a fat-lean cycle and added an air ratio behind the oxide, in particular the nitrogen oxide storage catalyst is, wherein the amount of oxygen is determined and used to avoid under- and / or Überstöichometrie the air ratio behind the oxide, in particular the nitrogen oxide storage catalyst. This is in particular to one or more thresholds, which are predetermined in terms of the amount of storage of oxygen in the oxygen storage, resorted to. For example, there is the possibility that not only one threshold, but several thresholds are present. This gives rise to the possibility of being able to operate the oxygen storage with different temperatures or oxygen deliveries or oxygen intakes.
Die Betriebsweise des Sauerstoffspeichers ist eingebunden in das Abgasnachbehandlungskonzept des Kraftfahrzeuges. Daher kann der Sauerstoffspeicher als einzelnes Bauelement in der Abgasnachbehandlungsanlage angeordnet sein. Bevorzugt ist es jedoch, dass der Sauerstoffspeicher Bestandteil einer Komponente der Abgasnachbehandlungsanlage ist. Dieses kann ein Katalysator, ein Partikelfilter, oder ein sonstiges Element in der Abgasnachbehandlungsanlage sein.The operation of the oxygen storage is integrated into the exhaust aftertreatment concept of the motor vehicle. Therefore, the oxygen storage may be arranged as a single component in the exhaust aftertreatment system. However, it is preferred that the oxygen storage is part of a component of the exhaust aftertreatment system. This may be a catalyst, particulate filter, or other element in the exhaust after-treatment system.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird eine Abgasnachbehandlungsanlage mit einer angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, wobei die Verbrennungskraftmaschine eine Motorsteuerung und die Abgasnachbehandlungsanlage zumindest einen geregelten Katalysator und einen Sauerstoffspeicher aufweist, wobei eine erste Sonde vor dem Sauerstoffspeicher angeordnet ist und eine zweite Sonde hinter dem Sauerstoffspeicher angeordnet ist, wobei die erste Sonde ein einen Sauerstoffgehalt charakterisierenden ersten Parameter ermittelt, und eine Signalübertragung der von der ersten und der zweiten Sonde aufgenommenen Parameter zu einer Auswerteeinheit vorgesehen ist, und die Auswerteeinheit mit einer Motorsteuerung mit einer Regel- oder Steuerungseinheit gekoppelt ist, die einen Fett-Mager-Zyklus auf Basis der ermittelten Parameter berücksichtigt. Weitere Merkmale gehen aus Anspruch 15 hervor.According to a further aspect of the invention, an exhaust aftertreatment system with a connected internal combustion engine is proposed, wherein the internal combustion engine has an engine controller and the exhaust aftertreatment system at least a regulated catalyst and an oxygen storage, wherein a first probe is disposed in front of the oxygen storage and a second probe is disposed behind the oxygen storage in which the first probe determines a first parameter characterizing an oxygen content, and a signal transmission of the parameters recorded by the first and the second probe to an evaluation unit is provided, and the evaluation unit is coupled with a motor controller to a control or control unit which generates a rich -Mager-cycle based on the determined parameters considered. Further features emerge from
Mittels einer derartigen Abgasnachbehandlungsanlage mit angeschlossener Verbrennungskraftmaschine wird bevorzugt das oben beschriebene Verfahren zum Betrieb einer Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage ausgeführt.By means of such an exhaust aftertreatment system with a connected internal combustion engine, the method described above for operating a motor vehicle exhaust aftertreatment system is preferably carried out.
Eine Weiterbehandlung sieht vor, dass die zweite Sonde eine Temperatursonde ist, deren Parameter in eine Steuerung oder Regelung eines Lambda-Wertes der Motorsteuerung eingeht. Vorzugsweise geht ein Fett-Mager-Zyklus als Sollwert in eine Lambda-Regelung der Verbrennungskraftmaschine ein.A further treatment provides that the second probe is a temperature probe whose parameters are included in a control or regulation of a lambda value of the engine control. Preferably, a rich-lean cycle enters as the desired value in a lambda control of the internal combustion engine.
Eine weitere Ausgestaltung der Abgasnachbehandlungsanlage sieht vor, dass die erste und die zweite Sonde jeweils eine einen Sauerstoffgehalt charakterisierenden ersten Parameter ermitteln, und eine Signalübertragung des ersten Parameters von der ersten und der zweiten Sonde zu einer Auswerteeinheit vorgesehen ist, und die Auswerteeinheit aus den ersten Parametern eine Ermittlung eines einen Sauerstoffgehalt des Sauerstoffspeichers charakterisierenden zweiten Parameter aufweist, und die Motorsteuerung mit einer Vorrichtung zur Einstellung eines Luftverhältnisses in der Abgasnachbehandlungsanlage gekoppelt ist, wobei eine Anpassung des Luftverhältnisses in Abhängigkeit vom zweiten Parameter über die Vorrichtung vorgesehen ist.A further refinement of the exhaust aftertreatment system provides that the first and the second probe each determine a first parameter characterizing an oxygen content, and a signal transmission of the first parameter from the first and the second probe to an evaluation unit is provided, and the evaluation unit from the first parameters a determination of a second parameter characterizing an oxygen content of the oxygen storage, and the engine control is coupled to an apparatus for adjusting an air ratio in the exhaust aftertreatment system, wherein an adjustment of the air ratio in dependence on the second parameter is provided via the device.
Eine Weiterbildung der Abgasnachbehandlungsanlage sieht vor, dass der Sauerstoffspeicher einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweist, die in zumindest zwei verschiedenen Abgasnachbehandlungskomponenten angeordnet sind. Beispielsweise kann der Sauerstoffspeicher aus einem NOx-Katalysator wie auch aus einem Partikelfilter gebildet werden. Auch können diese jeweils getrennt voneinander vorliegen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass ein Drei-Wege-Katalysator ebenfalls einen Sauerstoffspeicher oder einen Teil davon mit umfasst. Bevorzugt ist es, wenn eine Messsonde zur Ermittlung einer Temperatur des Sauerstoffspeichers vorgesehen ist. Dieses erlaubt eine direkte Koppelung der gemessenen Temperatur bei einer Berechnung des Sauerstoffgehaltes des Sauerstoffspeichers. Beispielsweise kann dieser ermittelte Wert über die Temperatur zur Überprüfung des beispielsweise über die Sauerstoffbilanz festgestellten Sauerstoffgehaltes genutzt werden. Alternativ oder auch zusätzlich erlaubt die Ermittlung der Temperatur des Sauerstoffspeichers auch, einen oder mehrere der insbesondere oben genannten Schwellwerte zur Beeinflussung des Fett-Mager-Zyklusses gemäß der temperaturabhängigen Sauerstoffspeicherkapazität zu verändern.A further development of the exhaust aftertreatment system provides that the oxygen reservoir has a first part and a second part, which are arranged in at least two different exhaust aftertreatment components. For example, the oxygen storage can be formed from a NOx catalyst as well as from a particulate filter. These may also be present separately from each other. In addition, there is a possibility that a three-way catalyst may also include an oxygen reservoir or a portion thereof. It is preferred if a measuring probe is provided for determining a temperature of the oxygen storage. This allows a direct coupling of the measured temperature in a calculation of the oxygen content of the oxygen storage. For example, this determined value can be used via the temperature for checking the oxygen content determined, for example, via the oxygen balance. Alternatively or additionally, the determination of the temperature of the oxygen storage also allows one or more of the above-mentioned threshold values for influencing the rich-lean cycle to be changed according to the temperature-dependent oxygen storage capacity.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Nachfolgenden Zeichnungen angegeben. Die daraus hervorgehenden jeweiligen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen beschränkt. Vielmehr können einzelne Merkmale mit denjenigen anderer Ausgestaltungen der Zeichnungen wie auch mit Merkmalen der obigen Beschreibung zu Weiterbildungen kombiniert werden. Es zeigen:Further advantageous embodiments and further developments are specified in the following drawings. However, the resulting respective features are not limited to the individual embodiments. Rather, individual features can be combined with those of other embodiments of the drawings as well as with features of the above description to further developments. Show it:
Alternativ zu der aus
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