DE102016200155A1 - Method for monitoring an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine and control device for an exhaust aftertreatment system - Google Patents
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Abstract
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung einer Abgasnachbehandlungsanlage (3) eines für einen Magerbetrieb ausgelegten Verbrennungsmotors (1), die einen NOx-Speicherkatalysator (5) umfasst, werden in einer Regenerationsphase (12) im NOx-Speicherkatalysator (5) gespeicherte Stickoxide durch Zuführung eines Reduktionsmittels reduziert, nach dem Ende der Regenerationsphase (12) wird im Magerbetrieb des Verbrennungsmotors (1) eine Sauerstoffaufnahme des NOx-Speicherkatalysators (5) erfasst, und aus der erfassten Sauerstoffaufnahme wird auf die Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators (5) geschlossen. Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Steuerungseinrichtung für eine Abgasnachbehandlungsanlage (3) eines für einen Magerbetrieb (11, 13) ausgelegten Verbrennungsmotors (1).In a method according to the invention for monitoring an exhaust aftertreatment system (3) of an internal combustion engine (1) designed for lean operation, which comprises a NOx storage catalytic converter (5), nitrogen oxides stored in a regeneration phase (12) in the NOx storage catalytic converter (5) are supplied by supplying a Reduces reducing means, after the end of the regeneration phase (12) in the lean operation of the internal combustion engine (1) an oxygen uptake of the NOx storage catalyst (5) is detected, and from the detected oxygen uptake is concluded on the functioning of the NOx storage catalyst (5). The invention also relates to a corresponding control device for an exhaust aftertreatment system (3) of an internal combustion engine (1) designed for a lean operation (11, 13).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Abgasnachbehandlungsanlage eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine entsprechende Steuerungseinrichtung für eine Abgasnachbehandlungsanlage.The invention relates to a method for monitoring an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine according to the preamble of
Verbrennungsmotoren erzeugen beim Betrieb häufig erhebliche Mengen von Stickoxiden (NOx). Insbesondere bei in Kraftfahrzeugen eingesetzten Diesel- und Otto-Motoren liegen die Stickoxid-Mengen im Abgas in der Regel über den zulässigen Grenzwerten, so dass eine Abgasnachbehandlung zur Verringerung der NOx-Emissionen notwendig ist. Bei vielen Motoren erfolgt die Reduktion der Stickoxide durch die im Abgas enthaltenen nicht-oxidierten Bestandteile, nämlich durch Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), mit Hilfe eines Dreiwegekatalysators. Insbesondere bei Diesel- und Otto-Magermotoren steht dieses Verfahren jedoch nicht zur Verfügung, da durch den hohen Sauerstoffanteil im Abgas die Reduzierung von NOx nicht bzw. kaum erfolgt. Bei Magermotoren wird daher gemäß einem verbreiteten Verfahren ein NOx-Speicherkatalysator (Lean NOx Trap, LNT) eingesetzt, der die im Abgas des Verbrennungsmotors enthaltenen Stickoxide aufnimmt und speichert. Von Zeit zu Zeit erfolgt eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators, wofür ein Kraftstoffüberschuss in dem durch den NOx-Speicherkatalysator geleiteten Abgas erzeugt wird.Internal combustion engines often generate considerable amounts of nitrogen oxides (NO x ) during operation. In particular, in diesel and gasoline engines used in motor vehicles, the amounts of nitrogen oxides in the exhaust gas are generally above the permissible limits, so that an exhaust aftertreatment to reduce NO x emissions is necessary. In many engines, the reduction of nitrogen oxides by the non-oxidized constituents contained in the exhaust gas, namely by carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbons (HC), using a three-way catalyst. However, this method is not available in particular in the case of diesel and Otto lean-burn engines, since the reduction of NO x does not or hardly occurs due to the high proportion of oxygen in the exhaust gas. For lean-burn engines, therefore, according to a widespread method, an NO x storage catalytic converter (Lean NO x trap, LNT) is used, which receives and stores the nitrogen oxides contained in the exhaust gas of the internal combustion engine. From time to time, there is a regeneration of the NO x storage catalytic converter, for which a fuel excess is generated in the exhaust gas conducted through the NO x storage catalytic converter.
Die Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators nimmt jedoch mit zunehmender Betriebsdauer ab, was unter anderem auf eine Kontamination des Speicherkatalysators mit dem im Abgas enthaltenen Schwefel zurückzuführen ist, sowie auf thermische Alterung in Folge hoher Temperaturen, wie sie beispielweise bei einer regelmäßig vorzunehmenden Entschwefelung auftreten. Es ist daher notwendig, die Funktionsfähigkeit eines im Abgassystem vorgesehenen NOx-Speicherkatalysators zu überwachen. However, the functionality of the NO x storage catalyst decreases with increasing operating time, which is due, inter alia, to contamination of the storage catalyst with the sulfur contained in the exhaust gas, as well as thermal aging as a result of high temperatures, such as occur in a regular to be carried out desulfurization. It is therefore necessary to monitor the functioning of a provided in the exhaust system NO x storage.
Aus der europäischen Patentanmeldung
Gemäß
Aus
Gemäß
In
Da das Verhalten eines NOx-Speicherkatalysators in hohem Maße von der Temperatur des Speicherkatalysators abhängt, liefern die bekannten Überwachungsverfahren nur in einem relativ engen Temperaturbereich zuverlässige Aussagen über die Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators. Dies ist insbesondere deshalb problematisch, weil zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators und zur Einhaltung der vorgeschriebenen Überwachungsabläufe (In-Use Performance Requirements, IUPR) die entsprechenden Überwachungsmaßnahmen während des Betriebs eines mit dem NOx-Speicherkatalysator ausgestatten Kraftfahrzeugs mindestens mit einer vorgegebenen Häufigkeit durchgeführt werden müssen, so dass die Einhaltung des engen Temperaturbereichs nicht immer gewährleistet werden kann.Since the behavior of an NO x storage catalyst depends to a large extent on the temperature of the storage catalytic converter, the known monitoring methods provide reliable information about the functionality of the NO x storage catalytic converter only in a relatively narrow temperature range. This is particularly problematic because to monitor the functionality of the NO x storage catalytic converter and to comply with the prescribed monitoring procedures (In-Use Performance Requirements, IUPR) the appropriate monitoring measures during operation of a equipped with the NO x storage vehicle motor vehicle at least with a predetermined Frequency must be performed so that compliance with the narrow temperature range can not always be guaranteed.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives bzw. verbessertes Verfahren zur Überwachung einer Abgasnachbehandlungsanlage eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines für einen Magerbetrieb ausgelegten Verbrennungsmotors, sowie eine entsprechende Steuerungseinrichtung für eine derartige Abgasnachbehandlungsanlage anzugeben.It is an object of the present invention to provide an alternative or improved method for monitoring an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine, in particular an engine designed for lean operation, and a corresponding control device for such an exhaust aftertreatment system.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch eine Steuerungseinrichtung wie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben gelöst.This object is achieved by a method and by a control device as indicated in the independent claims.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Überwachung einer Abgasnachbehandlungsanlage eines Verbrennungsmotors bezieht sich insbesondere auf einen für einen Magerbetrieb ausgelegten Verbrennungsmotor, beispielsweise einen Dieselmotor oder einen Otto-Magermotor, insbesondere einen Diesel- bzw. Ottomotor mit Direkteinspritzung. Vorzugsweise handelt es sich um den Verbrennungsmotor und die Abgasnachbehandlungsanlage eines Kraftfahrzeugs. Der Ausdruck "Magerbetrieb" bedeutet, dass der Verbrennungsmotor mit Luftüberschuss betrieben wird, d.h., dass der Lambdawert (Luftverhältnis) einen Wert λ > 1 einnimmt. Die Abgasnachbehandlungsanlage umfasst einen NOx-Speicherkatalysator zur Reduktion der im Abgas des Verbrennungsmotors enthaltenen Stickoxide (NOx). Das erfindungsgemäße Verfahren dient insbesondere zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators.An inventive method for monitoring an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine relates in particular to an engine designed for lean operation, for example, a diesel engine or a gasoline lean-burn engine, in particular a diesel or gasoline engine with direct injection. Preferably, it is the internal combustion engine and the exhaust aftertreatment system of a motor vehicle. The term "lean operation" means that the internal combustion engine is operated with excess air, ie that the lambda value (air ratio) assumes a value λ> 1. The exhaust aftertreatment system comprises a NO x storage catalytic converter for reducing the nitrogen oxides (NO x ) contained in the exhaust gas of the internal combustion engine. The inventive method is used in particular for monitoring the functionality of the NO x storage catalytic converter.
Im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors, der der Magerbetrieb ist, speichert der NOx-Speicherkatalysator die im Abgasstrom enthaltenen Stickoxide. Zur Regeneration, d.h. zur Erneuerung der Speicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators, sind gelegentliche Regenerationsphasen notwendig, in denen mit Hilfe eines dem Abgasstrom zugeführten Reduktionsmittels die im NOx-Speicherkatalysator gespeicherten Stickoxide reduziert werden und in Form unschädlicher Gase freigesetzt werden. Als Reduktionsmittel kann insbesondere Kraftstoff dienen, wozu in der Regenerationsphase der durch den NOx-Speicherkatalysator geleitete Abgasstrom mit unverbranntem Kraftstoff angereichert wird, etwa durch Kraftstoffeinspritzung in die Abgasnachbehandlungsanlage stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators oder durch entsprechende Ansteuerung des Verbrennungsmotors, insbesondere einer Einspritzanlage des Verbrennungsmotors. Dies bedeutet, dass in der Regenerationsphase eine unterstöchiometrische Sauerstoffkonzentration vorliegt, d.h., dass der Lambdawert kleiner als 1 ist, λ < 1. Eine derartige Regeneration wird auch als "Rich Purge" bezeichnet.In normal operation of the internal combustion engine, which is the lean operation, the NO x storage catalytic converter stores the nitrogen oxides contained in the exhaust gas stream. For regeneration, ie for renewal of the storage capacity of the NO x storage catalytic converter, occasional regeneration phases are necessary in which the nitrogen oxides stored in the NO x storage catalytic converter are reduced by means of a reducing agent supplied to the exhaust gas flow and released in the form of harmless gases. In particular, fuel can serve as a reducing agent, for which purpose the exhaust gas stream conducted through the NO x storage catalyst is enriched with unburnt fuel in the regeneration phase, for example by fuel injection into the exhaust aftertreatment system upstream of the NO x storage catalytic converter or by appropriate control of the internal combustion engine, in particular an injection system of the internal combustion engine , This means that there is a substoichiometric oxygen concentration in the regeneration phase, ie that the lambda value is less than 1, λ <1. Such regeneration is also referred to as "rich purge".
Erfindungsgemäß wird nach dem Ende der Regenerationsphase, insbesondere unmittelbar nach dem Ende der Regenerationsphase, im Magerbetrieb des Verbrennungsmotors eine Sauerstoffaufnahme des NOx-Speicherkatalysators, d.h. insbesondere die aufgenommene Sauerstoffmenge oder -masse, erfasst und hieraus auf die Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators geschlossen. Dabei wird ausgenutzt, dass während der Regeneration der im NOx-Speicherkatalysator gespeicherte Sauerstoff verbraucht wird. Nach dem Ende der Regenerationsphase, d. h. wenn der Abgasstrom, der dem NOx-Speicherkatalysator zugeführt wird, wieder einen Sauerstoffüberschuss aufweist (λ > 1), steht Sauerstoff zur Speicherung im NOx-Speicherkatalysator zur Verfügung. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die nach dem Übergang in den Betrieb mit Sauerstoffüberschuss erfolgende Sauerstoffaufnahme des NOx-Speicherkatalysators einen Rückschluss auf dessen Funktionsfähigkeit zulässt. Insbesondere kann durch Vergleich mit Referenzwerten der alterungsabhängigen Sauerstoffaufnahme von NOx-Speicherkatalysatoren auf den Alterungszustand des NOx-Speicherkatalysators geschlossen werden und beispielsweise ein Alterungsparameter ermittelt werden, der ein Maß für die Alterung bzw. für die Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators darstellt. Dabei kann es vorgesehen sein, dass von Betriebsparametern der Abgasnachbehandlungsanlage abhängt, etwa von einer Temperatur des NOx-Speicherkatalysators, ob das oben beschriebene Verfahren durchgeführt und die Sauerstoffaufnahme erfasst und daraus auf die Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators geschlossen wird.According to the invention, after the end of the regeneration phase, in particular immediately after the end of the regeneration phase, in lean operation of the internal combustion engine, an oxygen uptake of the NO x storage catalytic converter, ie in particular the absorbed oxygen amount or mass, detected and concluded on the functioning of the NO x storage catalytic converter. It is exploited that during the regeneration of the stored oxygen in the NO x storage catalyst is consumed. After the end of the regeneration phase, ie when the exhaust gas stream which is fed to the NO x storage catalytic converter again has an excess of oxygen (λ> 1), oxygen is available for storage in the NO x storage catalytic converter. According to the invention, it has been recognized that the oxygen uptake of the NO x storage catalyst taking place after the transition to operation with excess oxygen permits a conclusion as to its functionality. In particular, the aging state of the NO x storage catalytic converter can be concluded by comparison with reference values of the aging-dependent oxygen uptake of NO x storage catalysts and, for example, an aging parameter can be determined which represents a measure of the aging or of the functionality of the NO x storage catalytic converter. It can be provided be that of operating parameters of the exhaust aftertreatment system depends, such as a temperature of the NO x storage catalytic converter, whether the method described above carried out and detects the oxygen uptake and it is concluded that the functionality of the NO x storage catalytic converter.
Dadurch, dass nach dem Ende der Regenerationsphase eine Sauerstoffaufnahme des NOx-Speicherkatalysators erfasst und aus der erfassten Sauerstoffaufnahme auf die Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators geschlossen wird, wird eine Möglichkeit zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators geschaffen, die unabhängig von während der Regenerationsphase durchgeführten Messungen ist. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass hierdurch insbesondere auch bei höheren Temperaturen eine zuverlässige Ermittlung des Alterungszustands des NOx-Speicherkatalysators möglich ist, so dass das erfindungsgemäße Verfahren eine Überwachung der Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators unter solchen Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors ermöglichen kann, unter denen die bekannten Verfahren kein zuverlässiges Ergebnis mehr liefern. Dadurch, dass die Sauerstoffaufnahme im Magerbetrieb, also insbesondere im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors, erfasst wird, wird es ermöglicht, unmittelbar nach dem Ende der Regenerationsphase den Verbrennungsmotor wieder im Normalbetrieb zu betreiben, so dass eine durch die Überwachung bedingte Einschränkung des Betriebs des Verbrennungsmotors vermieden oder zumindest minimiert werden kann, beispielsweise eine diagnostische Phase vermieden werden kann, während derer der Verbrennungsmotor auch nach dem Ende der Regenerationsphase in vom Normalbetrieb abweichender Weise betrieben wird. Hierdurch wird eine verbesserte und insbesondere den Anforderungen an die Häufigkeit der Überwachungsmaßnahmen genügende Überwachung der Abgasnachbehandlungsanlage des Verbrennungsmotors bei minimalen Auswirkungen auf den Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht.The fact that after the end of the regeneration phase, an oxygen uptake of the NO x storage catalytic converter is detected and closed from the detected oxygen uptake on the functioning of the NO x storage catalytic converter, a possibility for monitoring the functionality of the NO x storage catalyst is provided, which is independent of during the regeneration phase is performed measurements. Surprisingly, it has been found that in this way a reliable determination of the aging state of the NO x storage catalytic converter is possible, so that the method according to the invention can enable the functionality of the NO x storage catalytic converter to be monitored under such operating conditions of the internal combustion engine known methods no longer deliver a reliable result. The fact that the oxygen uptake is detected in lean operation, ie in particular during normal operation of the internal combustion engine, it is possible to operate the engine again in normal operation immediately after the end of the regeneration phase, so that avoided by the monitoring restriction of the operation of the engine or at least can be minimized, for example, a diagnostic phase can be avoided, during which the engine is operated even after the end of the regeneration phase in a manner deviating from normal operation. As a result, an improved and in particular the requirements of the frequency of the monitoring measures sufficient monitoring of the exhaust aftertreatment system of the internal combustion engine with minimal impact on the operation of the internal combustion engine allows.
Vorzugsweise wird die Sauerstoffaufnahme des NOx-Speicherkatalysators durch Vergleich eines stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators ermittelten mit einem stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators ermittelten Sauerstoffgehalt des Abgases bestimmt. Hierfür umfasst die Abgasnachbehandlungsanlage mindestens einen ersten Sauerstoffsensor, der stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators angeordnet ist, d.h. insbesondere im Abgasstrom nach dem NOx-Speicherkatalysator, wobei aus dem Signal des ersten Sauerstoffsensors der Sauerstoffgehalt des Abgases stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators ermittelt wird. Da die Sauerstoffaufnahme des NOx-Speicherkatalysators, die nach dem Ende der Regenerationsphase und dem Übergang zu einem Betrieb, bei dem der Abgasstrom einen Sauerstoffüberschuss aufweist, erfolgt, sich an einer Verringerung des Sauerstoffgehalts des Abgases beim Durchströmen des NOx-Speicherkatalysators zeigt, wird hierdurch auf einfache Weise eine genaue Bestimmung der Sauerstoffaufnahme des NOx-Speicherkatalysators ermöglicht.The oxygen uptake of the NO x storage catalytic converter is preferably determined by comparing an oxygen content of the exhaust gas determined upstream of the NO x storage catalytic converter with a downstream of the NO x storage catalytic converter. For this purpose, the exhaust aftertreatment system comprises at least one first oxygen sensor which is arranged downstream of the NO x storage catalytic converter, ie in particular in the exhaust gas stream downstream of the NO x storage catalytic converter, wherein the oxygen content of the exhaust gas downstream of the NO x storage catalytic converter is determined from the signal of the first oxygen sensor. Since the oxygen uptake of the NO x storage catalyst, which takes place after the end of the regeneration phase and the transition to an operation in which the exhaust gas stream has an excess of oxygen, is shown by a reduction in the oxygen content of the exhaust gas as it flows through the NO x storage catalytic converter is This enables a simple determination of the oxygen uptake of the NO x storage catalytic converter in a simple manner.
In vorteilhafter Weise umfasst die Abgasnachbehandlungsanlage mindestens einen zweiten Sauerstoffsensor, der stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators angeordnet ist, d. h. im Abgasstrom vor dem NOx-Speicherkatalysator, und aus dessen Signal der Sauerstoffgehalt des Abgases stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators ermittelt wird. Hierdurch kann die Genauigkeit der Überwachung der Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators weiter verbessert werden. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass der stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators vorhandene Sauerstoffgehalt des Abgases aus einem Luftmassenstrom und Daten der Motorsteuerung, insbesondere aus den Einspritzparametern, ermittelt wird; hierdurch ist eine besonders kostengünstige Lösung erreichbar.Advantageously, the exhaust aftertreatment system comprises at least one second oxygen sensor which is arranged upstream of the NO x storage catalytic converter, ie in the exhaust gas flow upstream of the NO x storage catalytic converter, and from whose signal the oxygen content of the exhaust gas upstream of the NO x storage catalytic converter is determined. As a result, the accuracy of the monitoring of the functionality of the NO x storage catalytic converter can be further improved. Alternatively, it can be provided that the oxygen content of the exhaust gas present upstream of the NO x storage catalytic converter is determined from an air mass flow and data from the engine control, in particular from the injection parameters; As a result, a particularly cost-effective solution can be achieved.
Der mindestens eine erste und/oder der mindestens eine zweite Sauerstoffsensor können als Lambdasonden, insbesondere als Breitband-Lambdasonden bzw. UEGO(Universal Exhaust Gas Oxygen)-Sensoren, ausgebildet sein.The at least one first and / or the at least one second oxygen sensor may be designed as lambda probes, in particular as broadband lambda probes or UEGO (Universal Exhaust Gas Oxygen) sensors.
In bevorzugter Weise wird die Sauerstoffspeicherung, d. h. die gespeicherte Sauerstoffmenge oder -masse und somit die Sauerstoffaufnahmekapazität des NOx-Speicherkatalysators ermittelt und hieraus auf die Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators geschlossen. Die Sauerstoffspeicherung bzw. die Sauerstoffaufnahmekapazität kann beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass eine Sauerstoffaufnahme oder eine Verringerung des Sauerstoffgehalts des Abgases beim Durchströmen des NOx-Speicherkatalysators von dem Ende der Regenerationsphase ausgehend bis zu einem Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem keine wesentliche Verringerung des Sauerstoffgehalts mehr feststellbar ist bzw. die erfasste Verringerung unter einen Schwellwert gefallen ist. Insbesondere kann durch Integration der Differenz des stromaufwärts und des stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators ermittelten Sauerstoff-Massenstroms über den genannten Zeitraum die aufgenommene Sauerstoffmasse ermittelt werden. Die betreffenden Massenströme können beispielsweise aus den Signalen des mindestens einen zweiten bzw. des mindestens einen ersten Sauerstoffsensors und/oder Daten der Motorsteuerung sowie einem Luftmassenstrom ermittelt werden. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass in dem genannten Zeitraum die vom Speicherkatalysator aufnehmbare Sauerstoffmenge von diesem aufgenommen worden ist, so dass sich hieraus die gespeicherte Sauerstoffmasse und somit die Aufnahmekapazität des NOx-Speicherkatalysators ermitteln lässt. Preferably, the oxygen storage, ie the amount of oxygen stored or mass and thus the oxygen absorption capacity of the NO x storage catalytic converter is determined and from this infer the functionality of the NO x storage catalytic converter. The oxygen storage or the oxygen uptake capacity can be determined, for example, by determining an oxygen uptake or a reduction in the oxygen content of the exhaust gas as it flows through the NO x storage catalytic converter from the end of the regeneration phase until a time when there is no significant reduction in the oxygen content can be determined or the detected reduction has fallen below a threshold value. In particular, the absorbed oxygen mass can be determined by integrating the difference between the oxygen mass flow determined upstream and downstream of the NO x storage catalytic converter over the stated period of time. The relevant mass flows can be determined, for example, from the signals of the at least one second or the at least one first oxygen sensor and / or data of the engine control and an air mass flow. It can be assumed that the amount of oxygen that can be absorbed by the storage catalytic converter during this period of time has been recorded, so that from this the stored oxygen mass and thus the absorption capacity of the NO x storage catalyst can be determined.
Weiter wird hinsichtlich der Erfassung der Sauerstoffspeicherung des NOx-Speicherkatalysators nach dem Ende der Regenerationsphase auf die Patentanmeldung
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Austritt von Reduktionsmittel aus dem NOx-Speicherkatalysator während der Regenerationsphase erfasst und aus dem ermittelten Reduktionsmittelaustritt auf die Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators geschlossen. Während einer Regenerationsphase wird der durch den NOx-Speicherkatalysator geleitete Abgasstrom mit Reduktionsmittel, insbesondere mit Kraftstoff, angereichert, wobei das Reduktionsmittel die im NOx-Speicherkatalysator gespeicherten Stickoxide reduziert und dadurch in unschädlicher Form freisetzt. Hierdurch sowie durch Reaktion mit im NOx-Speicherkatalysator gespeichertem Sauerstoff wird das Reduktionsmittel, mit dem der Abgasstrom vor dem Eintritt in den NOx-Speicherkatalysator angereichert ist, verbraucht, so dass, sofern der NOx-Speicherkatalysator funktionsfähig ist, der Abgasstrom einen geringeren Anteil des Reduktionsmittels enthält. Ist der NOx-Speicherkatalysator andererseits nicht oder nur noch eingeschränkt funktionsfähig, so ist eine geringere Menge Stickoxide darin gespeichert, und das im Abgasstrom enthaltene Reduktionsmittel gelangt in einem größeren Maße durch den NOx-Speicherkatalysator hindurch und tritt in unverbrauchter Form aus diesem wieder aus. Ein solcher Reduktionsmittelaustritt wird auch als Reduktionsmittelschlupf bezeichnet. Aus dem Reduktionsmittelaustritt kann somit auf die Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators geschlossen werden. Derartige Verfahren sind beispielsweise in
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators ermittelt, insbesondere mit Hilfe mindestens eines dem NOx-Speicherkatalysator zugeordneten Temperatursensors oder auch aus anderen Messdaten des Abgasstroms und/oder Daten der Motorsteuerung aufgrund eines Modells berechnet. Die Temperatur kann beispielsweise die aktuelle Temperatur des NOx-Speicherkatalysators zu Beginn, am Ende einer Regenerationsphase oder auch zu einem anderen Zeitpunkt vor, während oder nach der Regenerationsphase sein. Die Funktionsfähigkeit bzw. der Alterungsparameter des NOx-Speicherkatalysators wird gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung in einem niedrigeren Temperaturbereich aus dem Reduktionsmittelaustritt aus dem NOx-Speicherkatalysator in der Regenerationsphase, insbesondere aus dem Reduktionsmittelschlupfverhältnis, und in einem höheren Temperaturbereich aus der Sauerstoffaufnahme des NOx-Speicherkatalysators nach dem Ende der Regenerationsphase ermittelt. Insbesondere kann jeweils in der oben beschriebenen Weise aus dem Reduktionsmittelaustritt bzw. aus der Sauerstoffaufnahme auf die Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators geschlossen werden. Dabei kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators ermittelt wird und nur dann, wenn die Temperatur in einem niedrigeren Temperaturbereich liegt, in der oben beschriebenen Weise der Reduktionsmittelaustritt in der Regenerationsphase erfasst und daraus auf die Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators geschlossen wird, und dass nur dann, wenn die Temperatur in einem höheren Temperaturbereich liegt, in der oben beschriebenen Weise die Sauerstoffaufnahme des NOx-Speicherkatalysators nach dem Ende der Regenerationsphase erfasst und aus dieser auf die Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators geschlossen wird. Der niedrigere Temperaturbereich kann beispielsweise bis ca. 250–350 ºC reichen und der höhere Temperaturbereich bei der betreffenden Temperatur beginnen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die beiden Temperaturbereiche einander überlappen oder dass beide Verfahren gemeinsam zur Ermittlung der Funktionsfähigkeit bzw. des Alterungsparameters des NOx-Speicherkatalysators genutzt werden, wobei die jeweils ermittelten Alterungsparameter in Abhängigkeit von der Temperatur gewichtet werden. Hierdurch wird eine in einem erweiterten Temperaturbereich besonders zuverlässige Überwachung der Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators ermöglicht.In accordance with a particularly preferred embodiment of the invention, the temperature of the NO x storage catalytic converter is determined, in particular by means of at least one temperature sensor assigned to the NO x storage catalytic converter or also from other exhaust gas flow measurement data and / or motor control data calculated on the basis of a model. The temperature may be, for example, the current temperature of the NO x storage catalyst at the beginning, at the end of a regeneration phase or at another time before, during or after the regeneration phase. The functionality or the aging parameter of the NO x storage catalyst is according to this embodiment of the invention in a lower temperature range from the reducing agent outlet from the NO x storage in the regeneration phase, in particular from the Reduktionsmittelschlupfverhältnis, and in a higher temperature range from the oxygen uptake of NO x Storage catalyst determined after the end of the regeneration phase. In particular, in each case in the manner described above from the reducing agent outlet or from the oxygen uptake on the functionality of the NO x storage catalytic converter can be concluded. It may be provided, for example, that the temperature of the NO x storage catalytic converter is determined and only when the temperature is in a lower temperature range, in the manner described above, the reducing agent outlet in the regeneration phase detected and from there on the functioning of NO x - Storage catalytic converter is closed, and that only when the temperature is in a higher temperature range, in the manner described above, the oxygen uptake of the NO x storage catalytic converter after the end of the regeneration phase detected and from this on the functioning of the NO x storage catalytic converter is concluded. For example, the lower temperature range may range up to about 250-350 ° C and the higher temperature range may begin at the temperature of interest. It can also be provided that the two temperature ranges overlap one another or that both methods are used together to determine the operability or the aging parameter of the NO x storage catalytic converter, the respectively determined aging parameters being weighted as a function of the temperature. This is one in a wider temperature range especially Reliable monitoring of the functionality of the NO x storage catalytic converter allows.
Vorzugsweise umfasst die Abgasnachbehandlungsanlage einen ersten NOx-Sensor, der stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators, d. h. insbesondere im Abgasstrom nach diesem, angeordnet ist und einen zweiten NOx-Sensor, der stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators, d.h. im Abgasstrom vor diesem, angeordnet ist. Die NOx-Sensoren können beispielsweise als Breitband-Lambdasonden ausgebildet sein oder Breitband-Lambdasonden umfassen, die gleichzeitig als Sauerstoffsensoren zur Erfassung der Sauerstoffaufnahme des NOx-Speicherkatalysators dienen können. Die von den NOx-Sensoren gelieferten Werte werden zur Ermittlung des Stickoxidanteils im Abgas vor und nach Durchströmung des NOx-Speicherkatalysators ausgewertet. Hierdurch kann eine Überwachung der NOx-Aufnahme des NOx-Speicherkatalysators ermöglicht werden, um bei Erreichung der maximalen Aufnahmekapazität eine Regenerationsphase einzuleiten, und/oder eine zusätzliche Überwachung der Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators ermöglicht werden, die mit dem oben beschriebenen Überwachungsverfahren kombiniert werden kann. Hierdurch können die Wirksamkeit und die Überwachung der Abgasnachbehandlungsanlage weiter verbessert werden.Preferably, the exhaust aftertreatment system comprises a first NO x sensor, which downstream of the NO x storage catalytic converter, that is, in particular in the exhaust gas flow after this, is arranged and a second NO x sensor upstream of the NO x storage catalytic converter, ie in the exhaust gas flow upstream of this, is arranged. The NO x sensors can be designed, for example, as broadband lambda probes or comprise broadband lambda probes which can simultaneously serve as oxygen sensors for detecting the oxygen uptake of the NO x storage catalytic converter. The values supplied by the NO x sensors are evaluated to determine the nitrogen oxide content in the exhaust gas before and after flowing through the NO x storage catalytic converter. In this way, monitoring of the NO x intake of the NO x storage catalytic converter can be made possible in order to initiate a regeneration phase when the maximum intake capacity is reached, and / or additional monitoring of the functionality of the NO x storage catalytic converter can be made possible, which combines with the monitoring method described above can be. As a result, the effectiveness and monitoring of the exhaust aftertreatment system can be further improved.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Verbrennungsmotor eine Niederdruckabgasrückführung auf, und der mindestens eine stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators angeordnete erste Sauerstoff- bzw. NOx-Sensor ist in einem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors angeordnet. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, einen solchen im Ansaugtrakt vorhandenen Sensor zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators zu nutzen. Dies ist insbesondere dann in vorteilhafter Weise möglich, wenn eine Regeneration in einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors erfolgt, in dem ein hoher Anteil des Abgases oder sogar der gesamte Abgasstrom rückgeführt wird, etwa in einer Brems- oder Verzögerungsphase des Kraftfahrzeugs. Hierdurch wird auf besonders einfache und kostengünstige Weise eine Überwachung der Abgasnachbehandlungsanlage bzw. des NOx-Speicherkatalysators ermöglicht.According to a preferred embodiment of the invention, the internal combustion engine has a low-pressure exhaust gas recirculation, and the at least one first oxygen or NO x sensor arranged downstream of the NO x storage catalytic converter is arranged in an intake tract of the internal combustion engine. As a result, the possibility is created to use such existing in the intake system sensor to monitor the operation of the NO x storage catalytic converter. This is particularly possible in an advantageous manner when a regeneration takes place in an operating state of the internal combustion engine, in which a high proportion of the exhaust gas or even the entire exhaust gas flow is recycled, such as in a braking or deceleration phase of the motor vehicle. As a result, monitoring of the exhaust aftertreatment system or of the NO x storage catalytic converter is made possible in a particularly simple and cost-effective manner.
Eine erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung für eine Abgasnachbehandlungsanlage eines Verbrennungsmotors, der für einen Magerbetrieb ausgelegt ist, ist zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens zur Überwachung der Abgasnachbehandlungsanlage eingerichtet. Die Steuerungseinrichtung kann Speichermittel zur Speicherung von Referenzwerten der Sauerstoffaufnahme eines NOx-Speicherkatalysators der Abgasnachbehandlungsanlage in Abhängigkeit von einem Alterungszustand des NOx-Speicherkatalysators umfassen sowie Prozessormittel zur Ermittlung der Sauerstoffaufnahme des NOx-Speicherkatalysators und beispielsweise eines Alterungsparameters des Speicherkatalysators. Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung des mindestens einen ersten und/oder zweiten Sauerstoffsensors sowie ggf. des mindestens einen ersten und/oder zweiten NOx-Sensors bzw. der als derartige Sensoren dienenden Lambdasonden eingerichtet, um die jeweiligen Sensorsignale zu verarbeiten und beispielsweise Werte für den Sauerstoffgehalt des Abgasstroms, den Anteil unverbrannten Kraftstoffs und/oder den NOx-Anteil im Abgasstrom zu ermitteln und diese in der oben beschriebenen Weise weiter auszuwerten. Ein derart ermitteltes Ergebnis der Überwachung der Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators bzw. ein ermittelter Alterungsparameter kann beispielsweise für eine Anzeige für einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs, das mit dem Verbrennungsmotor ausgestattet ist, bereitgestellt werden und/oder in einem Fehlerspeicher abgelegt werden. Die Steuerungseinrichtung kann ferner eingerichtet sein, eine Einspritzung von Reduktionsmittel, insbesondere Kraftstoff, in den Abgasstrang stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators zu steuern, um die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators zu veranlassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerungseinrichtung zur Kommunikation mit einer Motorsteuerungseinrichtung des Verbrennungsmotors ausgelegt sein, um durch Ansteuerung des Verbrennungsmotors bzw. der Einspritzanlage des Verbrennungsmotors eine Anreicherung des Abgasstroms mit Kraftstoff zur Regeneration des NOx-Speicherkatalysators zu bewirken. Die Steuerungseinrichtung kann Teil einer elektronischen Motorsteuerung des Verbrennungsmotors sein.A control device according to the invention for an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine, which is designed for a lean operation, is set up for carrying out the above-described method for monitoring the exhaust aftertreatment system. The control device may comprise storage means for storing reference values of the oxygen uptake of a NO x storage catalytic converter of the exhaust gas aftertreatment system as a function of an aging state of the NO x storage catalytic converter and processor means for determining the oxygen uptake of the NO x storage catalytic converter and, for example, an aging parameter of the storage catalytic converter. In particular, the control device is configured to control the at least one first and / or second oxygen sensor and possibly the at least one first and / or second NO x sensor or the lambda probes serving as such sensors in order to process the respective sensor signals and, for example, values for determine the oxygen content of the exhaust stream, the proportion of unburned fuel and / or the NO x -Anteil in the exhaust stream and further evaluate them in the manner described above. Such a determined result of the monitoring of the functionality of the NO x storage catalytic converter or a determined aging parameter can be provided, for example, for a display for a driver of a motor vehicle equipped with the internal combustion engine and / or stored in an error memory. The controller may be further configured to control an injection of a reducing agent, in particular fuel, into the exhaust line upstream of the NO x storage catalytic converter in order to cause the regeneration of the NO x storage catalytic converter. Alternatively or additionally, the control device may be designed for communication with an engine control device of the internal combustion engine in order to effect an enrichment of the exhaust gas flow with fuel for the regeneration of the NO x storage catalytic converter by driving the internal combustion engine or the injection system of the internal combustion engine. The control device may be part of an electronic engine control of the internal combustion engine.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the drawings. Show it:
Wie in
In
Die aus den Signalen der ersten Lambdasonden
Nach Ende der Regenerationsphase
In dem in
Weiterhin kann der Austritt von Reduktionsmittel aus dem NOx-Speicherkatalysator
In
In
Wie aus den
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Verbrennungsmotor internal combustion engine
- 22
- Auspuffkrümmer exhaust
- 33
- Abgasnachbehandlungsanlage aftertreatment system
- 44
- Abgasstrang exhaust gas line
- 55
- NOx-SpeicherkatalysatorNO x storage catalyst
- 66
- Lambdasonde lambda probe
- 77
- Lambdasonde lambda probe
- 88th
- Kurve Curve
- 99
- Kurve Curve
- 1010
- Kurve Curve
- 1111
- Magerbetrieb lean operation
- 1212
- Regenerationsphase regeneration phase
- 1313
- Magerbetrieb lean operation
- 1414
- Kurve Curve
- 1515
- Kurve Curve
- 1616
- Kurve Curve
- 1717
- Kurve Curve
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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-
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