DE102011016533B4 - Method for operating a catalyst - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben eines Katalysators, der mit Abgas aus einer Verbrennungskraftmaschine beaufschlagt wird, wobei bei dem Verfahren während des Einsatzes des Katalysators fortlaufend eine die Alterung des Katalysators angebende Größe fortgeschrieben wird und unter einer vorbestimmten Bedingung der Katalysator in Abhängigkeit von dem letztgültigen Wert für diese Größe beheizt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe das Integral des Produktes aus Katalysatortemperatur abzüglich eines Temperaturgrenzwertes einerseits und Abgasmassenstrom des Abgases aus der Verbrennungskraftmaschine andererseits für Katalysatortemperaturen oberhalb des Temperaturgrenzwertes über die Betriebszeit des Katalysators ist oder umfasst.Process for operating a catalytic converter to which exhaust gas from an internal combustion engine is applied, with the process continuously updating a variable indicating the aging of the catalytic converter while the catalytic converter is in use and, under a predetermined condition, the catalytic converter depending on the final value for this variable is heated, characterized in that the variable is or comprises the integral of the product of the catalyst temperature minus a temperature limit value on the one hand and exhaust gas mass flow of the exhaust gas from the internal combustion engine on the other hand for catalyst temperatures above the temperature limit value over the operating time of the catalyst.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Katalysators, der insbesondere in einem Kraftfahrzeug mit Abgas aus einer Verbrennungskraftmaschine beaufschlagt wird, um in dem Abgas noch enthaltene Schadstoffe zu konvertieren.The invention relates to a method for operating a catalytic converter, which is acted upon in particular in a motor vehicle with exhaust gas from an internal combustion engine in order to convert pollutants still contained in the exhaust gas.
Es ist bekannt, dass ein solcher Katalysator nur dann optimal arbeitet, wenn er eine bestimmte Temperatur hat. Zu diesem Zweck wird der Katalysator beheizt, und zwar typischerweise durch Abgas selbst, das ihm zugeführt wird. Hierzu wird u. a. der Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine bewusst verschlechtert, damit mehr Wärmeenergie zur Verfügung steht.It is known that such a catalyst works optimally only if it has a certain temperature. For this purpose, the catalyst is heated, typically by exhaust gas itself, which is supplied to it. For this u. a. the efficiency of the internal combustion engine deliberately deteriorates, so that more heat energy is available.
Es ist ferner bekannt, dass bei zunehmender Alterung des Katalysators länger oder intensiver beheizt werden muss als bei einem neuen Katalysator notwendig. In diesem Zusammenhang offenbart die
Der Zusammenhang zwischen derartigen Messwerten und der Katalysatoralterung ist sehr komplex und nicht immer eindeutig.The relationship between such measurements and catalyst aging is very complex and not always clear.
Die
Aus der
Die
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Beheizung eines Katalysators derart zu verbessern, dass in verringertem Maße Kohlendioxid emittiert wird.It is an object of the present invention to improve the heating of a catalyst such that carbon dioxide is emitted to a reduced extent.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.The object is achieved by a method having the features according to claim 1.
Erfindungsgemäß wird während des Einsatzes des Katalysators fortlaufend eine die Alterung des Katalysators angebende Größe fortgeschrieben, d. h. die Größe wird jedes Mal neu bestimmt, wobei in den neuen Wert für die Größe der bisherige Wert für die Größe eingeht. Bei dem Verfahren wird sodann unter einer vorbestimmten Bedingung der Katalysator in Abhängigkeit von dem letztgültigen Wert (also dem aktuellen Wert) für diese Größe beheizt.According to the invention, during the use of the catalyst, a variable indicating the aging of the catalyst is continuously updated, i. H. the size is re-determined each time, with the new value for the size taking the previous value for the size. In the method, the catalyst is then heated under a predetermined condition as a function of the last valid value (ie the current value) for this variable.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Alterung des Katalysators am ehesten an einer dauernd fortgeschriebenen Größe festgemacht werden kann; dann müssen nicht komplexe Zusammenhänge zwischen jeweils aktuellen, zum Katalysator und seiner Leistungsfähigkeit selbst erfassten Messwerten und der Alterung des Katalysators hergestellt werden. Eine fortlaufend fortgeschriebene Größe gibt unmittelbar die Alterung des Katalysators an, entsprechende Zusammenhänge sind also einfach darstellbar.The invention is based on the recognition that the aging of the catalyst can most likely be fixed to a permanently updated variable; then it is not necessary to establish complex relationships between the actual measured values that have been recorded for the catalyst and its performance itself and the aging of the catalyst. A continuously updated variable indicates directly the aging of the catalyst, corresponding correlations are thus easy to represent.
Dadurch, dass die Art bzw. das Ausmaß des Heizens in Abhängigkeit von dem letztgültigen Wert für diese Größe festgelegt wird, wird der Alterung des Katalysators beim Beheizen unmittelbar Rechnung getragen. Die Festlegung des Ausmaßes des Heizens beinhaltet die Festlegung der Heizintensität, also um wie viel Grad Celsius die Katalysatortemperatur über die gegebene Temperatur erhöht wird.By setting the type or extent of heating depending on the latest value for this quantity, the aging of the catalyst during heating is immediately taken into account. Determining the extent of heating involves determining the heating intensity, that is, by how many degrees Celsius the catalyst temperature is raised above the given temperature.
Die fortlaufend fortgeschriebene Größe ist besonders präzise in Zusammenhang mit der Alterung zu bringen, wenn die insgesamt während der Betriebslebensdauer des Katalysators eingetragene Alterung hervorrufende Wärme ermittelt wird. Alterung ruft die Wärme oberhalb eines Temperaturgrenzwertes hervor. Die schädliche Wärme kann somit ermittelt werden als Integral des Produktes aus Katalysatortemperatur abzüglich des Temperaturgrenzwertes und Abgasmassenstrom des Abgases aus der Verbrennungskraftmaschine über die Betriebszeit des Katalysators. Die Katalysatortemperatur und der Abgasmassenstrom sind hierbei zeitabhängige Größen, über die integriert wird, wobei in das Integral nur Beiträge aus Zeiten eingehen, bei denen die Katalysatortemperatur oberhalb der Temperaturgrenze liegt, d. h. es werden nur positive Werte des genannten Produktes berücksichtigt. Bei Verwendung eines solchen Integrals ist auch seine Fortschreibung einfach bewerkstelligbar, weil dann lediglich in einer numerischen Rechnung zu einer berechneten Summe noch weitere Summanden hinzukommen.The continuously updated quantity is to be particularly accurately associated with aging when determining the total heat generated during the service life of the catalyst. Aging causes the heat above a temperature limit. The harmful heat can thus be determined as the integral of the product of catalyst temperature minus the temperature limit and exhaust gas mass flow of the exhaust gas from the internal combustion engine over the operating time of the catalyst. The catalyst temperature and the exhaust gas mass flow are in this case time-dependent variables, over which is integrated, in the integral only contributions from times are received, in which the catalyst temperature is above the temperature limit, ie it will only positive Values of the named product are taken into account. If such an integral is used, its updating is also easy to accomplish, because then only summed summaries are added in a numerical calculation to a calculated sum.
Was genau festgelegt wird, kann hierbei unterschiedlich sein: In einem Aspekt wird die Heizdauer in Abhängigkeit von dem letztgültigen Wert für die Größe festgelegt. Die Heizdauer ist der am einfachsten erfassbare Wert. Genauso kann auch die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von dem letztgültigen Wert für die Größe festgelegt werden. Wenn insbesondere im Leerlauf beheizt wird, wird dadurch der Abgasmassenstrom in Abhängigkeit von dem letztgültigen Wert für die Größe festgelegt. Wird mit stärkerer Alterung die Leerlaufdrehzahl erhöht, bedeutet dies, dass im Leerlauf mehr geheizt wird. Genauso kann auch die Dauer der Zugabe von nicht aus der Verbrennungskraftmaschine stammender Sekundärluft zu dem Abgas in Abhängigkeit von dem letztgültigen Wert für die Größe festgelegt werden. Die Dauer der Zugabe von Sekundärluft und damit Sauerstoff bestimmt unmittelbar, wie in dem Abgas enthaltener überschüssiger Kraftstoff verbrannt wird und somit den Katalysator heizen kann. Schließlich hängt die Heizintensität wesentlich vom Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine ab. Je weiter dieser vom optimalen Wirkungsgrad abweicht, desto mehr Energie wird in Wärme umgewandelt, was zum Beheizen ja erwünscht ist. Zur Festlegung des Motorwirkungsgrades eignet sich insbesondere ein Zündwinkel (der die Winkelstellung einer Nockenwelle angibt, bei der die Zündung des Verbrennungsgemischs erfolgt). Vorliegend kann also dieser Zündwinkel absolut festgelegt werden, oder es kann ein Zündwinkelversatz bezüglich desjenigen Zündwinkels angegeben werden, bei dem der Wirkungsgrad optimal ist.What exactly is specified here can be different: In one aspect, the heating time is determined as a function of the last value for the size. The heating time is the easiest to detect. Likewise, the idling speed of the internal combustion engine can be set depending on the last value for the size. In particular, when it is heated at idle, the exhaust gas mass flow is determined as a function of the last value for the size. If the idling speed increases with increasing aging, this means that more fuel is being used during idling. Likewise, the duration of the addition of non-internal combustion engine secondary air to the exhaust gas may be set depending on the latest value for the quantity. The duration of the addition of secondary air and thus oxygen directly determines how excess fuel contained in the exhaust gas is burned and thus can heat the catalyst. Finally, the heating intensity depends substantially on the efficiency of the internal combustion engine. The further this deviates from the optimum efficiency, the more energy is converted into heat, which is desirable for heating. In particular, an ignition angle (which indicates the angular position of a camshaft at which the ignition of the combustion mixture takes place) is suitable for determining the engine efficiency. In the present case, therefore, this firing angle can be set absolutely, or it can be specified a Zündwinkelversatz with respect to the ignition angle at which the efficiency is optimal.
Alternativ, insbesondere wenn das Wärmeintegral aus irgendwelchen Gründen nicht zur Verfügung steht, kann als Größe die von dem Kraftfahrzeug gefahrene Kilometerzahl oder die Betriebszeit des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Insbesondere kann zunächst auf die Verfügbarkeit oder Plausibilität des Integrals geprüft werden und nur ersatzweise eine solche andere Größe verwendet werden.Alternatively, especially if the heat integral is not available for any reason, the size used may be the mileage driven by the motor vehicle or the operating time of the motor vehicle. In particular, the availability or plausibility of the integral can first be checked, and only such a different size can be used as a substitute.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die vorbestimmte Bedingung, dass die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators nach einer vorbestimmten Vorschrift mit der Größe korreliert. Hier kann berücksichtigt werden, dass sich die Alterung wenigstens ungefähr an einer niedrigeren Sauerstoffspeicherfähigkeit zeigt. Die vorbestimmte Bedingung kann auch beinhalten, dass nicht öfter als eine vorbestimmte Anzahl von Malen katalysatorschädigende Aussetzer beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine erfolgten. Hier kann berücksichtigt werden, dass die Alterung in einem sich nicht aus dem Wärmeäquivalent ergebende Maße übermäßig erfolgte. Genauso kann berücksichtigt werden, wenn vorbestimmte Fehler von vorbestimmten Komponenten des Kraftfahrzeugs auftraten, dann kann die vorbestimmte Bedingung als nicht gegeben angesehen werden. Bei Hardwarefehlern im Kraftfahrzeug können nämlich insbesondere Berechnungen nicht mehr gültig sein bzw. kann die Aussagekraft solcher Berechnungen nicht mehr gültig sein.In a preferred embodiment of the invention, the predetermined condition includes that the oxygen storage capability of the catalyst correlates to size according to a predetermined prescription. Here it can be considered that the aging shows at least approximately at a lower oxygen storage capacity. The predetermined condition may also include failure of catalyst-damaging dropouts during operation of the internal combustion engine not more than a predetermined number of times. Here it can be taken into account that the aging occurred excessively in a quantity not resulting from the heat equivalent. Likewise, it can be considered if predetermined errors of predetermined components of the motor vehicle occurred, then the predetermined condition can be regarded as not given. In particular, in the case of hardware errors in the motor vehicle, calculations can no longer be valid or the validity of such calculations can no longer be valid.
Bevorzugt wird bei Nichtgegebensein der vorbestimmten Bedingung der Katalysator so viel wie möglich beheizt. Hier wird der Tatsache Rechnung getragen, dass möglicherweise die Sauerstoffspeicherfähigkeit zu gering ist und daher mehr geheizt werden muss als aus dem Wärmeäquivalent schließbar, dass der Katalysator durch besagte Aussetzer geschädigt ist und besonders stark geheizt werden muss, oder dass sicherheitshalber stark geheizt werden sollte, weil das Funktionieren bestimmter Komponenten nicht gewährleistet ist.Preferably, if the predetermined condition is not met, the catalyst is heated as much as possible. Here, the fact is taken into account that possibly the oxygen storage capacity is too low and therefore more must be heated than from the heat equivalent closable, that the catalyst is damaged by said dropouts and must be heated particularly strongly, or that should be heated for safety, because the functioning of certain components is not guaranteed.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der die einzige Figur ein Flussschaubild zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described with reference to the drawing, in which the single figure is a flow chart for explaining an embodiment of the method according to the invention.
In einem Kraftfahrzeug ist einer Verbrennungskraftmaschine ein Katalysator nachgeordnet, der Schadstoffe aus dem Abgas konvertieren soll. Vorliegend ist davon ausgegangen, dass ein Alterungszustand des Katalysators durch die Kenngröße „Wärmeäquivalent” angebbar ist, nämlich das Integral des Produktes aus Katalysatortemperatur und Abgasmassenstrom des Abgases aus der Verbrennungskraftmaschine über die Betriebszeit des Katalysators. Dieses Wärmeäquivalent wird im Rahmen der Erfindung fortlaufend berechnet, das Integral wird also jeweils um weitere Integralteile bzw. Summanden ergänzt.In a motor vehicle, an internal combustion engine is followed by a catalytic converter, which is intended to convert pollutants from the exhaust gas. In the present case, it is assumed that an aging state of the catalyst can be specified by the parameter "heat equivalent", namely the integral of the product of catalyst temperature and exhaust gas mass flow of the exhaust gas from the internal combustion engine over the operating time of the catalyst. This heat equivalent is continuously calculated in the context of the invention, ie the integral is in each case supplemented by further integral parts or summands.
Das Verfahren beginnt damit, dass ein Bedarf nach einem Katalysatorheizen besteht. Im ersten Schritt S10 wird nun geprüft, ob die Kenngröße „Wärmeäquivalent” tatsächlich verfügbar ist beziehungsweise ein verfügbarer Wert plausibel ist. In der Regel ist dies zwar der Fall, es kann aber wegen des Wechsels eines Bauteils wie etwa eines Steuergeräts zu einem Zurücksetzen von Werten gekommen sein. Sollte daher die Kenngröße „Wärmeäquivalent” nicht plausibel sein, wird in Schritt S12 geprüft, ob eine Ersatzkenngröße verfügbar ist, z. B. der Kilometerstand des Kraftfahrzeugs, der eine Aussage über die Betriebszeit des Katalysators macht etc. Falls die Ersatzkenngröße nicht verfügbar ist, etwas weil auch der Kilometermesser zurückgesetzt wurde, erfolgt in Schritt S14 ein maximales Katalysatorheizen, der Katalysator wird also so stark als möglich beheizt, um möglichst effizient zu konvertieren. Das Heizen erfolgt durch Beaufschlagung des Katalysators mit fettem Abgas und gleichzeitig Zufuhr von Luft. Das fette Abgas wird insbesondere beim Leerlauf der Verbrennungskraftmaschine zugeführt. Der Zündzeitpunkt wird so verschoben, dass sich der Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine verschlechtert.The process begins with a need for catalyst heating. In the first step S10 it is now checked whether the parameter "heat equivalent" is actually available or an available value is plausible. While this is usually the case, values may be reset because of the change of a component such as a controller. Therefore, if the parameter "heat equivalent" is not plausible, it is checked in step S12 whether a replacement parameter is available, for. If the replacement parameter is not available, somewhat because the kilometer gauge has been reset, a maximum catalyst heating takes place in step S14, ie, the catalyst is heated as much as possible to convert as efficiently as possible. The heating takes place by charging the catalyst with rich exhaust gas and at the same time supplying air. The rich exhaust gas is supplied in particular during idling of the internal combustion engine. The ignition timing is shifted so that the efficiency of the internal combustion engine deteriorates.
Ist entweder die Kenngröße verfügbar oder die Ersatzkenngröße verfügbar, wird in Schritt S16 nunmehr geprüft, ob die Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) nach einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift der verfügbaren Kenngröße entspricht. Beispielsweise kann einem bestimmten Wärmeäquivalent zugeordnet sein, dass die Sauerstoffspeicherfähigkeit sich in einem bestimmten Ausmaß erniedrigt hat. Es kann dann ein Schwellwert angegeben werden, ab dessen Unterschreiten die Prüffrage in Schritt S16 mit „Nein” zu beantworten ist. In diesem Fall wird der Katalysator gemäß Schritt S14' ebenfalls maximal beheizt.If either the parameter is available or the substitute parameter is available, it is now checked in step S16 whether the oxygen storage capacity (OSC) corresponds to the available parameter according to a predetermined assignment specification. For example, it may be associated with a particular heat equivalent that the oxygen storage capacity has decreased to a certain extent. A threshold value can then be specified, below which the test question is to be answered with "No" in step S16. In this case, the catalyst is also maximally heated according to step S14 '.
Entspricht die Sauerstofffähigkeit der Kenngröße, dann wird in Schritt S18 geprüft, ob im Motorsteuergerät abgespeichert ist, dass Aussetzer öfter als n Male erfolgten. Ist dies der Fall, so könnte der Katalysator stärker geschädigt sein, als es aus dem Wärmeäquivalent oder der Ersatzkenngröße her geschlossen werden kann, und es erfolgt gemäß Schritt S14'' wieder ein maximales Beheizen des Katalysators.If the oxygen capability corresponds to the parameter, then it is checked in step S18 whether the engine control unit stores misfires more than n times. If this is the case, then the catalyst could be damaged more severely than can be concluded from the heat equivalent or the replacement parameter, and according to step S14 ", a maximum heating of the catalyst takes place again.
Falls die Prüffrage in Schritt S18 mit „Nein” beantwortet wurde, wird in Schritt S20 geprüft, ob ein Hardwarefehler im Fahrzeug vorliegt, ob also in einem entsprechenden Steuergerät ein Fehler einer Komponente des Kraftfahrzeugs registriert ist. Falls dies der Fall ist, könne der Katalysator ebenfalls übermäßig geschädigt sein, und es erfolgt gemäß Schritt S14''' ein maximales Beheizen des Katalysators.If the test question was answered in step S18 with "No", it is checked in step S20, whether a hardware fault in the vehicle is present, ie whether an error of a component of the motor vehicle is registered in a corresponding control unit. If so, the catalyst may also be excessively damaged, and maximum catalyst heating will occur according to step S14 '' '.
Wird die Prüffrage in Schritt S20 mit „Nein” beantwortet, dann liegen vorbestimmte Bedingungen vor, nämlich die Kenngröße ist verfügbar, die Sauerstoffspeicherfähigkeit entspricht der Kenngröße, und es gibt keine Sondergründe, warum auf ein übermäßiges Altern des Katalysators zurückgeschlossen werden kann. Dann erfolgt in Schritt S20 gemäß einem Kennfeld, das die Kenngröße in Zusammenhang mit anderen Größen bringt, eine Festlegung der Katalysatorheizdauer als anderer Größe, der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine als anderer Größe, der Einschaltdauer für Sekundärluft als anderer Größe und des Motorwirkungsgrades mit z. B. dem Zündwinkel oder -zeitpunkt als anderer Größe. Werden diese Größen in Abhängigkeit von der Kenngröße festgelegt, so ist bei der geeigneten Wahl des Kennfeldes dafür gesorgt, dass der Katalysator optimal beheizt wird, sodass er ausreichend gut konvertiert, dass andererseits aber nicht überschüssige Energie für das Beheizen verwendet wird und daher durch das Beheizen selbst übermäßig viel Kohlendioxid entsteht.If the test question is answered "NO" in step S20, then there are predetermined conditions, namely the parameter is available, the oxygen storage capacity corresponds to the parameter, and there are no special reasons why an excessive aging of the catalyst can be deduced. Then, in step S20, a determination of the catalyst heating time as a different quantity, the idling speed of the internal combustion engine as a different size, the duty ratio for secondary air as another size, and the engine efficiency with z is set in accordance with a map relating the parameter to other quantities. B. the ignition angle or time as a different size. If these variables are determined as a function of the parameter, the appropriate selection of the characteristic diagram ensures that the catalyst is optimally heated so that it converts sufficiently well, but on the other hand, not excess energy is used for the heating and therefore by the heating even excessive carbon dioxide is produced.
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