DE102015013463A1 - Method for determining the aging state of an oxidation catalytic converter for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Alterungszustands eines in einem Abgastrakt (10) einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten und von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Oxidationskatalysators (12) zum Oxidieren von im Abgas vorhandenen Bestandteilen, mit den Schritten: – Ermitteln der Fähigkeit des Oxidationskatalysators (12), im Abgas vorhandene Stickoxide zu speichern; und – Ermitteln des Alterungszustands in Abhängigkeit von der ermittelten Fähigkeit.The invention relates to a method for determining the state of aging of an oxidation catalytic converter (12) arranged in an exhaust tract (10) of an internal combustion engine and permeable by exhaust gas of the internal combustion engine for oxidizing constituents present in the exhaust gas, comprising the steps of: - determining the capability of the oxidation catalytic converter (12) to store existing nitrogen oxides in the exhaust gas; and - determining the state of aging as a function of the determined ability.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Alterungszustands eines Oxidationskatalysators für eine Verbrennungskraftmaschine.The invention relates to a method for determining the aging state of an oxidation catalytic converter for an internal combustion engine.
Zur Reinigung von Abgas von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, kommen beispielsweise Stickoxid-Speicherkatalysatoren (NSK) sowie Oxidationskatalysatoren zum Einsatz, wobei ein solcher Oxidationskatalysator, wenn er in einem Abgastrakt eines Dieselmotors zum Einsatz kommt, als Dieseloxidationskatalysator (DOC) bezeichnet wird. NSK können Stickoxide (NOx) bei oxidierenden beziehungsweise mageren Abgasbedingungen, das heißt bei einem Verbrennungsluftverhältnis λ von größer als 1, speichern. Die Stickoxid-Speicherung (NOx-Speicherung) erfolgt hauptsächlich durch Bindung der Stickoxide in Form von Nitraten an in dem NSK enthaltenen, aus Alkali- und/oder Erdalkalimetallverbindungen gebildeten Stickoxid-Speicherkomponenten.For purifying exhaust gas from internal combustion engines, in particular diesel engines, use is made, for example, of nitrogen oxide storage catalysts (NSK) and of oxidation catalysts, such an oxidation catalyst, if it is used in an exhaust tract of a diesel engine, being referred to as a diesel oxidation catalyst (DOC). NSK can store nitrogen oxides (NO x ) under oxidizing or lean exhaust conditions, that is to say at a combustion air ratio λ of greater than 1. The nitrogen oxide storage (NO x storage) is carried out mainly by binding the nitrogen oxides in the form of nitrates to contained in the NSK, formed from alkali and / or alkaline earth metal compounds nitrogen oxide storage components.
Durch Schaffung von reduzierenden beziehungsweise fetten Abgasbedingungen (λ < 1) wird eine Zersetzung der Nitrate erreicht, wobei die bei der Nitratzersetzung freigesetzten Stickoxide überwiegend durch die reduzierenden Abgaskomponenten an Edelmetall-Reaktionszentren der NSK chemisch zu unschädlichem Stickstoff (N2) reduziert werden. Dadurch wird der NSK regeneriert und steht dann erneut zur Speicherung von NOx zur Verfügung. Im Rahmen der Regeneration gibt also der NSK die in ihm gespeicherten Stickoxide frei. Die Schaffung der reduzierenden beziehungsweise fetten Abgas-Bedingungen erfolgt typischerweise durch einen sogenannten Fettsprung, da durch ihn das Abgas mit reduzierenden Bestandteilen, insbesondere CO und HC, angereichert wird, was beispielsweise durch eine motorische Kraftstoffnacheinspritzung und/oder durch eine Sekundär-Einspritzung von Kraftstoff in das Abgas erreicht wird. Mit HC werden dabei unverbrannte Kohlenwasserstoffe bezeichnet, wobei mit CO Kohlenmonoxid bezeichnet wird.By creating reducing or rich exhaust conditions (λ <1) decomposition of the nitrates is achieved, wherein the nitrogen oxides liberated in the nitrate decomposition are reduced by the reducing exhaust gas components at noble metal reaction centers of NSK chemically harmless nitrogen (N 2 ). This will regenerate the NSK and will then be available again to store NO x . In the context of regeneration, the NSK releases the nitrogen oxides stored in it. The creation of the reducing or rich exhaust gas conditions is typically carried out by a so-called fat jump, as it enriches the exhaust gas with reducing components, in particular CO and HC, which, for example, by a motor fuel post-injection and / or by a secondary injection of fuel in the exhaust gas is reached. With HC thereby unburned hydrocarbons are referred to, wherein CO is called carbon monoxide.
Oxidationskatalysatoren, insbesondere DOC, dienen hauptsächlich der katalytisch unterstützten Oxidation von im Abgas vorhandenen Bestandteilen, insbesondere Schadstoffen wie beispielsweise Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC). Dabei ist es bekannt, dass Oxidationskatalysatoren, insbesondere Dieseloxidationskatalysatoren, in Bezug auf ihre katalytische Wirkung einerseits einer größtenteils irreversiblen Alterung und andererseits einer zumindest teilweisen reversiblen Passivierung beziehungsweise Deaktivierung unterliegen. Die irreversible Alterung kann wenigstens teilweise durch einen Betrieb des Oxidationskatalysators bei mehr oder weniger erhöhten Temperaturen ausgeglichen werden. Die Passivierung kann durch kurzzeitige Exposition mit reduzierend wirkendem Abgas, analog des oben genannten Fettsprungs, wieder behoben werden. Sowohl hohe Temperaturerhöhungen als auch Fettsprünge haben jedoch einen erhöhten Kraftstoffverbrauch zur Folge.Oxidation catalysts, in particular DOC, are mainly used for the catalytically assisted oxidation of constituents present in the exhaust gas, in particular pollutants such as carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbons (HC). It is known that oxidation catalysts, in particular diesel oxidation catalysts, are subject to a largely irreversible aging in terms of their catalytic action and, on the other hand, to at least partial reversible passivation or deactivation. The irreversible aging can be at least partially offset by operation of the oxidation catalyst at more or less elevated temperatures. The passivation can be remedied by short-term exposure to reducing exhaust gas, analogous to the above-mentioned fat jump. However, both high temperature increases and fat leaps result in increased fuel consumption.
Dabei haben neuartige DOC-Technologien die Möglichkeit, nach einer irreversiblen Alterung aktiviert zu werden. Im aktivierten Zustand kann der DOC eine ähnliche Anspringtemperatur erreichen wie der frische beziehungsweise neue DOC. Eine Aktivierung kann durch kurzzeitige Exposition mit reduzierend wirkendem Abgas, analog des oben genannten Fettsprungs, erfolgen. Die folgende reversible Passivierung erfolgt innerhalb eines kürzeren Zeitraums als die irreversible Alterung im mageren Betrieb und kann durch Wiederholung der Aktivierung behoben werden.New types of DOC technologies have the potential to be activated after irreversible aging. When activated, the DOC can reach a similar light-off temperature as the fresh or new DOC. Activation can be effected by short-term exposure to reducing exhaust gas, analogous to the above-mentioned fat jump. The following reversible passivation occurs within a shorter period of time than the irreversible aging in lean operation and can be remedied by repeating the activation.
Des Weiteren offenbart die
Schließlich offenbart die
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mittels welchem auf effiziente und effektive Weise der Alterungszustand eines Oxidationskatalysators, insbesondere eines Dieseloxidationskatalysators, ermittelt werden kann.Against this background, it is an object of the invention to provide a method by means of which the aging state of an oxidation catalyst, in particular a diesel oxidation catalyst, can be determined in an efficient and effective manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln des Alterungszustands eines in einem Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, angeordneten und von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Oxidationskatalysators, insbesondere Dieseloxidationskatalysators (DOC), zum Oxidieren von im Abgas enthaltenen Bestandteilen umfasst einen ersten Schritt, bei welchem die Fähigkeit des Oxidationskatalysators, im Abgas vorhandene Stickoxide (NOx) zu speichern, ermittelt wird. Diese Fähigkeit des Oxidationskatalysators, im Abgas vorhandene Stickoxide zu speichern, wird auch als Stickoxid-Speicherkapazität oder als NOx-Speicherkapazität des Oxidationskatalysators bezeichnet. Bei einem zweiten Schritt des Verfahrens wird der Alterungszustand in Abhängigkeit von der ermittelten Fähigkeit, das heißt von der ermittelten NOx-Speicherkapazität, ermittelt.The method according to the invention for determining the aging state of an oxidation catalytic converter, in particular diesel oxidation catalyst (DOC), which is arranged in an exhaust gas tract of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, and which can be flowed through by exhaust gas of the internal combustion engine, comprises a first step, in which the ability of the oxidation catalyst to store existing nitrogen oxides (NO x ), is determined. This ability of the oxidation catalyst to store nitrogen oxides present in the exhaust gas is also referred to as nitrogen oxide storage capacity or as the NO x storage capacity of the oxidation catalyst. In a second step of the method, the aging state is determined as a function of the ascertained capability, that is to say of the determined NO x storage capacity.
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass einerseits auch in Oxidationskatalysatoren, insbesondere in Dieseloxidationskatalysatoren, Stickoxide bei mageren Abgasbedingungen gespeichert, insbesondere reversibel gespeichert, werden, und dass andererseits die NOx-Speicherkapazität des Oxidationskatalysators ein Maß für dessen Alterung bezüglich seiner oxidationskatalytischen Wirksamkeit darstellt. Durch das Ermitteln des Alterungszustands ist es möglich, auf die Fähigkeit des Oxidationskatalysators, im Abgas enthaltene Bestandteile wie beispielsweise CO und HC zu oxidieren, rückzuschließen, sodass erfindungsgemäß die NOx-Speicherkapazität des Oxidationskatalysators ermittelt und genutzt wird, um den Alterungszustand zu ermitteln. Dadurch kann insbesondere der speziell die oxidative Wirksamkeit bezüglich CO und HC betreffende Alterungszustand besonders effektiv und effizient, das heißt auf kraftstoffverbrauchsarme Weise ermittelt werden.The invention is based on the surprising finding that, on the one hand, even in oxidation catalysts, especially in diesel oxidation catalysts, nitrogen oxides are stored under lean exhaust conditions, in particular reversibly stored, and on the other hand, the NO x storage capacity of the oxidation catalyst is a measure of its aging with respect to its oxidation-catalytic activity , By determining the state of aging, it is possible to infer the ability of the oxidation catalyst to oxidize components contained in the exhaust gas, such as CO and HC, so that according to the invention the NO x storage capacity of the oxidation catalyst is determined and used to determine the state of aging. As a result, in particular, the state of aging which relates specifically to the oxidative activity with respect to CO and HC can be determined particularly effectively and efficiently, that is to say in a manner which is low in fuel consumption.
Des Weiteren ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Realisierung eines besonders kraftstoffverbrauchsarmen Betriebs des Oxidationskatalysators beziehungsweise der Verbrennungskraftmaschine, da diesbezüglich die Erfindung auf dem Gedanken beruht, Fettsprünge zur Reaktivierung des beispielsweise passivierten Oxidationskatalysators an dessen Alterungszustand anzupassen. Unter einem solchen Fettsprung ist – wie zuvor beschrieben – ein Bewirken von reduzierenden beziehungsweise fetten Abgasbedingungen (λ < 1) zu verstehen, sodass ein solcher Fettsprung beispielsweise durch Anfetten des Gemischs der Verbrennungskraftmaschine realisiert wird. Der Fettsprung kann beispielsweise durch eine motorische Kraftstoffnacheinspritzung und/oder durch eine Sekundär-Einspritzung von Kraftstoff in das Abgas erreicht werden. Unter der Reaktivierung des Oxidationskatalysators ist zu verstehen, dass – wie zuvor beschrieben – dessen Passivierung durch zumindest kurzzeitige Exposition mit reduzierend wirkendem Abgas zumindest teilweise behoben wird.Furthermore, the inventive method allows the realization of a particularly fuel-efficient operation of the oxidation catalyst or the internal combustion engine, since in this respect the invention is based on the idea to adjust leaps to reactivate the example passivated oxidation catalyst to its aging state. Under such a fat jump is - as described above - a effect of reducing or rich exhaust conditions (λ <1) to understand, so that such a fat jump is realized for example by enriching the mixture of the internal combustion engine. The fat jump can be achieved, for example, by a post-injection engine fuel injection and / or by a secondary injection of fuel into the exhaust gas. The reactivation of the oxidation catalyst is understood to mean that, as described above, its passivation is at least partially remedied by at least short-term exposure to reducing exhaust gas.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn als Oxidationskatalysator ein im Hinblick auf Alkalimetalle und Erdalkalimetalle freier Oxidationskatalysator, insbesondere Dieseloxidationskatalysator, verwendet wird. Mit anderen Worten ist vorzugsweise der Oxidationskatalysator frei von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass auch Oxidationskatalysatoren, welche im Hinblick auf Alkalimetalle und Erdalkalimetalle frei sind, gegebenenfalls Stickoxide speichern können, insbesondere reversibel speichern können. Dadurch ist es möglich, den Alterungszustand eines solchen Oxidationskatalysators auf besonders effektive und effiziente Weise zu ermitteln.It has proven to be particularly advantageous if the oxidation catalyst used is an oxidation catalyst which is free with regard to alkali metals and alkaline earth metals, in particular a diesel oxidation catalyst. In other words, preferably, the oxidation catalyst is free of alkali metals and alkaline earth metals. This embodiment is based on the finding that even oxidation catalysts which are free with respect to alkali metals and alkaline earth metals, optionally can store nitrogen oxides, in particular can store reversibly. This makes it possible to determine the aging state of such an oxidation catalyst in a particularly effective and efficient manner.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein Reaktivierungsvorgang, bei welchem eine Passivierung des Oxidationskatalysators durch Anreichern des Abgases mit reduzierenden Bestandteilen zumindest teilweise beseitigt wird, in Abhängigkeit von dem ermittelten Alterungszustand durchgeführt wird. Dadurch kann der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden, sodass sich ein besonders effizienter Betrieb realisieren lässt.A further embodiment is characterized in that at least one reactivation process, in which a passivation of the oxidation catalyst is at least partially eliminated by enriching the exhaust gas with reducing constituents, is carried out as a function of the determined aging state. As a result, the fuel consumption of the internal combustion engine can be kept particularly low, so that a particularly efficient operation can be realized.
Um die Stickoxid-Speicherkapazität und somit den Alterungszustand besonders präzise ermitteln zu können, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Oxidationskatalysator in einer Sättigungsphase betrieben wird, in welcher der Oxidationskatalysator mit Stickoxide enthaltendem, mageren Abgas beaufschlagt wird. Mit anderen Worten wird die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise derart betrieben, dass mageres Abgas entsteht, in welchem Stickoxide enthalten sind. In der Sättigungsphase wird ferner ein erster Gehalt an im Abgas enthaltenen Stickoxiden ermittelt, wobei das Abgas diesen ersten Gehalt an Stickoxiden stromauf des Oxidationskatalysators aufweist. Ferner wird in der Sättigungsphase ein zweiter Gehalt an im Abgas enthaltenen Stickoxiden ermittelt, wobei das Abgas diesen zweiten Gehalt an Stickoxiden stromab des Oxidationskatalysators aufweist. Des Weiteren wird der Oxidationskatalysator in der Sättigungsphase mit dem Stickoxid enthaltenden Abgas beaufschlagt, bis der zweite Gehalt um ein vorgebbares und vorzugsweise geringes Maß vom ersten Gehalt abweicht. Dieses Maß ist vorzugsweise annähernd 0. In dieser Sättigungsphase wird der Oxidationskatalysator mit Stickoxiden gesättigt, sodass er Stickoxide nicht mehr oder nur noch in unerheblichem Maß speichern kann.In order to be able to determine the nitrogen oxide storage capacity and thus the state of aging in a particularly precise manner, it is provided in another embodiment of the invention that the oxidation catalyst is operated in a saturation phase in which the lean oxidation gas containing nitrogen oxides is applied to the oxidation catalyst. In other words, the internal combustion engine is operated, for example, such that lean exhaust gas is formed in which nitrogen oxides are contained. In the saturation phase, a first content of nitrogen oxides contained in the exhaust gas is furthermore determined, the exhaust gas having this first content of nitrogen oxides upstream of the oxidation catalyst. Furthermore, a second content of nitrogen oxides contained in the exhaust gas is determined in the saturation phase, wherein the exhaust gas has this second content of nitrogen oxides downstream of the oxidation catalyst. Furthermore, the exhaust gas containing the nitrogen oxide is applied to the oxidation catalyst in the saturation phase until the second content deviates from the first content by a predeterminable and preferably low level. This measure is preferably approximately 0. In this saturation phase, the oxidation catalyst is saturated with nitrogen oxides, so that it can not store nitrogen oxides or only to an insignificant extent.
Um den Oxidationskatalysator besonders schnell zu sättigen und somit einen besonders effizienten Betrieb zu erreichen, ist es bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Oxidationskatalysator in der Sättigungsphase bei einer Temperatur in einem Bereich von einschließlich 170 Grad Celsius bis einschließlich 250 Grad Celsius mit dem Stickoxid enthaltenden Abgas beaufschlagt wird. Vorzugsweise wird die Temperatur zumindest im Wesentlichen konstant gehalten während der Sättigungsphase.In order to saturate the oxidation catalyst very quickly and thus achieve particularly efficient operation, it is provided in a particularly advantageous embodiment of the invention that the oxidation catalyst in the saturation phase at a temperature in a range of 170 degrees Celsius inclusive up to and including 250 degrees Celsius The nitrogen oxide-containing exhaust gas is applied. Preferably, the temperature is maintained at least substantially constant during the saturation phase.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der erste Gehalt an im Abgas enthaltenen Stickoxiden mittels eines stromauf des Oxidationskatalysators im Abgastrakt angeordneten Sensors erfasst und/oder mittels einer Recheneinrichtung anhand eines Kennfelds der Verbrennungskraftmaschine ermittelt wird. Dadurch können der erste Gehalt und somit die Stickoxid-Speicherkapazität sowie der Alterungszustand besonders präzise ermittelt werden. It has proven to be particularly advantageous if the first content of nitrogen oxides contained in the exhaust gas is detected by means of a sensor arranged upstream of the oxidation catalyst in the exhaust gas tract and / or determined by means of a computing device on the basis of a characteristic map of the internal combustion engine. As a result, the first content and thus the nitrogen oxide storage capacity and the aging state can be determined particularly precisely.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass zum Ermitteln der NOx-Speicherkapazität des Oxidationskatalysators dieser zeitlich nach der Sättigungsphase in einer Desorptionsphase betrieben wird, in welcher der Oxidationskatalysator mittels des Abgases derart aufgeheizt wird, dass der Oxidationskatalysator die gespeicherten Stickoxide zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, freigibt. Dadurch kann die Stickoxid-Speicherkapazität besonders präzise ermittelt werden.A further embodiment is characterized in that, for determining the NO x storage capacity of the oxidation catalyst, it is operated after the saturation phase in a desorption phase in which the oxidation catalyst is heated by means of the exhaust gas in such a way that the oxidation catalyst stores the stored nitrogen oxides at least partially, in particular at least predominantly, releases. As a result, the nitrogen oxide storage capacity can be determined very precisely.
Durch das Aufheizen des Oxidationskatalysators in der Desorptionsphase wird der Oxidationskatalysator einer Temperaturerhöhung unterzogen. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, die Verbrennungskraftmaschine weiterhin derart zu betreiben, dass mageres Abgas entsteht. In Bezug auf diese Temperaturerhöhung ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Temperaturerhöhung, das heißt das Aufheizen des Katalysators, vergleichsweise rasch durchgeführt wird. Vorzugsweise wird dabei der Oxidationskatalysator innerhalb von weniger als acht Minuten, insbesondere innerhalb von weniger als fünf Minuten und vorzugsweise innerhalb von weniger als zwei Minuten, in der Desorptionsphase auf eine vorgebbare Endtemperatur aufgeheizt.By heating the oxidation catalyst in the desorption phase, the oxidation catalyst is subjected to a temperature increase. It is preferably provided to continue to operate the internal combustion engine such that lean exhaust gas is formed. With regard to this temperature increase, it is preferably provided that the temperature increase, that is, the heating of the catalyst, is carried out comparatively rapidly. Preferably, the oxidation catalyst is heated to a predeterminable end temperature in less than eight minutes, in particular within less than five minutes, and preferably within less than two minutes, in the desorption phase.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn diese Endtemperatur mehr als 250 Grad Celsius, insbesondere mehr als 300 Grad Celsius und vorzugsweise mehr als 350 Grad Celsius, beträgt. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Oxidationskatalysator in der Desorptionsphase auf eine Temperatur von mehr als 250 Grad Celsius, insbesondere mehr als 300 Grad Celsius und vorzugsweise mehr als 350 Grad Celsius, aufgeheizt wird, wobei diese Temperatur die zuvor beschriebene Endtemperatur ist. Der Kraftstoffverbrauch kann insbesondere dann besonders gering gehalten werden, wenn die Endtemperatur niedriger als 550 Grad Celsius ist.It has proven to be particularly advantageous if this final temperature is more than 250 degrees Celsius, in particular more than 300 degrees Celsius, and preferably more than 350 degrees Celsius. In other words, it is preferably provided that the oxidation catalyst is heated in the desorption phase to a temperature of more than 250 degrees Celsius, in particular more than 300 degrees Celsius, and preferably more than 350 degrees Celsius, this temperature being the final temperature described above. The fuel consumption can be kept particularly low especially when the final temperature is lower than 550 degrees Celsius.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Menge der in der Desorptionsphase von dem Oxidationskatalysator freigegebenen Stickoxide ermittelt und mit einem Referenzwert verglichen, wobei der Alterungszustand des Oxidationskatalysators in Abhängigkeit von dem Vergleich ermittelt wird. Hierdurch kann der Alterungszustand besonders präzise ermittelt werden.In a further advantageous embodiment of the invention, a quantity of the nitrogen oxides released by the oxidation catalyst in the desorption phase is determined and compared with a reference value, wherein the aging state of the oxidation catalyst is determined as a function of the comparison. As a result, the state of aging can be determined particularly precisely.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn zeitlich vor dem Ermitteln der NOx-Speicherkapazität des Oxidationskatalysators dieser entschwefelt und/oder ein in dem Abgastrakt angeordneter Partikelfilter regeneriert wird. Dadurch können die Stickoxid-Speicherkapazität und somit der Alterungszustand des Oxidationskatalysators besonders präzise ermittelt werden, da die Ermittlung nicht durch einen übermäßigen Schwefelgehalt und/oder durch einen übermäßig beladenen Partikelfilter beeinträchtigt wird.Finally, it has proven to be particularly advantageous if, before the determination of the NO x storage capacity of the oxidation catalytic converter, it is desulphurized and / or a particle filter arranged in the exhaust gas tract is regenerated. Thereby, the nitrogen oxide storage capacity and thus the aging state of the oxidation catalyst can be determined particularly precisely, since the determination is not affected by an excessive sulfur content and / or by an excessively loaded particulate filter.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Ermitteln des Alterungszustands eines in einem Abgastrakt
Die Fähigkeit, im Abgas vorhandene Stickoxide zu speichern, wird auch als Stickoxid-Speicherkapazität oder als NOx-Speicherkapazität des Oxidationskatalysators
Der DOC dient in dem Abgastrakt
Der Verlauf
In Bezug auf den kraftstoffverbrauchssparenden Betrieb beruht das Verfahren auf dem Gedanken, die Häufigkeit an Fettsprüngen zur Reaktivierung des passivierten DOC an den Alterungszustand anzupassen. Die NOx-Speicherkapazität nimmt dabei mit zunehmender Temperatur ab. Typischerweise ist sie bei niedrigen Temperaturen von 170 Grad Celsius bis 250 Grad Celsius vergleichsweise stark und bei Temperaturen von über 300 Grad Celsius nur noch gering ausgeprägt. In Bezug auf die Anspringtemperatur stellt der Verlauf
Aus
Im Folgenden wird eine bevorzugte Vorgehensweise zur Ermittlung der NOx-Speicherkapazität erläutert, welche auch der Einfachheit wegen als Speicherkapazität bezeichnet wird. Dabei wird auf den in
Im Abgastrakt
Stromab des Partikelfilters
Der DOC ist vorliegend beispielsweise als Wabenkörper ausgebildet beziehungsweise umfasst einen solchen Wabenkörper, welcher beispielsweise eine Platin- und/oder Palladium enthaltende Beschichtung aufweist, die zumindest im Wesentlichen frei von Alkali- und Erdalkalimetallen beziehungsweise Alkali- und Erdalkalimetallverbindungen ist. Der SDPF ist beispielsweise als wanddurchströmter Wabenkörper mit einer SCR-katalytischen Beschichtung beziehungsweise Imprägnierung ausgebildet. Der SCR ist vorzugsweise ebenfalls als beschichteter Wabenkörper ausgebildet. Die Beschichtung kann identisch oder ähnlich wie die des SDPF ausgebildet sein. Bevorzugt sind dies Eisen (Fe) und/oder Kupfer (Cu) enthaltene Zeolite.In the present case, the DOC is embodied, for example, as a honeycomb body or comprises such a honeycomb body which has, for example, a platinum and / or palladium-containing coating which is at least substantially free of alkali metals and alkaline earth metals or alkali metal and alkaline earth metal compounds. The SDPF is designed, for example, as a honeycomb body through which the wall flows, with an SCR catalytic coating or impregnation. The SCR is preferably also formed as a coated honeycomb body. The coating may be identical or similar to that of the SDPF. Preference is given to zeolites containing iron (Fe) and / or copper (Cu).
Zur Ermittlung der Speicherkapazität des DOC wird dieser zunächst in einer in
Eine Stabilisierung der Temperatur des DOC kann durch Kühl- beziehungsweise Heizmaßnahmen erzielt werden. Zum Heizen kann zum Beispiel eine Last aufgeschaltet werden, in der motorisch geheizt, wenigstens eine Nacheinspritzung gesetzt und/oder ein nicht dargestellter Heizkat verwendet wird. Ein Abkühlen kann zum Beispiel durch Erhöhung der Frischluftmasse oder Veränderung des Ladedrucks erreicht werden. Eine Erhöhung der Stickoxid-Rohemission (beispielsweise durch Verminderung der AGR-Rate) verkürzt die Sättigungsphase. Beispielsweise über ein vorab empirisch ermitteltes Kennfeld betreffend die temperaturabhängige NOx-Speicherkapazität eines frischen, das heißt neuen DOC kann ein Referenzwert für die NOx-Speicherkapazität erhalten werden. Ein Temperaturmodell, insbesondere in radialer und axialer Richtung des DOC, über den DOC ermöglicht ferner eine zuverlässige Bestimmung des Referenzwerts.A stabilization of the temperature of the DOC can be achieved by cooling or heating measures. For heating, for example, a load can be connected, in which the engine is heated, at least one post-injection is set and / or an unillustrated heating catalyst is used. Cooling can be achieved, for example, by increasing the fresh air mass or changing the boost pressure. An increase in the level of raw nitric oxide emissions (for example, by reducing the EGR rate) shortens the saturation phase. For example, a reference value for the NO x storage capacity can be obtained via a previously empirically determined characteristic map relating to the temperature-dependent NO x storage capacity of a fresh, ie new DOC. A temperature model, in particular in the radial and axial direction of the DOC, via the DOC also enables a reliable determination of the reference value.
Ist der DOC mit Stickoxiden definiert gesättigt, wird auf eine in
Die in der Desorptionsphase desorbierte Stickoxid-Menge kann beispielsweise durch Signal-Integration, wie in
In Bezug auf die während der Desorptionsphase bewirkte Temperaturerhöhung des DOC ist es bevorzugt vorgesehen, die Temperaturerhöhung vergleichsweise rasch, das heißt vorzugsweise innerhalb von weniger als acht Minuten, insbesondere von weniger als fünf Minuten und vorzugsweise von weniger als zwei Minuten, vorzunehmen. In der Desorptionsphase wird der DOC beispielsweise auf eine Endtemperatur aufgeheizt, welche möglichst rasch und vorzugsweise innerhalb der zuvor genannten Zeit erreicht werden sollte. Die Endtemperatur bei der Aufheizung beträgt vorzugsweise mehr als 250 Grad Celsius, insbesondere mehr als 300 Grad Celsius und vorzugsweise mehr als 350 Grad Celsius.With regard to the temperature increase of the DOC effected during the desorption phase, it is preferably provided to carry out the temperature increase comparatively rapidly, that is to say preferably within less than eight minutes, in particular less than five minutes and preferably less than two minutes. In the desorption phase of the DOC is heated, for example, to a final temperature, which should be achieved as quickly as possible, and preferably within the aforementioned time. The final temperature during the heating is preferably more than 250 degrees Celsius, in particular more than 300 degrees Celsius and preferably more than 350 degrees Celsius.
Wird in der Sättigungsphase, welche auch als Speicherphase bezeichnet wird, und/oder der Desorptionsphase NOx hinter DOC, das heißt der zweite Gehalt mittels des stromab des SCR angeordneten Sensors
Nachfolgend wird eine weitere vorteilhafte Vorgehensweise zur Ermittlung der NOx-Speicherkapazität des DOC und damit seines Alterungszustands erläutert. Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass die NOx-Speicherkapazität eines DOC, insbesondere aufgrund der fehlenden Alkali- und Erdalkalimetalle beziehungsweise Alkali- und Erdalkalispeicherkomponenten, im Vergleich zu einem NSK relativ gering ist und der DOC daher, insbesondere bei vergleichsweise hohen Temperaturen, meist in einem in Bezug auf die Einspeicherung von Stickoxiden gesättigten oder annähernd gesättigten Zustand vorliegt, die NOx-Speicherkapazität also meist zumindest annähernd ausgeschöpft ist. Da die NOx-Speicherkapazität andererseits temperaturabhängig ist, ergeben sich aus zum Beispiel durch Motorbetriebspunktänderungen verursachten Temperaturänderungen messbare NOx-Ausspeicher- beziehungsweise Desorptionseffekte bei vorübergehend ansteigender Abgastemperatur und NOx-Einspeicher- beziehungsweise Absorptionseffekte bei vorübergehend abnehmender Abgastemperatur, wie dies in
Zur Veranschaulichung wird Bezug auf
Zur Ermittlung des Alterungszustands wird eine bei Erhöhung beziehungsweise Verminderung der Temperatur des DOC um ΔT jeweils desorbierte beziehungsweise adsorbierte Stickoxid-Menge, welche eine Verminderung beziehungsweise Erhöhung der NOx-Speicherkapazität des gegebenenfalls gealterten DOC um Δκa entspricht, wie oben erläutert, durch Integration des Signals des stromab des DOC angeordneten Stickoxid-Sensors ermittelt und mit einem zu erwartenden Referenzwert Δκn des frischen, das heißt ungealterten und neuen DOC verglichen.To determine the state of aging, a nitrogen oxide amount desorbed or adsorbed by ΔT in each case increasing or decreasing the temperature of the DOC, which corresponds to a reduction or increase in the NO x storage capacity of the optionally aged DOC by Δκ a , as explained above, by integration of the Signal of the nitrogen oxide sensor arranged downstream of the DOC determined and compared with an expected reference value Δκ n of fresh, that is unaged and new DOC.
Um die Zuverlässigkeit der Ermittlung des Alterungszustands zu steigern, kann es generell vorgesehen sein, die hierzu durchgeführte Ermittlung der NOx-Speicherkapazität im Anschluss an eine Entschwefelungsprozedur des DOC und/oder im Anschluss an eine thermische Regeneration des Partikelfilters
Um eine typischerweise eintretende reversible Passivierung beziehungsweise Deaktivierung des DOC zu beseitigen, ist es, wie oben erwähnt, vorgesehen, von Zeit zu Zeit einen sogenannten Fettsprung durchzuführen. Hierzu wird das Abgas mittels motorischer Nacheinspritzung und/oder nachmotorischer Sekundäreinspritzung für kurze Zeit (fünf Sekunden bis eine Minute) mit unverbrannten Kohlenwasserstoffen beziehungsweise Kraftstoffbestandteilen (CO, HC) angereichert (λ circa 0,95 bis 0,85). Um einen dadurch bedingten Kraftstoffmehrverbrauch möglichst niedrig zu halten, ist es vorgesehen, diese als Fett-Reaktivierung bezeichnete Reaktivierung erste dann vorzunehmen, wenn der DOC einen vorgebbaren Alterungszustand erreicht hat. Dies liegt darin begründet, dass bei geringer Alterung eine Fett-Reaktivierung im Vergleich zu einer stärkeren Alterung nur eine vergleichsweise geringe Verbesserung, das heißt Erniedrigung der Anspringtemperatur bewirkt (vergleiche
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102010028373 A1 [0006] DE 102010028373 A1 [0006]
- WO 2008/047170 A1 [0007] WO 2008/047170 A1 [0007]
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