DE102017214444A1 - A method of operating a three-way catalyst having exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine and exhaust aftertreatment system - Google Patents

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Abstract

Es werden ein Verfahren zum Betreiben einer einen Dreiwegekatalysator (5) aufweisenden Abgasnachbehandlungsanlage eines Verbrennungsmotors (1) eines Kraftfahrzeuges und eine zugehörige Abgasnachbehandlungsanlage beschrieben. Bei dem Verfahren wird ein NOx-Sensor (6) am Dreiwegekatalysator (5) oder stromab des Dreiwegekatalysators (5) in einer Abgasleitung des Verbrennungsmotors (1) vorgesehen. Hiermit werden die NOx-Emissionen im Betrieb des Verbrennungsmotors (1) gemessen. Wenn diese Emissionen einen Schwellenwert übersteigen, werden Maßnahmen zur Reduzierung der NOx-Emissionen durchgeführt, bis der Schwellenwert wieder unterschritten wird. Als Maßnahmen zur Reduzierung der NOx-Emissionen werden beispielsweise eine Zündverzögerung am Verbrennungsmotor (1) und/oder eine Abgasrückführung durchgeführt oder die Rate einer Abgasrückführung wird erhöht. Hierdurch wird ohne großen Kalibrierungsaufwand eine weitere Reduzierung des NOx-Anteiles im Abgas erreicht.A method for operating an exhaust aftertreatment system having a three-way catalytic converter (5) of an internal combustion engine (1) of a motor vehicle and an associated exhaust gas aftertreatment system are described. In the method, a NOx sensor (6) is provided on the three-way catalyst (5) or downstream of the three-way catalyst (5) in an exhaust pipe of the internal combustion engine (1). This measures the NOx emissions during operation of the internal combustion engine (1). If these emissions exceed a threshold, NOx reduction measures will be implemented until the threshold falls below the threshold. As measures to reduce the NOx emissions, for example, an ignition delay at the internal combustion engine (1) and / or an exhaust gas recirculation are performed or the rate of exhaust gas recirculation is increased. As a result, a further reduction of the NOx content in the exhaust gas is achieved without great calibration effort.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer einen Dreiwegekatalysator aufweisenden Abgasnachbehandlungsanlage eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges.The present invention relates to a method for operating a three-way catalyst having exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine of a motor vehicle.

Es ist bekannt, bei Ottomotoren Dreiwegekatalysatoren zur Abgasnachbehandlung einzusetzen, um Kohlenstoffmonoxid (CO), Stickoxide (NOx) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) zu Kohlenstoffdioxid (CO2), Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) umzuwandeln. Besonders problematisch ist hierbei die Reduzierung der Stickoxidmengen im Rohabgas, da durch den relativ hohen Sauerstoffanteil im Abgas eine Reduzierung der Stickoxide (NOx) nur in geringem Maß erfolgt. Insbesondere bei magerbetriebenen Ottomotoren wird daher gemäß einem verbreiteten Verfahren ein spezieller NOx-Speicher eingesetzt, der die im Abgas des Verbrennungsmotors enthaltenen Stickoxide anlagert. Wenn das Aufnahmevermögen des NOx-Speichers erschöpft ist, wird dieser üblicherweise durch einen Betrieb des Verbrennungsmotors mit fettem Kraftstoff-Luftgemisch regeneriert. Dieses Verfahren zur Reduzierung der Stickoxide im Abgas ist daher recht aufwendig.It is known to use in gasoline engines three-way catalysts for exhaust aftertreatment to convert carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx) and unburned hydrocarbons (HC) to carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O). Particularly problematic in this case is the reduction of the amounts of nitrogen oxide in the raw exhaust gas, since due to the relatively high proportion of oxygen in the exhaust gas, a reduction of the nitrogen oxides (NOx) takes place only to a small extent. In particular, in lean-burn gasoline engines therefore a special NOx storage is used according to a common method, which accumulates the nitrogen oxides contained in the exhaust gas of the internal combustion engine. When the capacity of the NOx storage is exhausted, it is usually regenerated by operation of the rich air-fuel mixture engine. This method for reducing the nitrogen oxides in the exhaust gas is therefore quite expensive.

Dreiwegekatalysatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie erst bei einer bestimmten Temperatur, d.h. der sogenannten Light-off-Temperatur (Anspringtemperatur), den Betrieb aufnehmen. Nach dem Anlassen des Verbrennungsmotors ist daher eine gewisse Aufwärmphase des Katalysators erforderlich, damit dieser die optimale Betriebstemperatur erreicht. Um diese Aufwärmphase zu verkürzen, ist es bekannt, spezielle Maßnahmen zum Aufheizen des Dreiwegekatalysators zu treffen. Um eine Reduzierung des NOx-Anteiles im Abgas zu erreichen, ist es daher von Bedeutung, diese Reduzierung vor dem Erreichen der Light-off-Temperatur des Katalysators und danach durchzuführen.Three-way catalysts are characterized in that they only at a certain temperature, i. the so-called light-off temperature (light-off temperature), start operation. After starting the internal combustion engine, therefore, a certain warm-up phase of the catalyst is required so that it reaches the optimum operating temperature. To shorten this warm-up phase, it is known to take special measures for heating the three-way catalyst. In order to achieve a reduction of the NOx content in the exhaust gas, it is therefore important to carry out this reduction before and after the light-off temperature of the catalytic converter has been reached.

Damit der Dreiwegekatalysator die Light-off-Temperatur möglichst rasch erreicht, ist es bekannt, eine entsprechende Kalibrierung mithilfe von Aufheizmaßnahmen durchzuführen, wozu beispielsweise eine Zündverzögerung zählt. Die Kalibrierung wird dabei so durchgeführt, dass während des entsprechenden Emissionszyklus sich der Dreiwegekatalysator immer über der Light-off-Temperatur befindet. Dies wird jedoch im normalen Fahrbetrieb nicht immer erreicht. Um dies zu garantieren, muss ein sehr viel höherer Kalibrierungsaufwand durchgeführt werden, damit sich die Katalysatortemperatur immer über der Light-off-Temperatur des Katalysators befindet und die NOx-Emissionen unter den zulässigen Grenzwerten liegen.So that the three-way catalyst reaches the light-off temperature as quickly as possible, it is known to carry out a corresponding calibration by means of heating measures, including, for example, an ignition delay counts. The calibration is carried out so that during the corresponding emission cycle, the three-way catalyst is always above the light-off temperature. However, this is not always achieved in normal driving. To guarantee this, a much higher calibration effort must be made so that the catalyst temperature is always above the light-off temperature of the catalyst and the NOx emissions are below the allowable limits.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer einen Dreiwegekatalysator aufweisenden Abgasnachbehandlungsanlage zur Verfügung zu stellen, mit dem die NOx-Emissionen mit einem besonders geringen Kalibrierungsaufwand reduziert werden können.The present invention has for its object to provide a method for operating a three-way catalyst having exhaust aftertreatment facility available with which the NOx emissions can be reduced with a very low calibration effort.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben einer einen Dreiwegekatalysator aufweisenden Abgasnachbehandlungsanlage eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges gelöst, die die folgenden Schritte umfasst:

  • - Vorsehen eines NOx-Sensors am Dreiwegekatalysator oder stromab des Dreiwegekatalysators in einer Abgasleitung des Verbrennungsmotors;
  • - Messen der NOx-Emissionen im Betrieb des Verbrennungsmotors mit dem NOx-Sensor; und
  • - wenn die vom NOx-Sensor gemessenen NOx-Emissionen einen Schwellenwert übersteigen, Durchführen von Maßnahmen zur Reduzierung der NOx-Emissionen bis der Schwellenwert wieder unterschritten wird.
This object is achieved by a method for operating a three-way catalyst having exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine of a motor vehicle, comprising the following steps:
  • Providing a NOx sensor on the three-way catalyst or downstream of the three-way catalyst in an exhaust pipe of the internal combustion engine;
  • - measuring the NOx emissions during operation of the internal combustion engine with the NOx sensor; and
  • - if the NOx emissions measured by the NOx sensor exceed a threshold, implement measures to reduce NOx emissions until the threshold falls below the threshold again.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird daher zusätzlich zum Dreiwegekatalysator ein NOx-Sensor eingesetzt, der den NOx-Anteil im den Dreiwegekatalysator verlassenden Abgas des Verbrennungsmotors misst. Übersteigt der NOx-Anteil einen festgelegten Schwellenwert, werden entsprechende Maßnahmen zur Reduzierung des NOx-Anteiles durchgeführt, bis der Schwellenwert wieder unterschritten wird. Hierbei kann beispielsweise als Maßnahme zur Reduzierung der NOx-Emissionen eine Zündverzögerung am Verbrennungsmotor durchgeführt werden. Als weitere Maßnahme kann eine Abgasrückführung durchgeführt werden oder die Rate einer derartigen Abgasrückführung kann erhöht werden. Speziell gibt dabei der vorgesehene NOx-Sensor ein den NOx-Anteil im Abgas wiedergebendes Signal an eine Steuereinheit, die das Signal mit einem Schwellenwert vergleicht und entsprechende Sondermaßnahmen zur NOx-Reduzierung einleitet oder nicht.In the method according to the invention, therefore, in addition to the three-way catalyst, a NOx sensor is used, which measures the proportion of NOx in the exhaust gas of the internal combustion engine leaving the three-way catalytic converter. If the NOx content exceeds a specified threshold, appropriate measures are taken to reduce the proportion of NOx until the threshold falls below it again. In this case, for example, as a measure to reduce the NOx emissions, an ignition delay can be performed on the internal combustion engine. As a further measure, an exhaust gas recirculation can be carried out or the rate of such exhaust gas recirculation can be increased. Specifically, in this case, the provided NOx sensor outputs a signal representing the NOx component in the exhaust gas to a control unit which compares the signal with a threshold value and initiates appropriate special measures for NOx reduction or not.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere während der Aufheizphase des Dreiwegekatalysators durchgeführt. Hierbei werden nach dem Motorstart und während der Aufheizphase die NOx-Emissionen mithilfe des NOx-Sensors gemessen. Wenn die gemessenen NOx-Emissionen über dem definierten Grenzwert liegen, werden die vorstehend bereits erwähnten zusätzlichen Maßnahmen zur NOx-Reduzierung eingeleitet. Die üblichen Maßnahmen zum Aufheizen des Katalysators (Zündverzögerung und/oder elektrische Aufheizung) werden dann gestoppt, da die NOx-Emissionen unter dem Schwellenwert (beispielsweise unter 50 ppm) liegen, was bedeutet, dass sich der Katalysator in Betrieb befindet.The process according to the invention is carried out in particular during the heating phase of the three-way catalyst. Here, after the engine starts and during the heating phase, the NOx emissions are measured using the NOx sensor. If the measured NOx emissions are above the defined limit, the additional NOx reduction measures already mentioned above are initiated. The usual measures to heat the catalyst (ignition delay and / or electrical heating) are then stopped because the NOx emissions are below the threshold (eg below 50 ppm), which means that the catalyst is in operation.

Es versteht sich, dass der festgelegte Schwellenwert für die NOx-Emissionen von den jeweiligen Betriebspunkten des Verbrennungsmotors, beispielsweise der Motordrehzahl und der Last, abhängig ist. It is understood that the set threshold for NOx emissions is dependent upon the particular operating points of the engine, such as engine speed and load.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise als Verfahren zum Regeln der NOx-Emissionen im Abgas ausgebildet.The method according to the invention is preferably designed as a method for regulating the NOx emissions in the exhaust gas.

Um einen hohen Umwandlungsgrad der Schadstoffe zu gewährleisten, muss mithilfe eines Regelkreises mit Lambdasonde das Verbrennungsluftverhältnis Lambda in einem engen Bereich um Lambda = 1 (Lambdafenster) gehalten werden, da bei Abweichung vom stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu magerem Gemisch Lambda >1 nicht alle Stickoxide abgebaut werden, weil Sauerstoffüberschuss vorhanden ist. Vorzugsweise wird daher beim erfindungsgemäßen Verfahren von einem derartigen Lambda-Regelkreis Gebrauch gemacht. Das erfindungsgemäße Verfahren wird daher vorzugsweise durchgeführt, wenn sich der Verbrennungsmotor in der Lambda=1-Regelphase befindet.In order to ensure a high degree of conversion of the pollutants, the lambda combustion air ratio must be kept within a narrow range around lambda = 1 (lambda window) by means of a Lambda control system, since not all of them deviate from the stoichiometric air-fuel ratio to lean lambda> 1 Nitrogen oxides are degraded, because excess oxygen is present. Preferably, therefore, in the method according to the invention, use is made of such a lambda control loop. The method according to the invention is therefore preferably carried out when the internal combustion engine is in the lambda = 1 control phase.

Insbesondere findet dabei ein NOx-Sensor Verwendung, der neben der Durchführung einer NOx-Messung auch Lambda-Informationen liefert, und diese werden dann zur Lambda-Regelung verwendet. Bei Feststellung, dass das vom NOx-Sensor ermittelte Lambda-Informationssignal über einem Spannungsschwellenwert liegt, werden Maßnahmen zur Reduzierung der NOx-Emissionen durchgeführt.In particular, a NOx sensor is used which, in addition to performing a NOx measurement, also provides lambda information, and these are then used for lambda control. Upon detection that the lambda information signal detected by the NOx sensor is above a voltage threshold, measures are taken to reduce NOx emissions.

Während des Fahrzeugbetriebes, insbesondere einem häufigen Start/Stopp des Motors oder einer häufigen Kraftstoffabsperrung während des Bergabfahrens, kann der Dreiwegekatalysator unter die Light-off-Temperatur abgekühlt werden. Erfindungsgemäß werden hierbei die NOx-Emissionen kontinuierlich vom NOx-Sensor gemessen, während sich der Motor in der Lambda=1-Regelphase befindet. Wenn dann die NOx-Emissionen über einem Schwellenwert liegen, beispielsweise über 70 ppm, und das Lambda-Informationssignal des NOx-Sensors noch über einem Spannungsschwellenwert liegt, beispielsweise über 600 mV, was bedeutet, dass der Dreiwegekatalysator aufgrund der niedrigeren Katalysatortemperatur seine Effizienz verliert, werden erfindungsgemäß zusätzliche Katalysatormaßnahmen durchgeführt, wie beispielsweise eine Zündverzögerung und/oder eine elektrische Aufheizung des Katalysators, bis die NOx-Emissionen wieder unter dem Schwellenwert, beispielsweise unter 40 ppm, liegen.During vehicle operation, particularly frequent start / stop of the engine or frequent fuel cut during downhill running, the three way catalyst may be cooled below the light off temperature. According to the invention, the NOx emissions are continuously measured by the NOx sensor, while the engine is in the lambda = 1 control phase. If, for example, the NOx emissions are above a threshold, for example above 70 ppm, and the NOx sensor lambda information signal is still above a voltage threshold, for example above 600 mV, which means that the three-way catalyst loses its efficiency due to the lower catalyst temperature, According to the invention additional catalyst measures are carried out, such as an ignition delay and / or electrical heating of the catalyst until the NOx emissions are again below the threshold, for example below 40 ppm.

Bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der NOx-Sensor zusätzlich für die Diagnose des Dreiwegekatalysators verwendet. Dabei wird insbesondere der Dreiwegekatalysator als fehlerhaft diagnostiziert, wenn die vom NOx-Sensor gemessenen NOx-Emissionen über einem Schwellenwert und das vom NOx-Sensor ermittelte Lambda-Informationssignal in Form eines Sprungsondensignals über einem Spannungsschwellenwert liegen.In a further variant of the method according to the invention, the NOx sensor is additionally used for the diagnosis of the three-way catalytic converter. In particular, the three-way catalytic converter is diagnosed as defective if the NOx emissions measured by the NOx sensor are above a threshold value and the lambda information signal determined by the NOx sensor is in the form of a jump signal above a voltage threshold value.

Das erfindungsgemäß durchgeführte Diagnoseverfahren kann dabei als Ergänzung zur Diagnose in Bezug auf das Sauerstoffspeichervermögen durchgeführt werden. Es wird insbesondere bei konstanter Motordrehzahl und Last ausgeführt, wenn sich der Dreiwegekatalysator mit Sicherheit über der Light-off-Temperatur befindet. Als Schwellenwert für die NOx-Emissionen kann dabei beispielsweise ein Wert von 100 ppm (abhängig vom Betriebspunkt) festgelegt werden, und der Spannungsschwellenwert in Bezug auf das Lambda-Informationssignal kann beispielsweise 600 mV betragen.The diagnostic method performed according to the invention can be carried out as a supplement to the diagnosis with regard to the oxygen storage capacity. It is especially carried out at constant engine speed and load when the three-way catalyst is safely above the light-off temperature. As a threshold value for the NOx emissions, for example, a value of 100 ppm (depending on the operating point) can be set, and the voltage threshold with respect to the lambda information signal can be, for example, 600 mV.

Um die Genauigkeit der entsprechenden Diagnose zu erhöhen, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein zusätzlicher NOx-Sensor stromauf des Dreiwegekatalysators verwendet werden. Dieser zusätzliche NOx-Sensor kann beispielsweise Lambda-Informationen ermitteln, und diese können zur Lambda-Regelung verwendet werden.In order to increase the accuracy of the corresponding diagnosis, in the method according to the invention, an additional NOx sensor upstream of the three-way catalyst can be used. This additional NOx sensor can detect lambda information, for example, and these can be used for lambda control.

Speziell kann hierbei so vorgegangen werden, dass die Effizienz des Dreiwegekatalysators durch Verwendung der von beiden NOx-Sensoren gemessenen NOx-Emissionswerte ermittelt wird, wobei der Dreiwegekatalysator als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn die Effizienz unter einem Schwellenwert und das Lambda-Informationssignal nach dem Dreiwegekatalysator in Form eines Sprungsondensignals über einem Spannungsschwellenwert liegen.Specifically, this can be done so that the efficiency of the three-way catalyst is determined by using the NOx emission values measured by both NOx sensors, wherein the three-way catalyst is diagnosed as defective when the efficiency below a threshold value and the lambda information signal after the three-way catalyst in Form of a jump signal above a voltage threshold.

Ganz allgemein können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Maßnahmen zur Reduzierung der NOx-Emissionen vor zusätzlichen Aufheizmaßnahmen des Dreiwegekatalysators durchgeführt werden, wenn die vom NOx-Sensor gemessenen NOx-Emissionen einen Schwellenwert übersteigen. Als entsprechende Maßnahmen zur Reduzierung können beispielsweise die Abgasrückführrate (EGR-Rate) erhöht und/oder eine Zündverzögerung durchgeführt werden. Auf diese Weise wird eine rasche Reduktion der NOx-Emissionen erreicht. Die entsprechende Optimierung der NOx-Emissionen kann mithilfe des zusätzlichen NOx-Sensors stromauf des Dreiwegekatalysators weiter verbessert werden.In general, in the method according to the invention, the measures for reducing the NOx emissions can be carried out before additional heating measures of the three-way catalytic converter if the NOx emissions measured by the NOx sensor exceed a threshold value. As appropriate measures for reducing, for example, the exhaust gas recirculation rate (EGR rate) can be increased and / or an ignition delay can be carried out. In this way, a rapid reduction of NOx emissions is achieved. The corresponding optimization of NOx emissions can be further improved by using the additional NOx sensor upstream of the three-way catalytic converter.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Abgasnachbehandlungsanlage eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, die einen Dreiwegekatalysator aufweist, wobei am Dreiwegekatalysator oder stromab des Dreiwegekatalysators in einer Abgasleitung des Verbrennungsmotors ein NOx-Sensor vorgesehen ist. Ferner kann die Abgasnachbehandlungsanlage einen zusätzlichen NOx-Sensor stromauf des Dreiwegekatalysators aufweisen. Die Abgasnachbehandlungsanlage ist erfindungsgemäß zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet.The present invention further relates to an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine of a motor vehicle having a three-way catalytic converter, wherein a NOx sensor is provided on the three-way catalyst or downstream of the three-way catalyst in an exhaust pipe of the internal combustion engine. Furthermore, the exhaust aftertreatment system can be an additional NOx sensor upstream of the three-way catalyst. The exhaust aftertreatment system according to the invention is designed for carrying out the method described above.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine erste Ausführungsform einer Abgasnachbehandlungsanlage in schematischer Darstellung;
  • 2 eine zweite Ausführungsform einer Abgasnachbehandlungsanlage; und
  • 3 eine dritte Ausführungsform einer Abgasnachbehandlungsanlage.
The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments in conjunction with the drawing. Show it:
  • 1 a first embodiment of an exhaust aftertreatment system in a schematic representation;
  • 2 a second embodiment of an exhaust aftertreatment system; and
  • 3 a third embodiment of an exhaust aftertreatment system.

In der schematischen Darstellung von 1 ist ein Verbrennungsmotor 1 gezeigt, der einen Verbrennungsluftzuführstrang 8 und einen Abgasabführstrang in Form einer Abgasleitung 2 aufweist. Für die Erfindung sind hierbei nur die im Abgasabführstrang angeordneten Teile von Bedeutung, so dass in der nachfolgenden Beschreibung nur auf diese Teile eingegangen werden wird. Alle anderen Teile können in herkömmlicher Weise ausgebildet sein.In the schematic representation of 1 is an internal combustion engine 1 shown having a combustion air supply line 8th and a Abgasabführstrang in the form of an exhaust pipe 2 having. For the invention, only the parts arranged in the Abgasabführstrang important, so that will be discussed in the following description only on these parts. All other parts may be formed in a conventional manner.

Die durch den Abgasabführstrang des Verbrennungsmotors 1 geleiteten Abgase treiben ein Turbinenrad 3 eines Abgasturboladers an und werden von dort über die Abgasleitung 2 an die Atmosphäre abgegeben. Sie passieren dabei auf ihrem Weg eine Lambdasonde 4, einen Dreiwegekatalysator 5, einen NOx-Sensor 6 sowie einen weiteren Dreiwegekatalysator 7, der jedoch für die Erfindung keine Rolle spielt.The through the Abgasabführstrang the internal combustion engine 1 guided exhaust gases drive a turbine wheel 3 an exhaust gas turbocharger and are from there via the exhaust pipe 2 delivered to the atmosphere. They pass a lambda probe on their way 4 , a three-way catalyst 5 , a NOx sensor 6 and another three-way catalyst 7 which, however, is irrelevant to the invention.

Mit dem vorgesehenen Dreiwegekatalysator 5 wird eine Abgasnachbehandlung des als Ottomotor ausgebildeten Verbrennungsmotors 1 durchgeführt. Hiermit werden Kohlenstoffmonoxid, Stickoxide und unverbrannte Kohlenwasserstoffe zu Kohlenstoffdioxid, Stickstoff und Wasser umgewandelt. Um einen hohen Umwandlungsgrad der Schadstoffe zu gewährleisten, wird mithilfe eines Regelkreises mit der vorgesehenen Lambdasonde 4 das Verbrennungsluftverhältnis (Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda) in einem engen Bereich um Lambda = 1 gehalten.With the provided three-way catalyst 5 is an exhaust aftertreatment of trained as gasoline engine internal combustion engine 1 carried out. This converts carbon monoxide, nitrogen oxides and unburned hydrocarbons into carbon dioxide, nitrogen and water. To ensure a high degree of conversion of the pollutants, is using a control loop with the proposed lambda probe 4 the combustion air ratio (air-fuel ratio lambda) is kept within a narrow range around lambda = 1.

Mit dem vorgesehenen NOx-Sensor 6 wird der NOx-Anteil im Abgas gemessen. Hiermit wird festgestellt, ob der nach dem Passieren des Dreiwegekatalysators noch im Abgas enthaltene NOx-Anteil einen festgelegten Schwellenwert übersteigt oder nicht. Wird der Schwellenwert überschritten, werden zusätzliche Maßnahmen zur Reduzierung des NOx-Anteiles eingeleitet und durchgeführt, beispielsweise eine Zündverzögerung und/oder eine Erhöhung der Rate einer Abgasrückführung (hier nicht dargestellt).With the intended NOx sensor 6 the NOx content in the exhaust gas is measured. Hereby it is determined whether or not the NOx content still contained in the exhaust gas after passing through the three-way catalyst exceeds a specified threshold value. If the threshold is exceeded, additional measures to reduce the NOx content are initiated and carried out, for example, an ignition delay and / or an increase in the rate of exhaust gas recirculation (not shown here).

Insbesondere werden nach dem Motorstart und während der Aufheizphase des Dreiwegekatalysators vom NOx-Sensor 6 die NOx-Emissionen im Abgas und der Lambdawert gemessen. Die entsprechenden Lambda-Informationen werden für den Lambda-Regelkreis des Verbrennungsmotors verwendet. Die gemessenen NOx-Emissionen werden für einen NOx-Emissionsregelkreis benutzt. Wenn die NOx-Emissionen über einem definierten Emissionsschwellenwert liegen, der vom Motorbetriebspunkt, wie der Motordrehzahl und Last, abhängig ist, werden die NOx-Emissionen beispielsweise in der vorstehend beschriebenen Weise reduziert. Die üblichen Aufheizmaßnahmen des Dreiwegekatalysators werden dann gestoppt, wenn die NOx-Emissionen bei Lambda = 1 unter dem Schwellenwert liegen.In particular, after the engine starts and during the heating phase of the three-way catalyst, the NOx sensor 6 the NOx emissions in the exhaust gas and the lambda value measured. The corresponding lambda information is used for the lambda control circuit of the internal combustion engine. The measured NOx emissions are used for a NOx emission control loop. For example, when the NOx emissions are above a defined emission threshold that is dependent on the engine operating point, such as engine speed and load, NOx emissions are reduced in the manner described above. The usual heating actions of the three-way catalytic converter are stopped when the NOx emissions at lambda = 1 are below the threshold value.

Die mit dem NOx-Sensor durchgeführte NOx-Emissionsmessung wird auf permanente Weise während des Motorbetriebes durchgeführt, insbesondere, wenn sich der Motor in der Lambda=1-Regelphase befindet. Wenn dann die NOx-Emissionen einen Schwellenwert überschreiten und das Lambdasignal des NOx-Sensors 6 über einem Spannungsschwellenwert liegt, werden wiederum zusätzliche Katalysatormaßnahmen durchgeführt, die vorstehend bereits erwähnt worden, bis die NOx-Emissionen wieder unter dem Schwellenwert liegen.The NOx emission measurement performed with the NOx sensor is performed in a permanent manner during engine operation, particularly when the engine is in the lambda = 1 control phase. Then, when the NOx emissions exceed a threshold and the lambda signal of the NOx sensor 6 is above a voltage threshold, additional catalyst actions are performed, as noted above, until the NOx emissions are again below the threshold.

2 zeigt eine Ausführungsform einer Abgasnachbehandlungsanlage, die sich von der der 1 nur dadurch unterscheidet, dass der NOx-Sensor 6 hierbei nicht stromab des Dreiwegkatalysators 5, sondern am Dreiwegekatalysator 5 selbst angeordnet ist. 2 shows an embodiment of an exhaust aftertreatment system, which differs from that of 1 only differs in that the NOx sensor 6 not downstream of the three-way catalyst 5 but at the three-way catalyst 5 arranged itself.

3 zeigt eine Ausführungsform einer Abgasnachbehandlungsanlage, die keine Lambdasonde aufweist, sondern stattdessen einen zweiten NOx-Sensor 9 besitzt, der stromauf des Dreiwegekatalysators 5 an der Abgasleitung 2 angeordnet ist. Der entsprechende Lambda-Regelkreis dieser Anlage kann entsprechende Lambda-Informationen dieses zweiten NOx-Sensors 9 benutzen. In diesem Fall kann die Effizienz des Dreiwegekatalysators 5 berechnet werden, indem die gemessenen NOx-Emissionen vor und nach dem Dreiwegekatalysator 5 benutzt werden. Wenn die Effizienz unter einem Schwellenwert und das Lambda-Informationssignal des NOx-Sensors über einem Spannungsschwellenwert liegen, kann der Katalysator als fehlerhaft diagnostiziert werden. 3 shows an embodiment of an exhaust aftertreatment system that has no lambda probe, but instead a second NOx sensor 9 own, the upstream of the three-way catalyst 5 at the exhaust pipe 2 is arranged. The corresponding lambda control circuit of this system can corresponding lambda information of this second NOx sensor 9 to use. In this case, the efficiency of the three-way catalyst 5 calculated by the measured NOx emissions before and after the three-way catalyst 5 to be used. If the efficiency is below a threshold and the lambda information signal of the NOx sensor is above a voltage threshold, the catalyst may be diagnosed as faulty.

Es kann somit mit einem NOx-Sensor 6 am Dreiwegekatalysator 5 oder stromab desselben oder mit einem derartigen Sensor und einem zusätzlichen NOx-Sensor 9 stromauf des Dreiwegekatalysators 5 neben einer Steuerung bzw. Regelung des NOx-Anteiles im Abgas eine entsprechende Diagnose des Dreiwegekatalysators 5 durchgeführt werden.It can thus work with a NOx sensor 6 at the three-way catalyst 5 or downstream of it or with such a sensor and an additional NOx sensor 9 upstream of the three-way catalyst 5 in addition to a control or regulation of the NOx content in the exhaust gas, a corresponding diagnosis of the three-way catalyst 5 be performed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
22
Abgasleitungexhaust pipe
33
Turbinenrad des AbgasturboladersTurbine wheel of the exhaust gas turbocharger
44
Lambdasondelambda probe
55
DreiwegekatalysatorThree-way catalytic converter
66
NOx-SensorNOx sensor
77
DreiwegekatalysatorThree-way catalytic converter
88th
VerbrennungsluftzuführstrangVerbrennungsluftzuführstrang

Claims (17)

Verfahren zum Betreiben einer einen Dreiwegekatalysator (5) aufweisenden Abgasnachbehandlungsanlage eines Verbrennungsmotors (1) eines Kraftfahrzeuges mit den folgenden Schritten: - Vorsehen eines NOx-Sensors (6) am Dreiwegekatalysator (5) oder stromab des Dreiwegekatalysators (5) in einer Abgasleitung (2) des Verbrennungsmotors (1); - Messen der NOx-Emissionen im Betrieb des Verbrennungsmotors (1) mit dem NOx-Sensor (6); und - wenn die vom NOx-Sensor (6) gemessenen NOx-Emissionen einen Schwellenwert übersteigen, Durchführen von Maßnahmen zur Reduzierung der NOx-Emissionen bis der Schwellenwert wieder unterschritten wird.Method for operating an exhaust aftertreatment system having a three-way catalytic converter (5) of an internal combustion engine (1) of a motor vehicle, comprising the following steps: - Providing a NOx sensor (6) on the three-way catalyst (5) or downstream of the three-way catalyst (5) in an exhaust pipe (2) of the internal combustion engine (1); - Measuring the NOx emissions during operation of the internal combustion engine (1) with the NOx sensor (6); and - if the NOx emissions measured by the NOx sensor (6) exceed a threshold, implementing measures to reduce NOx emissions until the threshold falls below the threshold again. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Maßnahme zur Reduzierung der NOx-Emissionen eine Zündverzögerung am Verbrennungsmotor (1) durchgeführt wird.Method according to Claim 1 , characterized in that as a measure to reduce the NOx emissions, an ignition delay on the internal combustion engine (1) is performed. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Maßnahme zur Reduzierung der NOx-Emissionen eine Abgasrückführung durchgeführt oder deren Rate erhöht wird.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that as a measure to reduce the NOx emissions exhaust gas recirculation performed or their rate is increased. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Maßnahme zur Reduzierung der NOx-Emissionen ein elektrisches Aufheizen des Dreiwegekatalysators (5) durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that as a measure for reducing the NOx emissions, an electrical heating of the three-way catalyst (5) is performed. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es während der Aufheizphase des Dreiwegekatalysators (5) durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that it is carried out during the heating phase of the three-way catalyst (5). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es durchgeführt wird, wenn sich der Verbrennungsmotor (1) in der Lambda-1-Regelphase befindet.Method according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that it is performed when the internal combustion engine (1) is in the lambda-1 control phase. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Sensor (6) Lambda-Informationen ermittelt und diese zur Lambda-Regelung verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the NOx sensor (6) determines lambda information and these are used for lambda control. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Feststellung, dass das ermittelte Lambda-Informationssignal über einem Spannungsschwellenwert liegt, Maßnahmen zur Reduzierung der NOx-Emissionen durchgeführt werden.Method according to Claim 7 characterized in that upon determining that the detected lambda information signal is above a voltage threshold, measures are taken to reduce NOx emissions. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Sensor (6) zusätzlich für die Diagnose des Dreiwegekatalysators (5) verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the NOx sensor (6) is additionally used for the diagnosis of the three-way catalytic converter (5). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dreiwegekatalysator (5) als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn die vom NOx-Sensor (6) gemessenen NOx-Emissionen über einem Schwellenwert und das vom NOx-Sensor (6) ermittelte Lambda-Informationssignal über einem Spannungsschwellenwert liegen.Method according to Claim 9 , Characterized in that the three-way catalyst (5) is diagnosed as defective if the by the NOx sensor (6) measured NOx emissions detected above a threshold value and from the NOx sensor (6) Lambda-information signal are above a voltage threshold. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher NOx-Sensor (9) stromauf des Dreiwegekatalysators (5) für die Diagnose des Dreiwegekatalysators (5) verwendet wird.Method according to one of Claims 9 or 10 characterized in that an additional NOx sensor (9) upstream of the three way catalyst (5) is used for the diagnosis of the three way catalyst (5). Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche NOx-Sensor (9) Lambda-Informationen ermittelt und diese zur Lambda-Regelung verwendet werden.Method according to Claim 11 , characterized in that the additional NOx sensor (9) determines lambda information and these are used for lambda control. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Effizienz des Dreiwegekatalysators (5) durch Verwendung der von beiden NOx-Sensoren (6, 9) gemessenen NOx-Emissionswerte ermittelt wird, wobei der Dreiwegekatalysator (5) als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn die Effizienz unter einem Schwellenwert und das Lambda-Informationssignal über einem Spannungsschwellenwert liegen.Method according to Claim 12 characterized in that the efficiency of the three-way catalyst (5) is determined by using the NOx emission values measured by both NOx sensors (6, 9), the three-way catalyst (5) being diagnosed as defective when the efficiency is below a threshold and the lambda information signal is above a voltage threshold. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen zur Reduzierung der NOx-Emissionen vor zusätzlichen Aufheizmaßnahmen des Dreiwegekatalysators (5) durchgeführt werden, wenn die vom NOx-Sensor (6) gemessenen NOx-Emissionen einen Schwellenwert übersteigen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measures for reducing the NOx emissions are performed before additional heating measures of the three-way catalytic converter (5) if the NOx emissions measured by the NOx sensor (6) exceed a threshold value. Abgasnachbehandlungsanlage eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, die einen Dreiwegekatalysator aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass am Dreiwegekatalysator (5) oder stromab des Dreiwegekatalysators (5) in einer Abgasleitung (2) des Verbrennungsmotors (1) ein NOx-Sensor (6) vorgesehen ist.Exhaust after-treatment system of an internal combustion engine of a motor vehicle, which has a three-way catalyst, characterized in that the three-way catalyst (5) or downstream of the three-way catalyst (5) in an exhaust pipe (2) of the internal combustion engine (1) is provided a NOx sensor (6). Abgasnachbehandlungsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zusätzlichen NOx-Sensor (9) stromauf des Dreiwegekatalysators (5) aufweist.Exhaust after-treatment plant according to Claim 15 , characterized in that it has a additional NOx sensor (9) upstream of the three-way catalyst (5). Abgasnachbehandlungsanlage nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist.Exhaust after-treatment plant according to Claim 15 or 16 , characterized in that it is suitable for carrying out the method according to one of Claims 1 to 13 is trained.
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