DE102015116659A1

DE102015116659A1 - Method and device for determining an indication of a storage capacity of a reagent in an exhaust aftertreatment device

Info

Publication number: DE102015116659A1
Application number: DE102015116659.3A
Authority: DE
Inventors: Gregor Beulertz; Martin Votsmeier; Ralf Moos
Original assignee: Umicore AG and Co KG
Current assignee: Umicore AG and Co KG
Priority date: 2015-10-01
Filing date: 2015-10-01
Publication date: 2017-04-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Angabe über eine Speicherkapazität eines Reaktionsmittels in einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (1), mit folgenden Schritten: – Einprägen einer elektromagnetischen Leistung in einen Katalysatorbereich (2) in einem inneren Volumen der Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) mit einer oder mehreren elektromagnetischen Moden, die eine elektrische und/oder magnetische Feldstärke senkrecht zur Ausbreitungsrichtung bewirken; – Erfassen mindestens eines Resonanzparameters von einer oder mehreren sich ausbildenden stehenden elektromagnetischen Wellen im inneren Volumen; – Integrieren eines Reaktionsmitteleintrags in oder Reaktionsmittelaustrags aus dem Katalysatorbereich (2) während einer Integrationszeitdauer, die durch eine Änderung eines Resonanzparameters der einen oder der mehreren sich ausbildenden stehenden elektromagnetischen Wellen bestimmt ist, um die Angabe über eine die Reaktionsmittelspeicherkapazität zu erhalten.The invention relates to a method for determining an indication of a storage capacity of a reaction agent in an exhaust aftertreatment device (1), comprising the steps of: - impressing an electromagnetic power in a catalyst region (2) in an inner volume of the exhaust aftertreatment device (1) with one or more electromagnetic Modes that cause an electrical and / or magnetic field strength perpendicular to the propagation direction; - detecting at least one resonance parameter of one or more stationary electromagnetic waves forming in the internal volume; - integrating a reactant feed into or exhaust from the catalyst region (2) during an integration period determined by a change in a resonance parameter of the one or more standing electromagnetic waves to obtain the indication of the reactant storage capacity.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft Abgasnachbehandlungseinrichtungen, insbesondere Abgaskatalysatoren zum Einsatz in Kraftfahrzeugen. Die Erfindung betrifft weiterhin Messverfahren zur Ermittlung einer Sauerstoffspeicherkapazität von Abgasnachbehandlungseinrichtungen.The invention relates to exhaust aftertreatment devices, in particular catalytic converters for use in motor vehicles. The invention further relates to measuring methods for determining an oxygen storage capacity of exhaust aftertreatment devices.

Technischer HintergrundTechnical background

Abgasnachbehandlungseinrichtungen zum Einsatz in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren weisen in erster Linie eine Oberfläche auf, auf der ein chemisches Katalysatormaterial fein verteilt aufgebracht ist, so dass eine Vielzahl von Oberflächenstellen bereitgestellt werden, die chemische Reaktionen beschleunigen können. Übliche Katalysatormaterialien enthalten Edelmetalle, wie beispielsweise Platin, Palladium oder Rhodium. Um unter reduzierenden Bedingungen Sauerstoff für die Oxidation von Schadstoffen, wie unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid, bereitzustellen, verfügen in Abgasanlagen mit Verbrennungsmotor eingesetzte Drei-Wege-Katalysatoren über die Fähigkeit, ein Reaktionsmittel in Form von Sauerstoff zu speichern.Exhaust after-treatment devices for use in motor vehicles with internal combustion engines primarily have a surface on which a chemical catalyst material is finely distributed, so that a large number of surface sites are provided which can accelerate chemical reactions. Conventional catalyst materials include noble metals such as platinum, palladium or rhodium. In order to provide oxygen for the oxidation of pollutants such as unburned hydrocarbons and carbon monoxide under reducing conditions, three-way catalysts used in exhaust systems with internal combustion engines have the ability to store a reactant in the form of oxygen.

Aufgrund von thermischer Beanspruchung können derartige Abgasnachbehandlungseinrichtungen altern, wobei die Anzahl an die Reaktion fördernden Oberflächenstellen abnimmt. Im Falle einer Vergiftung des Katalysators werden die aktiven Oberflächenstellen blockiert und im Falle einer thermischen Beanspruchung sintert das Katalysatormaterial zusammen. Durch diese Effekte wird die Leistungsfähigkeit der Abgasnachbehandlungseinrichtung verringert, und insbesondere nimmt die Sauerstoffspeicherkapazität ab.Due to thermal stress, such exhaust aftertreatment devices may age, decreasing the number of surface sites promoting reaction. In the case of poisoning of the catalyst, the active surface sites are blocked and in case of thermal stress, the catalyst material sinters together. By these effects, the performance of the exhaust aftertreatment device is reduced, and in particular, the oxygen storage capacity decreases.

Es ist durch gesetzliche Regelung vorgeschrieben, dass die Funktionsfähigkeit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung für automobile Anwendungen durch regelmäßige Diagnosen überwacht wird. Die Sauerstoffspeicherkapazität (OSC) einer Abgasnachbehandlungseinrichtung von einem stöchiometrisch betriebenen Ottomotor wird dabei in der Regel als Maß für die Alterung bzw. Funktionsfähigkeit des Abgaskatalysators verwendet.It is prescribed by law that the functionality of an exhaust aftertreatment device for automotive applications is monitored by regular diagnostics. The oxygen storage capacity (OSC) of an exhaust aftertreatment device of a stoichiometrically operated gasoline engine is generally used as a measure of the aging or functionality of the catalytic converter.

Bisherige Verfahren zur Ermittlung der Sauerstoffspeicherkapazität einer Abgasnachbehandlungseinrichtung ermitteln die Menge an Sauerstoff, die für eine vollständige Beladung des Abgaskatalysators zugeführt werden muss. Dabei wird der Sauerstoffspeicher der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu Beginn der Diagnose vollständig geleert und mit einem Abgas mit vorbestimmtem, mit Hilfe einer Lambdasonde festgestelltem Sauerstoffgehalt durchströmt, um den Sauerstoffspeicher zu füllen, oder umgekehrt. Aus dem Integral eines Produkts des Lambdawerts mit einem Massenstrom durch den katalysatorabhängigen Wert für eine Zeitdauer zwischen einer sprunghaften Änderung des Lambdawerts und einem Zeitpunkt, bei der die Spannung der Lambdasonde einen vorbestimmten Wert hat, kann die Sauerstoffbeladung ermittelt werden. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die vollständige Entleerung und Befüllung des Sauerstoffspeichers der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu einer unerwünschten Schadstoffemission führen kann.Previous methods for determining the oxygen storage capacity of an exhaust aftertreatment device determine the amount of oxygen that must be supplied for a complete loading of the catalytic converter. In this case, the oxygen storage of the exhaust aftertreatment device is completely emptied at the beginning of the diagnosis and flows through an exhaust gas with a predetermined oxygen content determined by means of a lambda probe in order to fill the oxygen reservoir or vice versa. From the integral of a product of the lambda value with a mass flow through the catalyst-dependent value for a period between a sudden change in the lambda value and a time at which the voltage of the lambda probe has a predetermined value, the oxygen charge can be determined. A disadvantage of this method is that the complete emptying and filling of the oxygen storage of the exhaust aftertreatment device can lead to an undesirable pollutant emission.

Aus der Druckschrift DE 10 2011 107784 A1 ist ein Verfahren zur Zustandsbestimmung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung bekannt. Dabei wird eingangsseitig und/oder ausgangsseitig eines Gehäuses einer Abgasnachbehandlungseinrichtung eine oder mehrere Antennen (sog. Koppelelemente) angeordnet, durch die Mikrowellen in ein Inneres des Gehäuses eingeprägt und eine Resonanzcharakteristik ermittelt wird. Aus der Resonanzcharakteristik lässt sich der Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung bestimmen. Insbesondere auf die Sauerstoffbeladung eines Dreiwegekatalysators kann anhand der Resonanzcharakteristik geschlossen werden.From the publication DE 10 2011 107784 A1 a method for determining the state of an exhaust gas aftertreatment device is known. In this case, one or more antennas (so-called coupling elements) are arranged on the input side and / or output side of a housing of an exhaust aftertreatment device, impressed by the microwaves into an interior of the housing and a resonance characteristic is determined. From the resonance characteristic, the state of the exhaust aftertreatment device can be determined. In particular, the oxygen loading of a three-way catalyst can be concluded on the basis of the resonance characteristic.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Diagnose einer Abgasnachbehandlungseinrichtung ohne eine vollständige Entleerung oder Füllung des Sauerstoffspeichers durchzuführen.It is an object of the present invention to carry out a diagnosis of an exhaust aftertreatment device without complete emptying or filling of the oxygen storage.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Bestimmen einer Sauerstoffbeladung eines Abgasnachbehandlungssystems gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung und das Diagnosesystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.This object is achieved by the method for determining an oxygen load of an exhaust aftertreatment system according to claim 1 and by the device and the diagnostic system according to the independent claims.

Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Angabe über eine Reaktionsmittelspeicherkapazität einer Abgasnachbehandlungseinrichtung vorgesehen, mit folgenden Schritten:

– Einprägen einer elektromagnetischen Leistung in einen Katalysatorbereich in einem inneren Volumen der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einer oder mehreren elektromagnetischen Moden, die eine elektrische Feldstärke senkrecht zur Ausbreitungsrichtung bewirken;
– Erfassen mindestens eines Resonanzparameters von einer oder mehreren sich ausbildenden stehenden elektromagnetischen Wellen im inneren Volumen;
– Integrieren eines Reaktionsmitteleintrags in oder Reaktionsmittelaustrags aus dem Katalysatorbereich während einer Integrationszeitdauer, die durch eine Änderung eines Resonanzparameters der einen oder der mehreren sich ausbildenden stehenden elektromagnetischen Wellen bestimmt ist, um die Angabe über eine die Reaktionsmittelspeicherkapazität zu erhalten.

Further embodiments are specified in the dependent claims. According to a first aspect, a method for determining an indication of a reagent storage capacity of an exhaust gas aftertreatment device is provided, comprising the following steps:

- impressing an electromagnetic power in a catalyst region in an inner volume of the exhaust gas aftertreatment device with one or more electromagnetic modes, which cause an electric field strength perpendicular to the propagation direction;
- detecting at least one resonance parameter of one or more stationary electromagnetic waves forming in the internal volume;
Integrating a reactant feed into or out of the catalyst region during an integration period of time determined by a change in a resonance parameter of the one or more standing electromagnetic waves to obtain the indication of the reactant storage capacity.

Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, die charakteristische Abhängigkeit eines Resonanzparameters bzw. einer Resonanzeigenschaft einer ins Innere einer Abgasnachbehandlungseinheit eingeprägten elektromagnetischen Welle von den von der Reaktionsmittelbeladung abhängigen elektromagnetischen Materialparametern eines Katalysatorbereichs auszuwerten. Katalysatoren weisen eine Speicherfähigkeit für ein Reaktionsmittel auf, das je nach Abgasnachbehandlungseinrichtung Sauerstoff, Ammoniak oder Stickoxid sein kann. Im Falle von Dreiwegekatalysatoren für die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren dient der Sauerstoff dazu, Schadstoffe in Verbrennungsabgasen mit Sauerstoffmangel zu oxidieren. One idea of the above method is to evaluate the characteristic dependence of a resonance parameter or a resonance characteristic of an electromagnetic wave impressed into the interior of an exhaust gas aftertreatment unit on the electromagnetic material parameters of a catalyst region which depend on the reagent charge. Catalysts have a storage capacity for a reactant which, depending on the exhaust aftertreatment device, can be oxygen, ammonia or nitrogen oxide. In the case of three-way catalytic converters for the exhaust aftertreatment of internal combustion engines, the oxygen is used to oxidize pollutants in combustion exhaust gases with oxygen deficiency.

Bei Einkoppeln von elektromagnetischen Wellen in die Abgasnachbehandlungseinheit in einem Wellenlängenbereich bilden sich geometrieabhängig und abhängig von den von der Reaktionsmittelbeladung abhängigen elektromagnetischen Materialparametern der Abgasnachbehandlungseinheit stehende Wellen einer Resonanzfrequenz innerhalb des Wellenlängenbereichs aus. Daher kann durch Messen eines Resonanzparameters hinsichtlich einer reflektierten und/oder transmittierten Leistung der elektromagnetischen Welle der Resonanzfrequenz eine Reaktionsmittelbeladung bestimmt werden, da die Resonanzeigenschaften von den elektromagnetischen Materialparametern abhängen, was ausgewertet werden kann. When electromagnetic waves are coupled into the exhaust-gas aftertreatment unit in a wavelength range, waves of a resonance frequency within the wavelength range which are geometry-dependent and dependent on the electromagnetic material parameters of the exhaust gas aftertreatment unit dependent on the reagent charge are formed. Therefore, by measuring a resonance parameter with respect to a reflected and / or transmitted power of the electromagnetic wave of the resonance frequency, a reagent charge can be determined because the resonance characteristics depend on the electromagnetic material parameters, which can be evaluated.

Je nach Mode der in die Abgasnachbehandlungseinheit eingeprägten elektromagnetischen Welle ergeben sich im Resonanzfall Bereiche im inneren Volumen (Canning) mit unterschiedlich starken elektrischen und magnetischen Feldstärken. Änderungen der elektromagnetischen Materialparameter in Bereichen mit hoher elektrischer Feldstärke haben daher einen großen Einfluss auf die Resonanzeigenschaften, während Änderungen der elektromagnetischen Materialparameter in Bereichen niedriger elektrischer Feldstärke nur einen geringen Einfluss auf die Resonanzeigenschaften haben. Depending on the mode of the electromagnetic wave impressed into the exhaust gas aftertreatment unit, areas in the inner volume (canning) with different degrees of electric and magnetic field strengths result in the case of resonance. Changes in the electromagnetic material parameters in regions of high electric field strength therefore have a great influence on the resonance properties, while changes in the electromagnetic material parameters in regions of low electric field strength have only a small influence on the resonance properties.

Beispielsweise kann ein System so ausgelegt sein, dass bei einer TE111-Mode von eingeprägten elektromagnetischen Wellen für die Resonanzparameter, wie z.B. die Resonanzfrequenz, vor allem Änderungen der elektromagnetischen Materialparameter in der Mitte des Katalysators gemessen werden kann, während man bei einer TE112-Mode von eingeprägten elektromagnetischen Wellen Änderungen der elektromagnetischen Materialparameter für die Resonanzfrequenz vor allem im Bereich des ersten und letzten Drittels der axialen Ausbreitungsrichtung in der Abgasnachbehandlungseinrichtung auswerten kann. Die TE113-Mode von eingeprägten elektromagnetischen Wellen weist eine hohe elektrische Feldstärke vor allem im Bereich des in Strömungsrichtung einlassseitigen und auslassseitigen Randes des Katalysatorbereichs der Abgasnachbehandlungseinrichtung entlang der axialen Ausbreitungsrichtung auf.For example, a system may be designed so that in a TE111 mode of impressed electromagnetic waves for the resonance parameters, such as e.g. the resonance frequency, especially changes in the electromagnetic material parameters in the center of the catalyst can be measured, while in a TE112 mode of impressed electromagnetic waves changes in the electromagnetic material parameters for the resonant frequency, especially in the range of the first and last third of the axial propagation direction in the Exhaust gas aftertreatment device can evaluate. The TE113 mode of impressed electromagnetic waves has a high electric field strength, especially in the region of the inlet and outlet side edges of the catalyst region of the exhaust gas aftertreatment device along the axial direction of propagation in the flow direction.

Für die Erkennung der Reaktionsmittelspeicherkapazität können die unterschiedlichen Feldstärke-Charakteristiken idealerweise entlang der axialen Ausbreitungsrichtung im Inneren der Abgasnachbehandlungseinrichtung für verschiedene elektromagnetische Moden genutzt werden. Insbesondere die Änderung, d.h. der zeitliche Gradient eines Resonanzparameters, wie z. B. der Resonanzfrequenz, kann bei einer Änderung einer Reaktionsmittelbeladung zur Detektion einer Änderung der elektromagnetischen Materialparameter an einer oder mehreren bestimmten axialen Positionen in der Abgasnachbehandlungseinrichtung angesehen werden. For the detection of the reagent storage capacity, the different field strength characteristics may ideally be utilized along the axial propagation direction inside the exhaust aftertreatment device for different electromagnetic modes. In particular, the change, i. the temporal gradient of a resonance parameter, such. B. the resonant frequency, may be considered in a change of a reagent load for detecting a change in the electromagnetic material parameters at one or more specific axial positions in the exhaust aftertreatment device.

Beim Beladen mit oder Entladen von Reaktionsmittel aus dem aktiven Bereich der Abgasnachbehandlungseinrichtung verläuft eine Reaktionsfront der Reaktionsmittelaufnahme bzw. Reaktionsmittelabgabe in axialer Richtung entlang der Strömungsrichtung des durchgeleiteten Gases. Somit kann bei einem Beladen oder Entladen mit Reaktionsmittel das Erreichen einer bestimmten axialen Position innerhalb der Abgasnachbehandlungseinrichtung durch Betrachten einer Änderung der Resonanzeigenschaften einer bestimmten Mode der eingeprägten elektromagnetischen Welle erkannt werden, die an der bestimmten axialen Position eine hohe elektrische Feldstärke aufweist. Mit anderen Worten ändert eine wandernde Reaktionsmittelbeladungsfront durch die entsprechende Änderung der elektromagnetischen Materialparameter an einer axialen Position, an der eine hohe Feldstärke vorliegt, die Resonanzeigenschaften stark und an axialen Positionen, an denen niedrige Feldstärken vorliegen, nur gering. When loading or unloading of reactants from the active region of the exhaust gas aftertreatment device, a reaction front of the reactant uptake or reactant delivery extends in the axial direction along the flow direction of the gas passed through. Thus, upon loading or unloading with reactant, the achievement of a particular axial position within the exhaust aftertreatment device may be detected by observing a change in the resonant characteristics of a particular mode of the impressed electromagnetic wave having a high electric field strength at the determined axial position. In other words, a wandering one changes Reactant loading front by the corresponding change in the electromagnetic material parameters at an axial position at which a high field strength is present, the resonance characteristics strong and at axial positions where low field strengths are present, only small.

Somit kann bei bekanntem Reaktionsmitteleintrag oder –austrag zwischen zwei axialen Positionen, an denen sich die Resonanzeigenschaften bei einer Einprägung einer elektromagnetischen Welle mit einer oder mehreren Moden charakteristisch bei Durchlaufen einer Reaktionsfront ändern, die Reaktionsmittelbeladung in dem Teilbereich zwischen den zwei axialen Positionen ermittelt werden. Aus der Reaktionsmittelbeladung des bekannten Teilbereichs kann auf die gesamte Reaktionsmittelspeicherkapazität rückgeschlossen werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Reaktionsmittelspeicherkapazität einer Abgasnachbehandlungseinrichtung ohne vollständige Entleerung oder Befüllung des Reaktionsmittelspeichers durchzuführen, indem eine Messung der Reaktionsmittelbeladung zwischen zwei axialen Positionen durchgeführt, an denen eine Änderung der Resonanzeigenschaften für eine oder mehrere Moden einer elektromagnetischen Welle an einer Resonanzfrequenz charakteristisch ist.Thus, with a known reactant entry or discharge between two axial positions at which the resonant characteristics of an imprint of an electromagnetic wave having one or more modes change characteristically as it passes through a reaction front, the reagent charge in the portion between the two axial positions can be determined. From the reagent charge of the known portion can be deduced the total reagent storage capacity. In this way, it is possible to carry out the reagent storage capacity of an exhaust aftertreatment device without completely emptying or filling the reagent reservoir by performing a reagent loading measurement between two axial positions where a change in the resonant characteristics for one or more modes of an electromagnetic wave at a resonant frequency is characteristic ,

Grundsätzlich lässt sich obiges Verfahren für die Diagnose aller gängigen Typen von Abgasnachbehandlungseinrichtungen anwenden. Insbesondere kann zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit von Drei-Wege-Katalysatoren und Vier-Wege-Katalysatoren (Filter mit einer Dreiwegebeschichtung), zur Bestimmung der NO_x-Speicherfähigkeit von NO_x-Speicherkatalysatoren und mit NO_x-Speichermaterialien beschichteten Filtern sowie zur Bestimmung der Ammoniakspeicherfähigkeit von SCR-Katalysatoren und mit SCR-Materialien beschichteten Filtern angewendet werden.In principle, the above method can be used for the diagnosis of all common types of exhaust aftertreatment devices. In particular, for the determination of the oxygen storage capacity of three-way catalysts and four-way catalysts (filters with a three-way coating), for determining the NO _x storage capacity of NO _x storage catalysts and filters coated with NO _x storage materials and for determining the ammonia storage capacity of SCR catalysts and filters coated with SCR materials.

Ein weiterer Vorteil des obigen Verfahrens besteht darin, dass durch die Wahl einer oder mehrerer geeigneter Moden einer elektromagnetischen Anregung selektiv der Alterungszustand eines Teilbereichs der Abgasnachbehandlungseinrichtung diagnostiziert werden kann. Zum Beispiel kann der Alterungszustand eines vorderen Teils des Volumens der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermittelt werden. Dies ist von besonderem Interesse, weil die Aktivität des vorderen Teils des Volumens das Kaltstartverhalten der Abgasnachbehandlungseinrichtung wesentlich bestimmt. Des Weiteren wirken sich auch Alterungseffekte, wie beispielsweise eine Vergiftung, selektiv verstärkt auf den vorderen Teil des Volumens der Abgasnachbehandlungseinrichtung aus. Daher kann auch eine Diagnose der gesamten Abgasnachbehandlungseinrichtung nur in begrenztem Maße eine Aussage über ein Kaltstartverhalten treffen.A further advantage of the above method is that by selecting one or more suitable modes of electromagnetic excitation, the aging state of a portion of the exhaust aftertreatment device can be selectively diagnosed. For example, the aging state of a front part of the volume of the exhaust gas aftertreatment device can be determined. This is of particular interest because the activity of the front part of the volume substantially determines the cold start behavior of the exhaust aftertreatment device. Furthermore, aging effects, such as poisoning, also have a selective effect on the front part of the volume of the exhaust gas aftertreatment device. Therefore, a diagnosis of the entire exhaust aftertreatment device can only make a statement about a cold start behavior to a limited extent.

Weiterhin kann der Resonanzparameter einen der folgenden Resonanzparameter oder daraus zusammengesetzte Größen umfassen:

– eine Resonanzfrequenz,
– eine Güte der Resonanz und
– ein Leistungsverlust im Resonanzfall,
– eine Amplitude, und
– einen oder mehrere Parameter der Streumatrix S_ij.

Furthermore, the resonance parameter may comprise one of the following resonance parameters or variables composed thereof:

A resonance frequency,
- a goodness of the resonance and
A power loss in the case of resonance,
- an amplitude, and
One or more parameters of the scattering matrix S _ij .

Weiterhin kann die elektromagnetische Strahlung eine oder mehrere TE-Moden und/oder eine oder mehrere TM-Moden umfassen. Furthermore, the electromagnetic radiation may include one or more TE modes and / or one or more TM modes.

Es kann vorgesehen sein, dass ein Anfangszeitpunkt und ein Endzeitpunkt der Integrationszeitdauer jeweils durch das Erfüllen einer Start/Stopp-Bedingung bestimmt werden, wobei die Start/Stopp-Bedingung eine oder mehrere der folgenden Bedingungen umfasst:

– eine Änderung des Resonanzparameters einer Mode einer der sich ausbildenden stehenden elektromagnetischen Welle entspricht einem vorbestimmten Betrag;
– eine Kombination der Änderungen des normierten Resonanzparameters von mehreren Moden der sich ausbildenden stehenden elektromagnetischen Wellen entspricht einer Vorgabe; und
– ein Verhältnis der Änderungen des normierten Resonanzparameters von mehreren Moden der sich ausbildenden stehenden elektromagnetischen Wellen entspricht einem vorgegebenen Wert;
– einen Zeitpunkt entspricht einem vorgegeben Zeitpunkt einer Änderung einer Betriebsart, insbesondere einem Zeitpunkt zu dem eine vorbestimmte oder eine entsprechend einem Mindestwert oder Maximalwert vorgegebene, insbesondere sprunghafte Änderung des Reaktionsmitteleintrags oder Reaktionsmittelaustrags erfolgt, und
– einen Zeitpunkt, zu dem der Katalysatorbereich mit einer vorbestimmten Beladung von Reaktionsmittel gefüllt ist, insbesondere vollständig mit dem Reaktionsmittel gefüllt oder vollständig frei von Reaktionsmittel ist. Die Änderung der Betriebsart kann beispielsweise durch den Zeitpunkt angegeben werden, zu dem ein Wechsel der Gasatmosphäre bzw. eine Änderung des Reaktionsmittelüberschusses bzw. -defizits auftritt. Dieses kann als Start- oder Stoppbedingung für die Integration vorgegeben werden.

It can be provided that a start time and an end time of the integration time duration are respectively determined by fulfilling a start / stop condition, wherein the start / stop condition comprises one or more of the following conditions:

A change in the resonance parameter of a mode of one of the stationary electromagnetic wave which is formed corresponds to a predetermined amount;
A combination of the changes in the normalized resonance parameter of a plurality of modes of the stationary electromagnetic waves which form, corresponds to a specification; and
A ratio of the changes in the normalized resonance parameter of a plurality of modes of the stationary electromagnetic waves which form, corresponds to a predetermined value;
A point of time corresponds to a predetermined point in time of a change in an operating mode, in particular a point in time at which a predetermined change or a change in the reaction agent discharge or reaction agent discharge predetermined or a minimum value or maximum value takes place, and
A time at which the catalyst region is filled with a predetermined loading of reactant, in particular completely filled with the reactant or completely free of reactant. The change in the operating mode can be indicated, for example, by the time at which a change in the gas atmosphere or a change in the reagent excess or deficit occurs. This can be specified as a start or stop condition for the integration.

Gemäß einer Ausführungsform kann die bestimmte Änderung des Resonanzparameters der Mode der sich ausbildenden stehenden elektromagnetischen Welle mindestens einem von einem lokalem Maximum und lokalem Minimum der Änderung des Betrags des betreffenden Resonanzparameters entsprechen. According to one embodiment, the determined change of the resonance parameter of the mode of the stationary electromagnetic wave that is forming may correspond to at least one of a local maximum and local minimum of the change of the magnitude of the respective resonance parameter.

Insbesondere kann die Änderung des normierten Resonanzparameters ermittelt werden, indem eine Änderung des Resonanzparameters auf eine maximale Änderung des Resonanzparameters zwischen dem maximalen und dem minimalen Wert des Resonanzparameters über alle möglichen Reaktionsmittelbeladungen bezogen wird. In particular, the change in the normalized resonance parameter may be determined by relating a change in the resonance parameter to a maximum change in the resonance parameter between the maximum and minimum values of the resonance parameter over all possible reactant loadings.

Es kann vorgesehen sein, dass als eine Start/Stopp-Bedingung eine Bedingung herangezogen wird, bei der das Verhältnis der Änderungen eines normierten Resonanzparameters von mehreren Moden der sich ausbildenden stehenden elektromagnetischen Wellen einem vorgegebenen Wert entspricht, und ggf. die Änderungen des normierten Resonanzparameters der mehreren Moden der sich ausbildenden stehenden elektromagnetischen Wellen gleich sind (z.B. Schnittpunkte der Kurven in 4).It may be provided that a condition is used as a start / stop condition in which the ratio of the changes of a normalized resonance parameter of a plurality of modes of the stationary electromagnetic waves forming corresponds to a predetermined value, and possibly the changes of the normalized resonance parameter several modes of the forming standing electromagnetic waves are the same (eg intersections of the curves in 4 ).

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass als eine Start/Stopp-Bedingung eine Bedingung herangezogen wird, bei der die Kombination der Änderungen des normierten Resonanzparameters von mehreren Moden der sich ausbildenden stehenden elektromagnetischen Wellen einer Vorgabe entspricht, wobei ggf. die Kombination der Änderungen des normierten Resonanzparameters der mehreren Moden der sich ausbildenden stehenden elektromagnetischen Wellen jeweils einem vorgegebenen Wert entspricht.Furthermore, it can be provided that a condition is used as a start / stop condition, in which the combination of the changes of the normalized resonance parameter of several modes of the stationary electromagnetic waves forming corresponds to a specification, where appropriate the combination of the changes of the normalized resonance parameter each of the plurality of modes of the standing electromagnetic waves forming corresponds to a predetermined value.

Das Einprägen der elektromagnetischen Wellen in den Katalysatorbereich mit einen oder mehreren Moden für jede der Moden kann in einem Frequenzbereich durchgeführt werden, indem eine Frequenz enthalten ist, die zur Ausbildung einer stehenden Welle führt. The impressing of the electromagnetic waves into the catalyst region having one or more modes for each of the modes may be performed in a frequency range by including a frequency leading to the formation of a standing wave.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Angabe über eine Reaktionsmittelspeicherkapazität einer Abgasnachbehandlungseinrichtung vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um:

– eine elektromagnetischen Leistung in einen Katalysatorbereich in einem inneren Volumen der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einer oder mehreren elektromagnetischen Moden einzuprägen, die eine elektrische und/oder magnetische Feldstärke radial zur Ausbreitungsrichtung bewirken;
– mindestens einen Resonanzparameter von einer oder mehreren sich ausbildenden stehenden elektromagnetischen Wellen im inneren Volumen zu erfassen;
– einen Reaktionsmitteleintrag in oder Reaktionsmittelaustrag aus dem Katalysatorbereich während einer Integrationszeitdauer zu integrieren, die durch eine Änderung eines Resonanzparameters der einen oder der mehreren sich ausbildenden stehenden elektromagnetischen Wellen bestimmt ist, um die Angabe über eine die Reaktionsmittelspeicherkapazität zu erhalten.

According to another aspect, there is provided an apparatus for determining an indication of a reactant storage capacity of an exhaust aftertreatment device, the apparatus being configured to:

To impress an electromagnetic power in a catalyst area in an internal volume of the exhaust aftertreatment device with one or more electromagnetic modes that cause an electric and / or magnetic field strength radially to the propagation direction;
To detect at least one resonance parameter of one or more stationary electromagnetic waves forming in the internal volume;
To incorporate a reactant feed into or out of the catalyst region during an integration period determined by a change in a resonance parameter of the one or more standing electromagnetic waves to obtain the indication of the reactant storage capacity.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Abgasnachbehandlungssystem vorgesehen, umfassend:

– eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einem Katalysatorbereich und mindestens einer Antenne zum Einprägen einer elektromagnetischen Strahlung in den Katalysatorbereich,
– die obige Vorrichtung.

In another aspect, there is provided an exhaust aftertreatment system comprising:

An exhaust aftertreatment device having a catalyst region and at least one antenna for impressing electromagnetic radiation into the catalyst region,
- The above device.

Beschreibung der ZeichnungenDescription of the drawings

Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Abgasnachbehandlungssystems; 1 a schematic representation of an exhaust aftertreatment system;

2 ein Diagramm zur Darstellung des Betrags der elektrischen Feldstärke entlang der axialen Position durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung für verschiedene Moden einer elektromagnetischen Anregung; 2 a diagram illustrating the amount of electric field strength along the axial position by the exhaust aftertreatment device for different modes of electromagnetic excitation;

3 eine Darstellung der Verläufe einer Resonanzfrequenz bei einer Sauerstoffbe- und -entladung der Abgasnachbehandlungseinrichtung; und 3 a representation of the courses of a resonant frequency in an oxygen loading and unloading of the exhaust gas aftertreatment device; and

4 eine Darstellung einer Änderung der Resonanzfrequenz über der Zeit für die in 3 gezeigten Moden der elektromagnetischen Anregung. 4 a representation of a change in the resonant frequency over time for in 3 shown modes of electromagnetic excitation.

5 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Bestimmung einer Angabe einer Sauerstoffspeicherkapazität 5 a flowchart for illustrating a method for determining an indication of an oxygen storage capacity

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

In 1 ist schematisch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 gezeigt, die zur Nachbehandlung von Abgasen aus Verbrennungsmotoren ausgebildet ist. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 weist ein Gehäuse 11 mit einem Eingang E zur Zuführung eines Verbrennungsabgases und einem Ausgang A zur Abführung von nachbehandeltem Verbrennungsabgas auf. Das Gehäuse 11 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 ist vorzugsweise aus einem leitfähigen insbesondere metallischen Material ausgebildet. In 1 is schematically an exhaust aftertreatment device 1 shown, which is designed for the aftertreatment of exhaust gases from internal combustion engines. The exhaust aftertreatment device 1 has a housing 11 with an input E for supplying a combustion exhaust gas and an outlet A for discharging aftertreated combustion exhaust gas. The housing 11 the exhaust aftertreatment device 1 is preferably formed of a conductive, in particular metallic material.

Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 weist weiterhin ein von dem Verbrennungsabgas durchströmbares Volumen V im Inneren des Gehäuses 11 auf, das zumindest in einem z. B. mittig im Volumen V angeordneten Katalysatorbereich 2 einen nicht metallischen Träger (z. B. in Form eines Wabenkörpers) beispielsweise aus Cordierit enthält, der mit einem Katalysatormaterial an dessen Oberflächen beschichtet ist. Katalysatormaterialien können Materialien, wie Edelmetall, wie Platin, Palladium und Rhodium, aufweisen, durch die eine chemische Reaktion, insbesondere eine Oxidation, von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid gefördert werden kann. Weiterhin kann das Katalysatormaterial ausgebildet sein, um Sauerstoff zu speichern und diesen zur Oxidation des durchgeleiteten Verbrennungsabgases zu verwenden. The exhaust aftertreatment device 1 furthermore has a volume V through which the combustion exhaust gas can flow in the interior of the housing 11 on, at least in a z. B. centrally in the volume V arranged catalyst area 2 a non-metallic carrier (e.g., in the form of a honeycomb body) of, for example, cordierite coated with a catalyst material on the surfaces thereof. Catalyst materials may include materials such as noble metals such as platinum, palladium, and rhodium, which may promote a chemical reaction, particularly oxidation, of unburned hydrocarbons and carbon monoxide. Furthermore, the catalyst material can be designed to store oxygen and use it for the oxidation of the passed-through combustion exhaust gas.

Weiterhin kann das Katalysatormaterial ausgebildet sein, um als Reaktionsmittel Ammoniak zu speichern und diesen zur Reduktion von Stickoxiden im durchgeleiteten Verbrennungsabgas zu verwenden. Furthermore, the catalyst material can be designed to store ammonia as a reagent and to use it for the reduction of nitrogen oxides in the passed combustion exhaust gas.

Weiterhin kann das Katalysatormaterial ausgebildet sein, um als Reaktionsmittel Stickoxide zu speichern und diese unter Überschuss an reduzierenden Komponenten im durchgeleiteten Verbrennungsabgas beim Regenerieren in Stickstoff und Kohlendioxid umzuwandeln.Furthermore, the catalyst material can be designed to store nitrogen oxides as reactants and to convert them into excess nitrogen and carbon dioxide in excess of reducing components in the combustion exhaust gas passed through during regeneration.

Im Folgenden wird ohne Einschränkung der Allgemeingültigkeit eine Abgasnachbehandlungseinrichtung beschrieben, die ein Sauerstoff speicherndes Katalysatormaterial aufweist. In the following, without limitation of generality, an exhaust aftertreatment device is described, which has an oxygen-storing catalyst material.

Eingangsseitig und/oder ausgangsseitig des Katalysatorbereichs 2 können eine oder mehrere Antennen 5, 6 (im vorliegenden beispielhaften Ausführungsbeispiel zwei Antennen) angeordnet sein, um eine elektromagnetische Anregung in das Innere der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 einzuprägen und ein entsprechendes resultierendes Signal zu empfangen. Um eine Ausbreitung im gesamten Abgassystem zu verhindern, können ein eingangsseitiger erster Reflektor 3, der für das Verbrennungsabgas durchlässig ist, zwischen dem Eingang E und der Antenne an der Eingangsseite des Katalysatorbereichs 2 und ein zweiter Reflektor 4, der für das Verbrennungsabgas durchlässig ist, zwischen der Ausgangsseite des Katalysatorbereichs 2 und dem Ausgang A angeordnet sein, um die durch die Antenne(n) eingeprägte elektromagnetische Anregung zu reflektieren. On the input side and / or output side of the catalyst region 2 can have one or more antennas 5 . 6 (In the present exemplary embodiment, two antennas) may be arranged for an electromagnetic excitation in the interior of the exhaust gas aftertreatment device 1 memorize and receive a corresponding resultant signal. In order to prevent propagation throughout the exhaust system, an input-side first reflector 3 , which is permeable to the combustion exhaust gas, between the input E and the antenna on the input side of the catalyst region 2 and a second reflector 4 , which is permeable to the combustion exhaust gas, between the output side of the catalyst region 2 and the output A to reflect the electromagnetic excitation impressed by the antenna (s).

Die Antennen 5, 6 sind mit einer Ansteuereinheit 7 gekoppelt, durch die eine elektromagnetische Energie in das Innere der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 eingeprägt werden kann und ein Signal einer entsprechenden resultierenden reflektierten oder transmittierten elektromagnetischen Energie bei einer Resonanzfrequenz erfassen kann. Die Ansteuereinheit 7 stellt entsprechende Angaben an eine Auswerteelektronik 8 zur weiteren Auswertung zur Verfügung. The antennas 5 . 6 are with a drive unit 7 coupled by which an electromagnetic energy into the interior of the exhaust aftertreatment device 1 can be impressed and detect a signal of a corresponding resulting reflected or transmitted electromagnetic energy at a resonant frequency. The drive unit 7 provides appropriate information to an evaluation 8th available for further evaluation.

Das Einprägen einer elektromagnetischen Energie in das Innere der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 wird mit elektromagnetischer Strahlung in einem bestimmten Wellenlängenbereich durchgeführt und führt zur Ausprägung einer Resonanz, da sich bei bestimmten Frequenzen stehende Wellen ausbilden. Daher erfolgt das Einprägen der elektromagnetischen Energie mit Wellenlängen in einem Wellenlängenbereich, in dem für alle möglichen Sauerstoffbeladungszustände die sich einstellende Resonanzfrequenz enthalten ist. Bei Einprägen elektromagnetischer Strahlung mit verschiedenen Moden werden entsprechend Resonanzen mit verschiedenen Resonanzfrequenzen ausgebildet. The impressing of an electromagnetic energy into the interior of the exhaust aftertreatment device 1 is carried out with electromagnetic radiation in a certain wavelength range and leads to the expression of a resonance, since form standing waves at certain frequencies. Therefore, the impressing of the electromagnetic energy with wavelengths takes place in a wavelength range in which is contained for all possible oxygen loading conditions, the self-adjusting resonance frequency. When impressing electromagnetic radiation with different modes resonances are formed with different resonance frequencies accordingly.

Das Resonanzverhalten der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 ist wesentlich von den elektromagnetischen Materialparametern (d.i. hier die Permittivität, Leitfähigkeit bzw. die komplexe Permittivität) der inneren Oberflächen des Katalysatorbereichs 2 abhängig, die wiederum von der Sauerstoffbeladung, d.h. der Sauerstoffsättigung der Innenflächen des Katalysatorbereichs 2 abhängt. Somit ändert sich auch bei Änderungen der elektromagnetischen Materialparameter aufgrund einer veränderten Sauerstoffbeladung das Resonanzverhalten der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1. Bezüglich des Resonanzverhaltens können die Resonanzfrequenz, die Güte der Resonanz, die Verluste im Resonanzfall, die Amplitude, die Parameter der Streumatrix S_ij und darauf basierende Größen als Resonanzparameter ausgewertet werden, wobei entsprechende Angaben von der Ansteuereinheit 7 der Auswerteeinheit 8 bereitgestellt werden können. The resonance behavior of the exhaust aftertreatment device 1 is essential to the electromagnetic material parameters (ie, the permittivity, conductivity, and complex permittivity, respectively) of the inner surfaces of the catalyst region 2 which in turn depends on the oxygen loading, ie the oxygen saturation of the inner surfaces of the catalyst region 2 depends. Thus, even with changes in the electromagnetic material parameters due to an altered oxygen loading, the resonance behavior of the exhaust aftertreatment device changes 1 , With regard to the resonance behavior, the resonance frequency, the quality of the resonance, the losses in the case of resonance, the amplitude, the parameters of the scattering matrix S _ij and variables based thereon can be evaluated as resonance parameters, with corresponding information from the drive unit 7 the evaluation unit 8th can be provided.

Mit Hilfe mindestens einer der Antennen 5, 6 können elektromagnetische Wellen mit einem vorgegebenen Frequenzbereich in einer oder mehreren verschiedenen Moden eingeprägt werden, wobei der Frequenzbereich für jeden der Moden so gewählt ist, dass für jede mögliche Sauerstoffbeladung eine Resonanzfrequenz enthalten ist. Als Moden bezeichnet man die stationären Eigenschaften stehender Wellen. So ist beispielsweise eine Ausbildung der Moden TE111, TE112, TE113 ... sowie TM111, TM112 ... für elektromagnetische Wellen möglich. With the help of at least one of the antennas 5 . 6 For example, electromagnetic waves having a predetermined frequency range may be impressed in one or more different modes, the frequency range for each of the modes being selected to include a resonant frequency for each possible oxygen load. Modes are the stationary properties of standing waves. For example, an embodiment of the modes TE111, TE112, TE113 ... and TM111, TM112 ... for electromagnetic waves is possible.

Ein Kernaspekt des Messverfahrens zum Bestimmen einer Angabe über eine Speicherkapazität eines Reaktionsmittels in einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere zur Messung einer Sauerstoffspeicherkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 besteht darin, elektromagnetische Strahlung mit einem oder mehreren Moden zu verwenden, die über die axiale Erstreckung des Katalysatorbereichs 2 variierende elektrische und magnetische Feldstärken ausbilden. Beispielsweise ist für die Moden TE111, TE112, TE113 in 2 der Betrag der resultierenden elektrischen Feldstärke E(z) entlang der axialen Position z entlang der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 aufgezeigt. Der Katalysatorbereich 2, d.h. der mit Katalysatormaterial beschichtete Träger, ist zwischen den axialen Positionen z1 und z2 vorgesehen, während für Positionen z < z1 und z > z2 kein Katalysator vorgesehen ist und dadurch keine Änderung der Resonanzeigenschaften hervorgerufen werden können. Man erkennt für das dargestellte Ausführungsbeispiel ein Maximum der TE111-Mode etwa in der Mitte des Katalysatorbereichs 2, während für die TE112-Mode an der Eingangsseite und Ausgangsseite des Katalysatorbereichs 2 ein Maximum und in der Mitte des Katalysatorbereichs 2 ein Minimum vorliegt. Die TE113-Mode weist etwa in der Mitte des ersten und letzten Drittels des Katalysatorbereichs 2 ein Minimum und in der Mitte ein Maximum auf.A core aspect of the measuring method for determining an indication of a storage capacity of a reaction agent in an exhaust gas aftertreatment device, in particular for measuring an oxygen storage capacity of the exhaust gas aftertreatment device 1 is to use electromagnetic radiation with one or more modes that extend across the axial extent of the catalyst region 2 form varying electric and magnetic field strengths. For example, for the modes TE111, TE112, TE113 in 2 the magnitude of the resulting electric field strength E (z) along the axial position z along the exhaust aftertreatment device 1 demonstrated. The catalyst area 2 that is, the carrier coated with catalyst material is provided between the axial positions z1 and z2, while no catalyst is provided for positions z <z1 and z> z2, and thereby no change of the resonant characteristics can be caused. It can be seen for the illustrated embodiment, a maximum of the TE111 mode approximately in the middle of the catalyst region 2 while for the TE112 mode on the input side and output side of the catalyst region 2 a maximum and in the middle of the catalyst zone 2 there is a minimum. The TE113 mode points approximately in the middle of the first and last third of the catalyst zone 2 a minimum and a maximum in the middle.

Bei der Ausbildung einer Resonanz wird die Resonanzfrequenz wesentlich von den elektromagnetischen Materialparametern, insbesondere der komplexen Permittivität der mit dem Katalysatormaterial beschichteten Oberflächen bestimmt an axialen Positionen, an denen die elektrische Feldstärke hoch ist, während eine Änderung der elektrischen Materialeigenschaften an Stellen mit niedriger elektrischer Feldstärke kaum oder keine Veränderung der Resonanzeigenschaften zu erwarten ist. Da die elektrischen Materialeigenschaften deutlich von der jeweiligen Sauerstoffbeladung an der betreffenden axialen Position abhängen, lässt sich anhand einer Änderung des Resonanzverhaltens eine Aussage darüber treffen, an welcher axialen Position im Katalysatorbereich eine Änderung der elektrischen Materialeigenschafen und damit eine Änderung der Sauerstoffbeladung erfolgt ist.In forming a resonance, the resonant frequency is largely determined by the electromagnetic material parameters, particularly the complex permittivity of the catalyst material-coated surfaces at axial positions where the electric field strength is high, while a change in electrical material properties at low electric field strength sites is hardly or no change in the resonant properties is to be expected. Since the electrical material properties depend significantly on the respective oxygen loading at the respective axial position, it can be stated by means of a change in the resonance behavior at which axial position in the catalyst region a change in the electrical material properties and thus a change in the oxygen loading has occurred.

In 3 ist beispielsweise für die Moden TE111, TE112, TE113 der Verlauf der Resonanzfrequenz bei einer Entladung und einer Beladung mit Sauerstoff dargestellt. Die Beladung mit Sauerstoff erfolgt z. B. durch Zuführung eines Verbrennungsabgases mit einem Lambdawert von größer als 1, d.h. das Abgas enthält einen Sauerstoffüberschuss. Im oberen Teilbild ist der zeitliche Verlauf der Lambdawerte λ vor (λ_vor) und nach (λ_nach) dem Katalysator dargestellt. Zur Entladung wird Verbrennungsabgas mit einem Lambdawert von kleiner 1, d.h. mit einem Sauerstoffmangel, d.h. mit Kohlenwasserstoff-, Wasserstoff- bzw. Kohlenmonoxidüberschuss, durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 geleitet. Beim sprunghaften Wechsel vom Einleiten eines Verbrennungsabgases mit einem Lambda größer 1 zu einem Einleiten eines Verbrennungsabgases mit λ kleiner 1 wird Sauerstoff zunächst an der Eingangsseite des Katalysatorbereichs 2 abgegeben, und es wandert also eine Sauerstoffentladungsfront entlang der axialen Erstreckung in Richtung der Ausgangsseite des Katalysatorbereichs 2. In 3 For example, for the modes TE111, TE112, TE113 the course of the resonance frequency at a discharge and a loading with oxygen is shown. The loading with oxygen takes place z. B. by supplying a combustion exhaust gas with a lambda value of greater than 1, that is, the exhaust gas contains an excess of oxygen. The upper part of the diagram shows the time course of the lambda values λ before (λ _before ) and after (λ _after ) the catalyst. For discharging combustion exhaust gas with a lambda value of less than 1, ie with an oxygen deficiency, ie with hydrocarbon, hydrogen or carbon monoxide, through the exhaust aftertreatment device 1 directed. In the event of a sudden change from the introduction of a combustion exhaust gas with a lambda greater than 1 to an introduction of a combustion exhaust gas with λ less than 1, oxygen initially becomes at the inlet side of the catalyst region 2 Thus, it moves an oxygen discharge front along the axial extent toward the output side of the catalyst region 2 ,

Mit Beginn der Entladung des Sauerstoffs beginnend von einem vollständig befüllten Zustand zum Zeitpunkt t₁ wandert die Sauerstoffentladungsfront von der Eingangsseite zur Ausgangsseite des Katalysatorbereichs 2. In den Diagrammen der 3 erkennt man, dass sich bei gleichmäßiger Entladung des Sauerstoffspeichers die Sauerstoffentladungsfront beginnend zum Zeitpunkt t₁ nahezu linear in dem Verlauf der Resonanzfrequenz der TE111-Mode als fallende Resonanzfrequenz abbildet. Bei der TE112-Mode, die ein Minimum der elektrischen Feldstärke in der Mitte des Katalysatorbereichs 2 aufweist und dort keine elektrische Feldstärke hervorruft, weist die wandernde Sauerstoffenladungsfront zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ ein Plateau im Verlauf der Resonanzfrequenz auf. Nach dem Zeitpunkt t₃ steigt die Änderung der Resonanzfrequenz über der axialen Position der Sauerstoffentladungsfront wieder an, bis eine vollständige Entladung des Sauerstoffspeichers erreicht ist. Bei der TE113-Mode erkennt man einen langsameren Abfall zu Beginn des Beladungsvorgangs (zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂), der zur Mitte hin zunimmt, und einen langsameren Anstieg zum Ende des Entladevorgangs entsprechend dem Verlauf der elektrischen Feldstärke an der entsprechenden axialen Position z. Die Verläufe der Resonanzfrequenzen für die verschiedenen Moden sind bei der Beladung mit Sauerstoff beginnend mit dem Zeitpunkt t₄ und mit deren Ende zum Zeitpunkt t₅ im Wesentlichen analog. With the beginning of the discharge of the oxygen starting from a completely filled state at time t ₁ , the oxygen discharge front migrates from the input side to the exit side of the catalyst region 2 , In the diagrams of 3 it can be seen that, with a uniform discharge of the oxygen storage, the oxygen discharge front, starting at time t _1, maps almost linearly in the course of the resonance frequency of the TE111 mode as a falling resonance frequency. In the TE112 mode, the minimum of electric field strength in the middle of the catalyst area 2 has and there is no electrical Field strength causes the migrating oxygen charge front between the times t ₂ and t _3, a plateau in the course of the resonant frequency. After the time t ₃ , the change in the resonant frequency above the axial position of the oxygen discharge front again increases until a complete discharge of the oxygen storage is reached. In the TE113 mode, one recognizes a slower drop at the beginning of the loading process (between times t ₁ and t ₂ ), which increases toward the center, and a slower rise at the end of the discharge process corresponding to the course of the electric field strength at the corresponding axial position z. The courses of the resonance frequencies for the different modes are essentially analogous when loaded with oxygen starting at time t ₄ and ending at time t ₅ .

In 4 ist eine Änderung einer normierten Resonanzfrequenz (f_res – f_res,min)/(f_res,max – f_res,min) (bezogen auf die maximale Resonanzfrequenzänderung) über der Zeit für die zuvor dargestellten Moden dargestellt, wobei f_res der Resonanzfrequenz, f_res,min der minimalen erreichbaren Resonanzfrequenz für alle möglichen Sauerstoffbeladungen und f_res,max der maximalen erreichbaren Resonanzfrequenz für alle möglichen Sauerstoffbeladungen entsprechen. Daher wird die Steigung der normierten Resonanzfrequenz über einen Beladungsvorgang BV bzw. einen Entladungsvorgang EV dargestellt. Betrachtet man die Steigung der verschiedenen Moden beim Wechsel von durchströmendem Verbrennungsabgasen mit Sauerstoffüberschuss bzw. durch Sauerstoffmangel, so kann man daraus erkennen, in welchem Bereich die Sauerstoffbeladungsfront (Reaktionsfront) sich befindet, da für bestimmte axiale Positionen die Änderung der Resonanzeigenschaften einer Mode, der Kombination der Änderungen der normierten Resonanzeigenschaften von mehreren Moden oder das Verhältnis der Änderungen der normierten Resonanzeigenschaften von mehreren Moden für eine bestimmte axiale Position charakteristisch sind. Anstelle der heutigen Grenzen für die Integration, die durch die vollständige Be- und Entladung des Katalysatorbereichs 2 mit Sauerstoff gegeben sind, können nun bestimmte axiale Positionen, die im Inneren des Katalysatorbereichs 2 liegen, betrachtet werden. In 4 is a change of a normalized resonant frequency (f _res - f _{res, min} ) / (f _{res, max} - _{res, min} ) (with respect to the maximum resonant frequency change) over time for the modes shown above, where f _{res is} the resonant frequency, f _{res, min} correspond to the minimum achievable resonant frequency for all possible oxygen loadings and f _{res, max to} the maximum achievable resonant frequency for all possible oxygen loadings. Therefore, the slope of the normalized resonance frequency is represented by a loading process BV and a discharge process EV, respectively. Considering the slope of the different modes when changing from flowing exhaust gases with excess oxygen or by lack of oxygen, it can be seen from the area in which the oxygen loading front (reaction front) is located, because for certain axial positions, the change of the resonance characteristics of a mode, the combination the variations of the normalized resonant properties of several modes or the ratio of the variations of the normalized resonant characteristics of several modes are characteristic of a particular axial position. Instead of today's limits for integration, by the complete loading and unloading of the catalyst area 2 Given with oxygen, certain axial positions can now be found inside the catalyst area 2 lie, be considered.

Im hier angeführten Beispiel können ein Zeitpunkt des Erreichens eines der Maxima der Beträge der elektrischen Feldstärke in der TE112-Mode oder ein Zeitpunkt, der durch einen Schnittpunkt der Änderungen der normierten Resonanzeigenschaften verschiedener Moden definiert ist, wie zum Beispiel einer der Schnittpunkte der Änderungen der normierten Resonanzeigenschaften der TE111-Mode und der TE112-Mode, als entsprechende Integrationsgrenzen, d.h. als Anfangszeitpunkt und Endzeitpunkt verwendet werden. In the example given here, a time of attaining one of the maxima of the electric field strength amounts in the TE112 mode or a time defined by an intersection of the changes of the normalized resonant characteristics of different modes, such as one of the intersections of the changes of the normalized ones Resonance properties of the TE111 mode and the TE112 mode, as corresponding integration limits, ie be used as start time and end time.

Integriert man nun den Sauerstoffeintrag und Sauerstoffaustrag zwischen einem so gewählten Anfangszeitpunkt der Integration und einem so gewähltem Endzeitpunkt der Integration kann eine Sauerstoffbeladung des Teilbereichs ermittelt werden, der zwischen denjenigen axialen Positionen liegt, die durch den Anfangszeitpunkt und den Endzeitpunkt bestimmt sind. Aus der Sauerstoffbeladung in dem Teilbereich kann auf die gesamte Sauerstoffspeicherkapazität geschlossen werden. Insbesondere kann eine Bewertung einer ausreichenden Sauerstoffspeicherkapazität durch einen Schwellwertvergleich festgestellt werden. If one then integrates the introduction of oxygen and the discharge of oxygen between an initial point of integration selected in this way and an end point of integration selected in this way, an oxygen charge of the subarea lying between those axial positions determined by the start time and the end time can be determined. From the oxygen loading in the sub-area can be concluded that the total oxygen storage capacity. In particular, an evaluation of a sufficient oxygen storage capacity can be determined by a threshold value comparison.

Durch die Integration nur in einem Teilbereich können die Schadstoffemissionen vermieden werden, wenn sich nach dem Erreichen des Endzeitpunkts die Zusammensetzung des Verbrennungsabgases wieder ändert, da der Endzeitpunkt dieses Verfahrens nicht ein Zustand ist, bei dem der Katalysatorbereich 2 vollständig mit Sauerstoff be- oder entladen ist.By integrating only in a partial area, the pollutant emissions can be avoided if, after reaching the end time, the composition of the combustion exhaust gas changes again, since the end time of this process is not a state in which the catalyst area 2 is completely loaded or unloaded with oxygen.

Da die Lage der axialen Positionen, an denen die Änderung der Resonanzeigenschaften einer Mode, einer Kombination der Änderungen der normierten Resonanzeigenschaften von mehreren Moden oder das Verhältnis der Änderungen der normierten Resonanzeigenschaften von mehreren Moden definiert sind, von den Verläufen der elektrischen Feldstärke abhängig sind und damit auch die Änderungsrate bzw. Extrema der Änderung der elektrischen Feldstärke abhängig von der Geometrie der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 sind, müssen diese für jede individuelle oder jeden Typ von Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 ermittelt werden. Dadurch kann eine ausgewählte axiale Position durch eine Änderung einer Resonanzeigenschaft einer oder mehrerer Moden von elektromagnetischen Wellen bestimmt sein. Since the position of the axial positions at which the change of the resonant characteristics of a mode, a combination of the changes of the normalized resonant properties of several modes or the ratio of the changes of the normalized resonant characteristics of a plurality of modes are defined depend on the courses of the electric field strength and thus also the rate of change or extremes of the change in the electric field strength as a function of the geometry of the exhaust aftertreatment device 1 These must be for each individual or each type of exhaust aftertreatment device 1 be determined. Thereby, a selected axial position may be determined by a change in a resonance characteristic of one or more modes of electromagnetic waves.

Der Start der Integration und das Ende der Integration muss durch einen erneuten Schwellwertvergleich der Änderung der Resonanzeigenschaft und einer absoluten Resonanzeigenschaft vorgenommen werden. The start of the integration and the end of the integration must be done by another threshold comparison of the change of the resonance characteristic and an absolute resonance property.

In 5 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Bestimmung einer Angabe einer Sauerstoffspeicherkapazität dargestellt. In 5 FIG. 3 is a flow chart illustrating a method for determining an indication of oxygen storage capacity.

In Schritt S1 werden für zwei bestimmte axiale Positionen, die einen Teilbereich im Katalysatorbereich 2 definieren, jeweils eine Start/Stopp-Bedingung für die Zeitpunkte des jeweiligen Erreichens der axialen Positionen als Anfangszeitpunkt t_Anfang und Endzeitpunkt t_Ende definiert, die angeben, wenn die Reaktionsfront jeweils die betreffende axiale Position überschreitet. Die Start/Stopp-Bedingung entspricht einer charakteristischen Änderung einer oder mehrerer Resonanzeigenschaften von einer oder mehreren Moden von eingeprägten elektromagnetischen Wellen. Der Anfangszeitpunkt t_Anfang und der Endzeitpunkt t_Ende kann jeweils durch ein Erfüllen einer oder mehrerer der folgenden Start/Stopp-Bedingungen bestimmt sein:

– ein Zeitpunkt, zu dem eine Änderung des Resonanzparameters einer Mode einer der sich ausbildenden stehenden elektromagnetischen Welle einem vorbestimmten Betrag entspricht,
– ein Zeitpunkt, zu dem eine Kombination der Änderungen des normierten Resonanzparameters von mehreren Moden der sich ausbildenden stehenden elektromagnetischen Wellen einer Vorgabe entspricht;
– ein Zeitpunkt, zu dem ein Verhältnis der Änderungen des normierten Resonanzparameters von mehreren Moden der sich ausbildenden stehenden elektromagnetischen Wellen einem vorgegebenen Wert entspricht;
– einen Zeitpunkt, der einem vorgegeben Zeitpunkt einer Änderung einer Betriebsart entspricht, insbesondere einem Zeitpunkt, zu dem eine vorbestimmte oder eine entsprechend einem Mindestwert oder Maximalwert vorgegebene, insbesondere sprunghafte Änderung des Reaktionsmitteleintrags oder Reaktionsmittelaustrags erfolgt, und
– einen Zeitpunkt, zu dem der Katalysatorbereich mit einer vorbestimmten Beladung von Reaktionsmittel gefüllt ist, insbesondere vollständig mit dem Reaktionsmittel gefüllt oder vollständig frei von Reaktionsmittel ist.

In step S1, for two specific axial positions, which are a partial region in the catalyst region 2 define, in each case a start / stop condition for the times of the respective reaching of the axial Positions as start time t _start and end time t _end defined which indicate when the reaction front in each case exceeds the respective axial position. The start / stop condition corresponds to a characteristic change of one or more resonant characteristics of one or more modes of impressed electromagnetic waves. The start time t _start and the end time t _end may each be determined by satisfying one or more of the following start / stop conditions:

A time at which a change in the resonance parameter of a mode of one of the stationary electromagnetic wave forming forms corresponds to a predetermined amount,
A point in time at which a combination of the changes in the normalized resonance parameter of a plurality of modes of the stationary electromagnetic waves which form, corresponds to a specification;
A point in time at which a ratio of the changes in the normalized resonance parameter of a plurality of modes of the stationary electromagnetic waves which form, corresponds to a predetermined value;
A point in time which corresponds to a predetermined point in time of a change in an operating mode, in particular a point in time at which a predetermined or a change in the reagent input or in the reaction-agent discharge predetermined or a predetermined minimum value or maximum value takes place, and
A time at which the catalyst region is filled with a predetermined loading of reactant, in particular completely filled with the reactant or completely free of reactant.

In Schritt S2 wird durch kontinuierlichen Vergleich von gemessenen Resonanzeigenschaften mit den in Schritt S1 bereitgestellten Start/Stopp-Bedingungen überprüft, ob eine der Start/Stopp-Bedingungen erfüllt ist. Ist eine der Start/Stopp-Bedingungen erfüllt (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S3 fortgesetzt, andernfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S2 zurückgesprungen. In step S2, it is checked whether one of the start / stop conditions is satisfied by continuously comparing measured resonance characteristics with the start / stop conditions provided in step S1. If one of the start / stop conditions is fulfilled (alternative: yes), the method is continued with step S3, otherwise (alternative: no), the program jumps back to step S2.

In Schritt S3 wird eine Integration einer Sauerstoffmenge des zugeführten Verbrennungsabgases gestartet. Dabei wird ein Produkt des von einer eingangsseitig des Katalysatorbereichs 2 angeordneten Lambda-Sonde gemessenen Sauerstoffgehalts (als Lambdawert λ) des durchströmenden Verbrennungsabgases und dem entsprechenden Massenstrom ṁ(t) des durchströmenden Verbrennungsabgases integriert, so dass die absolute Menge an aufgenommenem Sauerstoff in dem Teilbereich (OSC_Teilbereich) bestimmt werden kann:

In step S3, integration of an oxygen amount of the supplied combustion exhaust gas is started. In this case, a product of the input side of the catalyst region 2 arranged lambda probe measured oxygen content (as lambda value λ) of the flowing combustion exhaust gas and the corresponding mass flow ṁ (t) of the flowing combustion exhaust gas integrated, so that the absolute amount of absorbed oxygen in the sub-area (OSC _portion ) can be determined:

Ist keine Lambda-Sonde eingangsseitig des Katalysatorbereichs 2 vorhanden, kann der Sauerstoffüberschuss auf andere Weise ermittelt werden, beispielsweise über ein vorgesteuertes Kraftstoff/Luft-Verhältnis aus Kenndaten oder insoweit technisch möglich aus gemessener/bestimmter Einspritzmenge und gemessener/bestimmter der Verbrennung zugeführten Luftmenge. Is no lambda probe on the input side of the catalyst area 2 present, the oxygen excess can be determined in other ways, for example via a pilot-controlled fuel / air ratio of characteristics or insofar technically possible from measured / certain injection quantity and measured / certain amount of air supplied to the combustion.

In Schritt S4 wird durch kontinuierlichen Vergleich von gemessenen Resonanzeigenschaften mit den in Schritt S1 bereitgestellten Start/Stopp-Bedingungen überprüft, ob die entsprechende andere der Start/Stopp-Bedingungen erfüllt ist. Ist die andere Start/Stopp-Bedingung erfüllt (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S5 fortgesetzt, andernfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S3 zurückgesprungen. In step S4, by continuously comparing measured resonance characteristics with the start / stop conditions provided in step S1, it is checked whether the corresponding other one of the start / stop conditions is satisfied. If the other start / stop condition is satisfied (alternative: yes), the method is continued with step S5, otherwise (alternative: no), the program jumps back to step S3.

In Schritt S5 wird aus dem Integrationswert OSC_Teilbereich, der eine Sauerstoffspeicherfähigkeit des durch die durch die Start/Stopp-Bedingungen definierten axialen Positionen bestimmten Teilbereichs des Katalysatorbereichs 2 angibt, eine Angabe über eine Qualität der Abgasnachbehandlungseinrichtung oder eine Angabe über eine gesamten Sauerstoffspeicherfähigkeit ermittelt.In step S5, the integration value OSC becomes a _{partial area} which is an oxygen storage capacity of the partial area of the catalyst area determined by the axial positions defined by the start / stop conditions 2 indicates an indication of a quality of the exhaust aftertreatment device or an indication of a total oxygen storage capacity determined.

Durch das Festlegen von axialen Positionen für die Reaktionsfront bei einer Änderung der Zusammensetzung des zugeführten Verbrennungsabgases können beispielsweise die Sauerstoffspeicherkapazitäten von ausgewählten Teilbereichen des Katalysatorbereichs 2 ermittelt werden. Beispielsweise kann als ein Teilbereich des Katalysatorbereichs 2 zwischen einem ersten Maximum der Änderung der Resonanzeigenschaften einer TE112-Mode und einem Schnittpunkt der Änderungen der normierten Resonanzeigenschaften der TE112-Mode und der TE113-Mode ein zweites Sechstel der axialen Erstreckung des Katalysatorbereichs 2 festgelegt werden. Dieser Teilbereich kann insbesondere Aufschlüsse über den Alterungszustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 angeben.By setting axial positions for the reaction front with a change in the composition of the supplied combustion exhaust gas, for example, the oxygen storage capacities of selected portions of the catalyst region 2 be determined. For example, as a partial region of the catalyst region 2 between a first maximum of the change of the resonance characteristics of a TE112 mode and an intersection of the changes of the normalized resonance characteristics of the TE112-mode and the TE113-mode a second sixth of the axial extent of the catalyst region 2 be determined. This subarea can in particular provide information about the aging state of the exhaust aftertreatment device 1 specify.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011107784 A1 [0006]

Claims

Method for determining an indication of a storage capacity of a reagent in an exhaust aftertreatment device ( 1 ), comprising the following steps: impressing an electromagnetic power in a catalyst region ( 2 ) in an internal volume of the exhaust aftertreatment device ( 1 ) having one or more electromagnetic modes which cause an electric and / or magnetic field strength perpendicular to the propagation direction; - detecting at least one resonance parameter of one or more stationary electromagnetic waves forming in the internal volume; Integration of a reagent in or from the catalyst effluent ( 2 ) during an integration period of time determined by a change in a resonance parameter of the one or more standing electromagnetic waves to be formed, to obtain the indication of the reagent storage capacity.

Method according to claim 1, wherein the resonance parameters comprise one of the following resonance parameters or variables composed thereof: a resonance frequency, a quality of the resonance and a power loss in the case of resonance, an amplitude, and one or more parameters of the scattering matrix S _ij .

The method of claim 1 or 2, wherein the electromagnetic radiation comprises one or more TE modes and / or one or more TM modes.

Method according to one of claims 1 to 3, wherein an initial time (t _start ) and an end time (t _end ) of the integration period are each determined by satisfying a start / stop condition, wherein the start / stop condition one or more of the following Conditions include: a change in the resonance parameter of a mode of one of the stationary electromagnetic wave forming forms a predetermined amount, a combination of the temporal changes of the normalized resonance parameter of a plurality of modes of the standing electromagnetic waves forming corresponds to a default; A ratio of the temporal changes of the normalized resonance parameters of a plurality of modes of the stationary electromagnetic waves which form, corresponds to a predetermined value; - There is a change of an operating mode, in particular a predetermined or a predetermined minimum value or maximum value, in particular abrupt change of Reaktionsmitteleintrags or Reaktionsmittelaustrags, and - the catalyst area is filled with a predetermined loading of reagent, and in particular completely filled with the reagent or completely free of reagent.

The method of claim 4, wherein the determined change in the resonance parameter of the mode of the stationary electromagnetic wave that is forming corresponds to at least one of a local maximum and local minimum of the change in magnitude of the respective resonance parameter.

The method of claim 4 or 5, wherein the change in the normalized resonance parameter is determined by relating a change in the resonance parameter to a maximum change in the resonance parameter between the maximum and minimum values of the resonance parameter over all possible reactant loadings.

Method according to one of claims 4 to 6, wherein as a start / stop condition, a condition is used, wherein the ratio of the changes of a normalized resonance parameter of several modes of the forming standing electromagnetic waves corresponds to a predetermined value, and possibly the changes of the normalized resonance parameter of the plural modes of the standing electromagnetic waves which are formed are equal.

Method according to one of claims 4 to 7, wherein as a start / stop condition, a condition is used in which the combination of the changes of the normalized resonance parameter of several modes of the forming standing electromagnetic waves corresponds to a specification, where appropriate, the combination of Changes in the normalized resonance parameter of the plurality of modes of the forming standing electromagnetic waves each corresponds to a predetermined value.

The method of any one of claims 1 to 8, wherein the impressing of the electromagnetic radiation into the catalyst region is carried out with one or more modes for each of the modes in a frequency range by containing a frequency resulting in the formation of a standing wave.

Device for determining an indication of a reagent storage capacity of an exhaust aftertreatment device ( 1 ), wherein the device is designed to: - transfer an electromagnetic power into a catalyst region ( 2 ) in an internal volume of the exhaust aftertreatment device ( 1 inculcate with one or more electromagnetic modes, which cause an electric and / or magnetic field strength radially to the propagation direction; To detect at least one resonance parameter of one or more stationary electromagnetic waves forming in the internal volume; A reaction agent entry into or exit from the catalyst area ( 2 ) during an integration period determined by a change of a resonance parameter of the one or more standing electromagnetic waves to obtain the indication of the reagent storage capacity.

An exhaust after-treatment system, comprising: an exhaust aftertreatment device ( 1 ) with a catalyst region ( 2 ) and at least one antenna ( 5 . 6 ) for impressing electromagnetic radiation in the catalyst region ( 2 ), - A device according to claim 10.

Exhaust gas after-treatment system according to claim 11, wherein the exhaust aftertreatment device ( 1 ) a catalyst region ( 2 ) with a catalyst material having an oxygen storage capacity, ammonia storage capacity or NOx storage capability.