DE102016200158A1 - 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) ein Sauerstoffgehalt des Abgasstroms stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators (5) mittels mindestens eines ersten Sauerstoffsensors erfasst, der stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators (5) angeordnet ist und der als Schmalband-Sauerstoffsensor ausgebildet ist, ein Sauerstoffgehalt des Abgasstroms stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators (5) wird erfasst, eine als vom NOx-Speicherkatalysator aufgenommene Sauerstoffmenge oder -masse bestimmte Sauerstoffaufnahme des NOx-Speicherkatalysators (5) wird bis zu einem durch den erfassten Sauerstoffgehalt stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators (5) bestimmten Zeitpunkt (t2) ermittelt, und aus der ermittelten 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 gas 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 content of the exhaust stream downstream of the NOx storage catalyst (5) is detected by means of at least a first oxygen sensor, which is arranged downstream of the NOx storage catalyst (5) and is formed as a narrow-band oxygen sensor, an oxygen content of the exhaust stream upstream of the NOx storage catalytic converter (5) is detected, as determined by the NOx storage catalyst amount of oxygen or mass oxygen uptake of the NOx storage catalyst (5) is up to a detected by the Sauerstoffgeh old determined downstream of the NOx storage catalyst (5) certain time (t2), and from the determined oxygen uptake is concluded on the functioning of the NOx storage catalytic converter (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
Aus
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. Ferner sind die bekannten Verfahren mit einem erheblichen Aufwand verbunden, der insbesondere durch die notwendigen Sensoren bedingt ist.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. Furthermore, the known methods are associated with a considerable effort, which is particularly due to the necessary sensors.
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, insbesondere ein solches Verfahren bzw. eine solche Steuerungseinrichtung, wobei die oben genannten Nachteile möglichst vermieden werden können.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 a designed for lean operation internal combustion engine, and a corresponding control device for such an exhaust aftertreatment system, in particular such a method or such a control device, wherein the above-mentioned disadvantages can be avoided as possible.
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 ein Sauerstoffgehalt des Abgasstroms stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators ermittelt. Hierzu 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 mindestens einen ersten Sauerstoffsensors der Sauerstoffgehalt des Abgases stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators ermittelt wird. Der mindestens eine erste Sauerstoffsensor ist als Schmalband-Sauerstoffsensor ausgebildet, insbesondere ist der mindestens eine erste Sauerstoffsensor eine Schmalband-Lambdasonde. Weiter wird ein Sauerstoffgehalt des Abgasstroms stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators ermittelt und unter Verwendung dieses Sauerstoffgehalts eine Sauerstoffaufnahme des NOx-Speicherkatalysators bis zu einem Zeitpunkt ermittelt, der durch den erfassten Sauerstoffgehalt stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators bestimmt ist. Insbesondere ist dieser Zeitpunkt dadurch bestimmt, dass der aus dem Signal des ersten Sauerstoffsensors ermittelte Lambdawert den Wert λ = 1 überschreitet, d.h. der genannte Zeitpunkt markiert den Übergang von einem Sauerstoffmangel zu einem Sauerstoffüberschuss im Abgasstrom stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators; dieser Zeitpunkt wird auch als Sauerstoff-Durchbruch bezeichnet. Die ermittelte Sauerstoffaufnahme ist dabei insbesondere die vom NOx-Speicherkatalysator aufgenommene Sauerstoffmenge oder -masse.According to the invention, after the end of the regeneration phase, in particular immediately after the end of the regeneration phase, in the lean operation of the internal combustion engine, an oxygen content of the exhaust gas flow downstream of the NO x storage catalytic converter is determined. 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 at least one first oxygen sensor becomes. The at least one first oxygen sensor is designed as a narrow-band oxygen sensor, in particular, the at least one first oxygen sensor is a narrow-band lambda probe. Further, an oxygen content of the exhaust gas flow upstream of the NO x storage catalyst is determined and, using this oxygen content, an oxygen uptake of the NO x storage catalyst is determined until a time determined by the detected oxygen content downstream of the NO x storage catalytic converter. In particular, this point in time is determined by the fact that the lambda value determined from the signal of the first oxygen sensor exceeds the value λ = 1, ie said time marks the transition from an oxygen deficiency to an oxygen excess in the exhaust gas stream downstream of the NO x storage catalytic converter; This time is also known as oxygen breakthrough. The determined oxygen uptake is in particular the amount of oxygen or mass taken up by the NO x storage catalytic converter.
Weiter wird erfindungsgemäß aus der derart ermittelten, nach dem Ende der Regenerationsphase erfolgenden Sauerstoffaufnahme des NOx-Speicherkatalysators 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. Die nach dem Übergang in den Betrieb mit Sauerstoffüberschuss erfolgende Sauerstoffaufnahme des NOx-Speicherkatalysators lässt daher einen Rückschluss auf dessen Funktionsfähigkeit zu. 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.Further carried out after the end of the regeneration phase, oxygen uptake of the NO x storage catalyst according to the invention from the thus determined, closed on the functional capability 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. The oxygen uptake of the NO x storage catalytic converter after the transition to operation with excess oxygen therefore 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.
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. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch auch bei höheren Temperaturen eine zuverlässige Ermittlung des Alterungszustands des NOx-Speicherkatalysators möglich ist, wobei die bekannten Verfahren kein zuverlässiges Ergebnis mehr liefern. Da dem NOx-Speicherkatalysator nach dem Ende der Regenerationsphase und dem Übergang zu einem Betrieb, bei dem der Abgasstrom einen Sauerstoffüberschuss aufweist, mit dem Abgasstrom Sauerstoff zugeführt wird, der zur Aufnahme durch den NOx-Speicherkatalysator zur Verfügung steht, kann durch Erfassung des Sauerstoffgehalts im Abgasstrom stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators eine Sauerstoffaufnahme des NOx-Speicherkatalysators erfasst werden. Dadurch, dass die Sauerstoffaufnahme bis zu einem aus dem Signal des ersten Sauerstoffsensors ermittelten Zeitpunkt erfasst wird, kann die Sauerstoffaufnahme bis zu einem Zeitpunkt erfasst werden, in dem sie im Wesentlichen abgeschlossen ist, insbesondere bis zum Sauerstoff-Durchbruch. Hierdurch wird ein Rückschluss auf die Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators ermöglicht. Zur Ermittlung des genannten Zeitpunkts ist ein Schmalband-Sauerstoffsensor ausreichend, der zur Erfassung des Sauerstoffgehalts des Abgases stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators angeordnet ist. Hierdurch wird auf besonders einfache und kostengünstige Weise eine Überwachung der Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators ermöglicht. Ferner wird es dadurch, dass die Sauerstoffaufnahme im Magerbetrieb, also insbesondere im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors, erfasst wird, 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 und beispielsweise eine diagnostische Phase vermieden werden kann, während derer der Verbrennungsmotor auch nach dem Ende der Regenerationsphase in vom Normalbetrieb abweichender Weise betrieben wird.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. It has been found that, as a result, a reliable determination of the aging state of the NO x storage catalytic converter is possible even at relatively high temperatures, the known methods no longer providing a reliable result. Since the NO x storage catalyst after the end of the regeneration phase and the transition to an operation in which the exhaust gas flow has an excess of oxygen, with the exhaust gas flow oxygen is supplied, which is available for uptake by the NO x storage, can be detected by detecting the Oxygen content in the exhaust stream upstream of the NO x storage catalyst, an oxygen uptake of the NO x storage catalytic converter are detected. Characterized in that the oxygen uptake is detected up to a determined from the signal of the first oxygen sensor time, the oxygen uptake can be detected until a time in which it is substantially complete, in particular until the oxygen breakthrough. This makes it possible to draw conclusions about the functionality of the NO x storage catalytic converter. To determine the said time, a narrow-band oxygen sensor is sufficient, which is arranged to detect the oxygen content of the exhaust gas downstream of the NO x storage catalytic converter. As a result, a monitoring of the functionality of the NO x storage catalytic converter is made possible in a particularly simple and cost-effective manner. Furthermore, the fact that the oxygen uptake is detected in lean operation, ie in particular during normal operation of the internal combustion engine, makes it possible to operate the internal combustion engine again in normal operation immediately after the end of the regeneration phase, so that a limitation of the operation of the internal combustion engine caused by the monitoring is avoided or at least can be minimized and, for example, a diagnostic phase can be avoided, during which the internal combustion engine is operated even after the end of the regeneration phase in a manner deviating from normal operation.
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 verbessert werden. Der zweite Sauerstoffsensor kann ebenfalls als Schmalband-Sauerstoffsensor bzw. Schmalband-Lambdasonde ausgebildet sein, wodurch eine weiter vereinfachte und kostengünstigere Ausführung der Abgasnachbehandlungsanlage ermöglicht wird. Der zweite Sauerstoffsensor kann aber auch beispielsweise ein Breitband-Sauerstoffsensor bzw. ein UEGO-Sensor (Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor) sein, was eine besonders genaue Erfassung der Sauerstoffaufnahme des NOx-Speicherkatalysators ermöglicht.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 monitoring the operation of the NO x storage catalytic converter can be improved. The second oxygen sensor may also be designed as a narrow-band oxygen sensor or narrow-band lambda probe, whereby a further simplified and more cost-effective design of the exhaust aftertreatment system is made possible. However, the second oxygen sensor can also be, for example, a broadband oxygen sensor or a UEGO (Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor) sensor, which enables particularly accurate detection of the oxygen uptake of the NO x storage catalytic converter.
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.Alternatively, it may 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 becomes. As a result, a particularly cost-effective solution can be achieved.
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 im Wesentlichen keine weitere Sauerstoffaufnahme mehr erfolgt, insbesondere bis zum Sauerstoff-Durchbruch. 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, die einen besonders zuverlässigen Rückschluss auf dessen Funktionsfähigkeit ermöglicht.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 of the oxygen content of the exhaust gas as it flows through the NO x storage catalytic converter from the end of the regeneration phase to a point in time which substantially eliminates any further oxygen uptake takes place, in particular until the oxygen breakthrough. It can be assumed that the amount of oxygen that can be taken up by the storage catalytic converter has been absorbed by the storage catalytic converter so that the stored oxygen mass and thus the uptake capacity of the NO x storage catalytic converter can be determined from this, which makes it possible to infer their reliability ,
In besonders vorteilhafter Weise wird die Sauerstoffaufnahmekapazität des NOx-Speicherkatalysators durch Integration eines stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators ermittelten Sauerstoff-Massenstroms vom Ende der Regenerationsphase bis zu einem Zeitpunkt bestimmt, zu dem ein aus dem Signal des ersten Sauerstoffsensors ermittelter λ-Wert den Wert λ = 1 überschreitet. Der betreffende Massenstrom kann insbesondere aus dem Sauerstoffgehalt im Abgasstrom stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators und einem Luftmassenstrom ermittelt werden, beispielsweise aus dem Signal des mindestens einen zweiten Sauerstoffsensors und/oder Daten der Motorsteuerung sowie dem Luftmassenstrom, dessen Wert ebenfalls von der Motorsteuerung bereitgestellt werden kann. Der Beginn des Integrationszeitraums kann mit Hilfe des zweiten Sauerstoffsensors, d.h. wenn ein λ-Wert des zweiten Sauerstoffsensors den Wert λ = 1 überschreitet, oder auch etwa aus Daten der Motorsteuerung bestimmt werden. Das Ende des Integrationszeitraums ist dadurch definiert, dass der λ-Wert des ersten Sauerstoffsensors von einem Wert λ ≤ 1 zu einem Wert λ > 1 übergeht. Dieser Übergang, der von dem stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators angeordneten Schmalband-Sauerstoffsensor, insbesondere einer Schmalband-Lambdasonde, zuverlässig detektiert werden kann, kennzeichnet den Durchbruch von Sauerstoff durch den NOx-Speicherkatalysator und somit den Zeitpunkt, zu dem die Aufnahme von Sauerstoff nach dem Ende der Regenerationsphase im Wesentlichen abgeschlossen ist. Hierdurch wird auf besonders einfache Weise eine Ermittlung der Sauerstoffaufnahmekapazität des NOx-Speicherkatalysators und damit eine Überwachung von dessen Funktionsfähigkeit ermöglicht.In a particularly advantageous manner, the oxygen absorption capacity of the NO x storage catalytic converter by integrating an upstream of the NO x storage catalytic converter detected oxygen mass flow is determined from the end of the regeneration phase up to a time point at which a value determined from the signal of the first oxygen sensor λ-value of the value λ = 1 exceeds. The relevant mass flow can in particular be determined from the oxygen content in the exhaust gas flow upstream of the NO x storage catalytic converter and an air mass flow, for example from the signal of the at least one second oxygen sensor and / or data of the engine control and the air mass flow, whose value can also be provided by the engine control , The beginning of the integration period can be determined with the aid of the second oxygen sensor, ie when a λ value of the second oxygen sensor exceeds the value λ = 1, or also approximately from data of the engine control. The end of the integration period is defined by the fact that the λ value of the first oxygen sensor changes from a value λ ≦ 1 to a value λ> 1. This transition, which can be reliably detected by the arranged downstream of the NO x storage catalytic narrow-band oxygen sensor, in particular a narrow-band lambda probe, characterizes the breakthrough of oxygen through the NO x storage catalyst and thus the time at which the intake of oxygen is essentially completed after the end of the regeneration phase. As a result, a determination of the oxygen absorption capacity of the NO x storage catalytic converter and thus monitoring of its functionality is made possible in a particularly simple manner.
Alternativ kann in ebenfalls besonders vorteilhafter Weise die Sauerstoffaufnahmekapazität des NOx-Speicherkatalysators durch Integration eines stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators ermittelten, um 1 verringerten λ-Werts vom Ende der Regenerationsphase bis zu dem Zeitpunkt ermittelt werden, zu dem der aus dem Signal des ersten Sauerstoffsensors ermittelte λ-Wert den Wert λ = 1 überschreitet. Durch das Integral des λ-Werts stromauf des NOx-Speicherkatalysators, bezogen auf einen Wert λ = 1, wird der Sauerstoffüberschuss im Abgas erfasst, der in den NOx-Speicherkatalysator gelangt und der zur Aufnahme in diesen zur Verfügung steht, und insbesondere unter Hinzuziehung des Luftmassenstroms die gesamte zur Verfügung stehende und im Wesentlichen vom NOx-Speicherkatalysator aufgenommene Sauerstoffmasse. Wie bei dem zuvor beschriebenen Verfahren kann der Beginn des Integrationszeitraums beispielsweise mit Hilfe des zweiten Sauerstoffsensors oder aus Daten der Motorsteuerung bestimmt werden, und das Ende des Integrationszeitraums ist ebenfalls dadurch gegeben, dass der λ-Wert des ersten Sauerstoffsensors von einem Wert λ ≤ 1 zu einem Wert λ > 1 übergeht, d.h. dass vom NOx-Speicherkatalysator nicht aufgenommener Sauerstoff durch diesen hindurchtritt und somit davon auszugehen ist, dass die Aufnahmekapazität des NOx-Speicherkatalysator im Wesentlichen erreicht ist. Auch hierdurch wird auf besonders einfache Weise eine Ermittlung der Sauerstoffaufnahmekapazität des NOx-Speicherkatalysators und damit eine Überwachung von dessen Funktionsfähigkeit ermöglicht.Alternatively, likewise in a particularly advantageous manner by 1 reduced λ value, the oxygen absorption capacity of the NO x storage catalytic converter determined by integration of an upstream of the NO x storage catalytic converter are determined from the end of the regeneration phase up to the time at which the out of the signal of the first Oxygen sensor determined λ value exceeds the value λ = 1. By the integral of the λ value upstream of the NO x storage catalyst, based on a value λ = 1, the excess oxygen in the exhaust gas is detected, which enters the NO x storage catalyst and is available for inclusion in these, and in particular Inclusion of the air mass flow the entire available and essentially absorbed by the NO x storage oxygen mass. As with the method described above, the beginning of the integration period can be determined, for example, by means of the second oxygen sensor or data from the engine control, and the end of the integration period is also given by the λ value of the first oxygen sensor increasing from a value λ ≦ 1 a value λ> 1, that is, that oxygen not taken up by the NO x storage catalyst passes through it and thus can be assumed that the absorption capacity of the NO x storage catalytic converter is substantially reached. This also makes it possible in a particularly simple manner to determine the oxygen absorption capacity of the NO x storage catalytic converter and thus to monitor its functionality.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Verbrennungsmotor eine Niederdruckabgasrückführung auf, und der mindestens eine stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators angeordnete erste Sauerstoffsensor, der ein Schmalband-Sauerstoffsensor ist, 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 sensor arranged downstream of the NO x storage catalytic converter, which is a narrow-band oxygen sensor, 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 bzw. der als derartige Sensoren dienenden Lambdasonden eingerichtet, um die jeweiligen Sensorsignale zu verarbeiten und beispielsweise Werte für den Sauerstoffgehalt des Abgasstroms und/oder den Anteil unverbrannten Kraftstoffs 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 or the lambda probes serving as such sensors in order to process the respective sensor signals and to determine, for example, values for the oxygen content of the exhaust gas flow and / or the proportion of unburned fuel in the exhaust gas flow 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
Hierfür wird das zeitliche Integral L des um den Betrag
Aus dem Integral L lässt sich ein Rückschluss auf die Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators
In dem in
In
Wie in
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
- LL
- Integral integral
- t2 t 2
- Zeitpunkt time
- t2 t 2
- Zeitpunkt time
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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-
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