DE102008054866A1 - Exhaust gas after-treatment device e.g. nitrogen oxide catcher, operation controlling method for internal combustion engine, involves comparing concentration reference value and temperature reference value with calibration threshold value - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des Betriebs einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung.The The invention relates to a method and a device for controlling the operation of an exhaust aftertreatment device.
Abgasnachbehandlungsvorrichtungen werden zur Behandlung von aus der Verbrennung von Kraftstoff mit Luft resultierenden Abgasströmen entweder intern innerhalb des Zylinders oder extern im Abgasstrom eingesetzt. Dabei können sie beabsichtigt oder unbeabsichtigt in wiederholter und insbesondere periodischer Weise einem erhöhten thermischen Niveau ausgesetzt werden. Dies erfolgt beispielsweise bei der Regeneration eines Dieselpartikelfilters (DPF) oder einer Betriebsphase einer für den Magerbetrieb ausgelegten Stickoxidfalle mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Gemisch.exhaust aftertreatment devices be used to treat from burning fuel with Air resulting exhaust gas streams either inside the cylinder or externally in the exhaust stream. It can it intentionally or unintentionally in repeated and particular periodically increased be exposed to thermal level. This is done, for example in the regeneration of a diesel particulate filter (DPF) or a Operating phase of a for the lean operation designed nitrogen oxide trap with a rich air / fuel mixture.
Derartige Abgasnachbehandlungsvorrichtungen besitzen eine obere Temperaturgrenze, die nicht überschritten werden darf, damit die Filterintegrität des Filtersubstrats und damit die Effizienz der Abgasnachbehandlungsvorrichtung gewährleistet bleiben. Um sicherzustellen, dass diese obere Temperaturgrenze nicht überschritten wird, ist es bekannt, bei der Vorkalibrierung der unterschiedlichen Verbrennungsmodi eine Toleranzgrenze und eine Rückkopplungsregelung zu verwenden, um das System robust gegen Herstellungstoleranzen, Alterungsprozesse und damit einhergehende Drifts sowie nicht diagnostizierte Betriebsstörungen zu machen. Auf diese Weise soll sichergestellt werden, dass im Falle eines unvorhergesehenen bzw. unerwünschten Anstiegs des Wärmeniveaus und einer Annäherung an die obere Temperaturgrenze geeignete Maßnahmen ergriffen werden können. Solche Maßnahmen können beispielsweise ein Umschalten auf eine andere Vorkalibrierung (z. B. einen anderen Verbrennungsmodus) oder ein Umschalten auf eine andere Rückkopplungsregelung mit höherer Bandbreite, z. B. das Umschalten von einer Temperaturregelung auf eine Lambdaregelung, umfassen.such Exhaust aftertreatment devices have an upper temperature limit, not exceeded so that the filter integrity of the filter substrate and thus Ensures the efficiency of the exhaust aftertreatment device stay. To ensure that this upper temperature limit is not exceeded it is known, in the pre-calibration of the different Combustion modes to use a tolerance limit and a feedback control To make the system robust against manufacturing tolerances, aging processes and associated drifts as well as undiagnosed malfunctions. In this way it should be ensured that in case of a unforeseen or undesirable Increase of the heat level and an approach appropriate measures can be taken to the upper temperature limit. Such activities can For example, switching to another pre-calibration (eg. B. another combustion mode) or switching to a other feedback control with higher Bandwidth, z. B. switching from a temperature control a lambda control.
Herkömmliche Verfahren zum Aktivieren eines Wärmeschutzmodus in einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung basieren entweder auf gemessenen oder abgeschätzten Werten der Temperatur des Filtersubstrats. Hierbei treten jedoch Probleme auf, die insbesondere mit der Transportverzögerung im System bei niedrigen Massenstromraten und mit der zeitlichen Verzögerung der Temperaturmessung bei hohen Massenstromraten verbunden sind. Die Temperaturmessung zum Nachweis gefährlicher thermischer Niveaus läuft typischerweise langsam ab. Der Auslösezeitpunkt für die Umschaltung des Verbrennungsmodus ist jedoch von großer Bedeutung, da beispielsweise eine Verzögerung um nur wenige Sekunden zu einem irreversiblen Schaden der Abgasnachbehandlungskomponente führen kann, beispielsweise zu einer thermisch unkontrollierten Verbrennung von Ruß in einem Partikelfilter für den Fall einer Überbeladung des Rußpartikelfilters oder eines Übergangs in den Leerlauf.conventional Method for activating a thermal protection mode in an exhaust aftertreatment device are based either on measured or estimated Values of the temperature of the filter substrate. Here, however, occur Problems with, in particular, with the transport delay in the System at low mass flow rates and with the time delay of Temperature measurement at high mass flow rates are connected. The Temperature measurement to detect dangerous thermal levels typically runs slowly. The triggering time for the Switching of the combustion mode is however of great importance because, for example, a delay only a few seconds to irreversible damage to the exhaust aftertreatment component to lead can, for example, a thermally uncontrolled combustion from soot in a particle filter for the case of over-loading of the soot particle filter or a transition in the idle.
Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des Betriebs einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung bereitzustellen, mittels derer die Gefahr thermischer Schäden in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung reduziert bzw. minimiert werden kann.In front In the above background, it is an object of the present invention to a method and apparatus for controlling the operation of a To provide exhaust aftertreatment device, by means of which the Danger of thermal damage reduced or minimized in the exhaust aftertreatment device can be.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 bzw. die Vorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 6 gelöst.These The object is achieved by the method according to the features of the independent claim 1 or the device according to the features of the independent Claim 6 solved.
Ein Verfahren zum Steuern des Betriebs einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors weist folgende Schritte auf:
- – Ermitteln eines Konzentrationssollwertes für eine stromaufwärts der Abgasnachbehandlungsvorrichtung vorliegende Sauerstoffkonzentration und eines Temperatursollwertes für eine stromaufwärts der Abgasnachbehandlungsvorrichtung vorliegende Temperatur;
- – Vergleichen des Konzentrationssollwertes und des Temperatursollwertes mit jeweils einem kalibrierbaren Schwellenwert; und
- – Aktivieren oder Deaktivieren eines Wärmeschutzmodus im Betrieb der Abgasnachbehandlungsvorrichtung auf Basis dieses Vergleiches.
- Determining a concentration target value for an oxygen concentration present upstream of the exhaust gas aftertreatment device and a temperature target value for a temperature present upstream of the exhaust gas aftertreatment device;
- - comparing the concentration setpoint and the temperature setpoint, each with a calibratable threshold value; and
- Activating or deactivating a thermal protection mode during operation of the exhaust aftertreatment device based on this comparison.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein prädiktiver Algorithmus bereitgestellt, mittels welchem ein Wärmeschutzmodus der Abgasnachbehandlungsvorrichtung ausgelöst bzw. beendet wird. Der Erfindung liegt dabei das Konzept zugrunde, für eine maximale Substrattemperatur, d. h. eine von dem Substrat nicht zu überschreitende obere Temperaturgrenze, im Wege der Inversion des thermischen Modells für die Abgasnachbehandlungsvorrichtung einen Konzentrationssollwert für die Sauerstoffkonzentration und einen Temperatursollwert für die Eintrittstemperatur in Abhängigkeit von der gegenwärtigen Verbrennungswärmeabgabe und der stromaufwärts gemessenen Temperatur zu bestimmen. Die berechneten Sollwerte werden dann jeweils mit einem zuvor kalibrierten Schwellenwert verglichen und – vorzugsweise nach Ablauf einer Bestätigungszeitdauer – dazu verwendet, eine Anforderung für einen thermischen Schutzmodus der Abgasnachbehandlungsvorrichtung je nach Ergebnis des Vergleichs entweder zu aktivieren oder zu deaktivieren.The inventive method provides a predictive algorithm by means of which a heat protection mode of the exhaust gas aftertreatment device is triggered or terminated. The invention is based on the concept for a maximum substrate temperature, ie an upper temperature limit not to be exceeded by the substrate, by means of the inversion of the thermal model for the exhaust aftertreatment device, a concentration target value for the oxygen concentration and a temperature setpoint for the inlet temperature as a function of the present combustion heat release and to determine the upstream measured temperature. The calculated setpoints are then each compared to a previously calibrated threshold and, preferably after expiration of an acknowledgment period, used to either enable or disable a request for a thermal protection mode of the exhaust after-treatment device depending on the result of the comparison.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.Further Embodiments of the invention are the description and the dependent claims to remove.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen erläutert.The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment with reference to the attached Illustrations explained.
Es zeigen:It demonstrate:
In
In
einem Funktionsblock
In
einem Funktionsblock
In
einem Funktionsblock
In
einem Funktionsblock
Der
Funktionsblock
In
einem Funktionsblock
Bei
dieser Berechnung werden insbesondere die mittels des Funktionsblockes
Der
Funktionsblock
Die berechneten Sollwerte für die Sauerstoffkonzentration (PFlt_concO2_UsPFltProtDes) und die Substrattemperatur (PFlt_tUsPFltProtDes) stromaufwärts des Partikelfilters sind diejenigen Werte, die nötig sind, damit die Substrattemperatur den maximalen Schwellenwert (PFlt_tMaxPFlt) nicht übersteigt. Der berechnete Sollwert für die Sauerstoffkonzentration wird dann mit einem kalibrierbaren festen Schwellenwert von z. B. 1 bis 2% verglichen, und wenn der berechnete Sollwert für die Sauerstoffkonzentration für eine kurze Zeit kleiner als der Schwellenwert ist, wird der Verbrennungsmodus auf einen Modus umgeschaltet, in dem der Luft- und Kraftstoffweg für niedrigen Sauerstoffgehalt vorkalibriert ist. Ähnlich wird, wenn der berechnete Sollwert für die Substrattemperatur für eine kurze Zeit kleiner als ein kalibrierbarer fester Schwellenwert ist, der Verbrennungsmodus auf einen Modus umgeschaltet, in dem der Luft- und Kraftstoffweg für schwächere Verbrennung vorkalibriert ist.The calculated setpoints for the oxygen concentration (PFlt_concO2_UsPFltProtDes) and the substrate temperature (PFlt_tUsPFltProtDes) upstream of the particulate filter are those values that are necessary to keep the substrate temperature does not exceed the maximum threshold (PFlt_tMaxPFlt). The calculated setpoint for The oxygen concentration is then fixed with a calibratable Threshold of z. B. 1 to 2% compared, and if the calculated Setpoint for the oxygen concentration for a short time is smaller than the threshold, becomes the combustion mode switched to a mode in which the air and fuel path for low Oxygen content is pre-calibrated. Similarly, when the calculated Setpoint for the substrate temperature for a short time less than a calibratable fixed threshold is the combustion mode switched to a mode in which the air and fuel path for weaker Combustion is pre-calibrated.
Die Kriterien für die Schwellenwerte für die Sauerstoffkonzentration sind die Minimalpegel, die mit einem gegebenen Verbrennungsmodus erreicht werden können, d. h. der Luft- und Kraftstoffweg wird für eine Hochtemperaturkalibrierung als Soll und eine Sauerstoffkonzentration von mindestens 3 bis 5% vorkalibriert, um gute Ruß-Regenerierung zu gewährleisten. Indessen wird ein Schutzmodus für eine niedrige Sauerstoffkonzentration (kleiner als 1 bis 2%) und für Niedertemperaturpegel kalibriert, um das Löschen der Verbrennung im Substrat sicherzustellen. Ist daher der Wert für PFlt_concO2_UsPFltProtDes kleiner als 2%, so schaltet der Verbrennungsmodus in den Schutzmodus um, und wenn PFlt_concO2_UsPFltProtDes größer als 3% ist, wird der Hochtemperatur-Verbrennungsmodus aktiviert.The Criteria for the thresholds for the oxygen concentration are the minimum levels that come with a given combustion mode can be achieved, d. H. the air and fuel path is for a high temperature calibration as a target and an oxygen concentration of at least 3 to 5% pre-calibrated to good soot regeneration to ensure. Meanwhile, a protection mode for a low oxygen concentration (less than 1 to 2%) and for low temperature level calibrated to delete to ensure combustion in the substrate. Is therefore the value for PFlt_concO2_UsPFltProtDes less than 2%, the combustion mode switches to protection mode and when PFlt_concO2_UsPFltProtDes is greater than 3%, the high-temperature combustion mode becomes activated.
Die
Implementierung des erfindungsgemäßen Algorithmus ist in
Der
Sollwert der Sauerstoffkonzentration fällt unterhalb des nominellen
Schwellenwertes von 3%, wenn die Substrattemperatur in die Nähe des Temperatursollwertes
gelangt. Erwartungsgemäß findet,
je niedriger der Temperatursollwert des Substrats im Vergleich zu
einer maximalen Temperatur von 900°C ist, also z. B. bei einem
Wert von 750°C,
eine um so frühere
Abnahme des Konzentrationssollwertes für die Sauerstoffkonzentration
statt. Ebenfalls in
Der
prädiktive
Charakter des erfindungsgemäßen Algorithmus
wird aus
Zur
Demonstration der Robustheit des erfindungsgemäßen Algorithmus wurde ein Übergang
in den Leerlauf für
unterschiedliche Rußbeladungszustände im Bereich
von 6 g/l bis 11 g/l durchgeführt.
Für eine
maximale Substrattemperatur von 900°C wird gemäß
Das
oben anhand der Funktionsblöcke
Claims (8)
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