DE102022204865A1 - Verfahren zur Überwachung und Regelung einer Abgasnachbehandlungsanlage mit mehreren in Reihe geschalteten Katalysatoren - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Überwachung und Regelung einer Abgasnachbehandlungsanlage mit mehreren in Reihe geschalteten Katalysatoren (3, 4), umfassend insbesondere einen ersten Dreiwegekatalysator (3) und einen zweiten Dreiwegekatalysator (4), denen über einen Abgaspfad (2) Abgas einer Verbrennungskraftmaschine (10), insbesondere eines Otto-Motors, zugeführt wird, wobei ein zweiter Sauerstofffüllstand (O2Kat2) des zweiten Dreiwegekatalysators (4) in Abhängigkeit eines zweiten Sauerstofffüllstandmodells ermittelt wird, wobei wenn der zweite Sauerstofffüllstand (O2Kat2) des zweiten Dreiwegekatalysators (4) einen ersten vorgebbaren Sauerstofffüllstand (O2,min) unterschreitet, ein mageres Soll-Luftkraftstoffverhältnis (λSoll) für die Verbrennungskraftmaschine (10) eingestellt wird, um den zweiten Dreiwegekatalysator (4) mit Sauerstoff zu beladen, und wenn der zweite Sauerstofffüllstand (O2Kat2) des zweiten Dreiwegekatalysators (4) einen zweiten vorgebbaren Sauerstofffüllstand (O2,max) überschreitet, das Soll-Luftkraftstoffverhältnis (λSoll) auf ein leicht fettes Luftkraftstoffverhältnis umgeschaltet wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Bei einer unvollständigen Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in einem Ottomotor werden neben Stickstoff (N2), Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) eine Vielzahl von Verbrennungsprodukten ausgestoßen, von denen Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx) gesetzlich limitiert sind. Die geltenden Abgasgrenzwerte für Kraftfahrzeuge können nach heutigem Stand der Technik nur mit einer katalytischen Abgasnachbehandlung eingehalten werden. Durch die Verwendung eines Dreiwegekatalysators können die genannten Schadstoffkomponenten konvertiert werden.
  • Eine gleichzeitig hohe Konvertierungsrate für HC, CO und NOx wird bei Dreiwegekatalysatoren nur in einem engen Lambdabereich um den stöchiometrischen Betriebspunkt (Lambda = 1), dem sogenannten „Katalysatorfenster“, erreicht.
  • Bei Abgasanlagen mit mehreren hintereinander verbauten Katalysatoren werden in der Regel alle Katalysatoren im Katalysatorfenster betrieben.
  • Die DE 10 2016 222 418 A1 betrifft wird ein Verfahren zur Regelung einer Füllung eines Abgaskomponentenspeichers eines Katalysators (26) im Abgas eines Verbrennungsmotors (10), bei dem mit einem ersten Katalysatormodell (100) ein Ist-Füllstand (θ-) des Abgaskomponentenspeichers ermittelt wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Lambda-Sollwert (λ) gebildet wird, wobei ein vorbestimmter Soll-Füllstand (θ-) durch ein zu dem ersten Katalysatormodell (100) inverses zweites Streckenmodell (104) in einen Basis-Lambda-Sollwert umgerechnet wird, wobei eine Abweichung des Ist-Füllstandes (θ-) von dem vorbestimmten Soll-Füllstand (θ-) ermittelt und durch eine Füllstandsregelung (124) zu einem Lambda-Sollwert-Korrekturwert verarbeitet wird, eine Summe aus dem Basis-Lambda-Sollwert und dem Lambda-Sollwert-Korrekturwert gebildet wird und die Summe zur Bildung eines Korrekturwertes verwendet wird, mit dem eine Kraftstoffzumessung zu wenigstens einem Brennraum (20) des Verbrennungsmotors (10) beeinflusst wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung und Regelung einer Abgasnachbehandlungsanlage mit mehreren in Reihe geschalteten Katalysatoren, umfassend insbesondere einen ersten Dreiwegekatalysator und einen zweiten Dreiwegekatalysator, denen über einen Abgaspfad Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Otto-Motors, zugeführt wird,
    wobei ein zweiter Sauerstofffüllstand des zweiten Dreiwegekatalysators in Abhängigkeit eines zweiten Sauerstofffüllstandmodells ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der zweite Sauerstofffüllstand des zweiten Dreiwegekatalysators einen ersten vorgebbaren Sauerstofffüllstand unterschreitet, ein mageres Soll-Luftkraftstoffverhältnis für die Verbrennungskraftmaschine eingestellt wird, um den zweiten Dreiwegekatalysator mit Sauerstoff zu beladen, und wenn der zweite Sauerstofffüllstand des zweiten Dreiwegekatalysators einen zweiten vorgebbaren Sauerstofffüllstand überschreitet, das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf ein leicht fettes Luftkraftstoffverhältnis umgeschaltet wird.
  • Das Verfahren hat den besonderen Vorteil, dass durch das Verfahren neben CO, HC- und NOx-Emissionen auch NH3-Emissionen mit der notwendigen Robustheit unter dynamischen Fahrbedingungen, zum Beispiel unter Real Driving Emissions (RDE) Bedingungen reduziert werden können. Durch das Verfahren wird dafür gesorgt, dass stets genügend Sauerstoff für die Abgasreinigung im zweiten Dreiwegekatalysator eingespeichert bleibt. Somit können insbesondere NH3 Emissionsdurchbrüche verhindert werden. Der magere Betrieb des ersten Dreiwegekatalysators verringert zwar die NOx-Reduktion im ersten Dreiwegekatalysators, aber nicht konvertiertes NOx aus dem ersten Dreiwegekatalysator kann im zweiten Dreiwegekatalysator konvertiert werden, da dieser in den Phasen, in denen der erste Dreiwegekatalysator mit einem mageren Luftkraftstoffverhältnis betrieben wird, ausreichend freie Sauerstoff-Speicherplätze für die NOx-Reduktion bereitstellt.
  • Weiterhin wird eine Freigabe für das Verfahren erteilt, wenn ein Betriebszustand für die Verbrennungskraftmaschine erkannt wird, bei dem ein Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mit einem Soll-Luftkraftstoffverhältnis nahe 1 durchgeführt wird und der erste und der zweite Dreiwegekatalysator eine vorgebbare Betriebstemperatur erreicht haben.
  • Eine derartige Freigabe erfolgt, wenn das System sehr nahe um einen Lambdawert 1 betrieben wird, also keine Betriebsarten vorliegen, welche mit hoher Priorität einen sehr fetten oder sehr mageren Lambdawerte aktiv anfordern.
  • Vorteilhaft ist es, wenn der erste und der zweite Dreiwegekatalysator eine Betriebstemperatur von mindestens 280°C erreicht haben.
  • In einer besonderen Ausgestaltung wird die Freigabe nur erteilt, wenn keine Partikelfilterregeneration oder aktive Katalysatordiagnose vorliegen. Weitere Beispiele für solche aktiven Lambdaanforderungen sind Funktionen, welche einen Bauteilschutz der Lambda-, NOx- und/oder Temperatursensoren im Abgasstrang durchführen.
  • Ferner wird mittels eines dritten Lambdasensors der Sauerstofffüllungszustand des zweiten Dreiwegekatalysators ermittelt.
  • Weiterhin entspricht ein leicht fettes Soll-Luftkraftstoffverhältnis einem Luftkraftstoffverhältnis kleiner als 1, insbesondere einem Luftkraftstoffverhältnis zwischen 0,998 und 0,999, insbesondere 0,999 oder einer Sondenspannung der zweiten Lambdasonde zwischen 600 mV und 750 mV.
  • Weiterhin kann das erste Sauerstofffüllstandmodell für den ersten Dreiwegekatalysator in Abhängigkeit eines ersten Ist-Lambdawerts stromaufwärts des ersten Dreiwegekatalysators und/oder eines Abgasmassenstroms und/oder einer ersten Katalysatortemperatur des ersten Dreiwegekatalysators und/oder eines zweiten Ist-Lambdawerts stromabwärts des ersten Dreiwegekatalysators und/oder einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und/oder eines Sauerstoffmassenstroms stromaufwärts des ersten Dreiwegekatalysators und/oder eines Alterungsfaktors für den ersten Dreiwegekatalysators ermittelt werden.
  • Ferner kann das Sauerstofffüllstandmodell für den zweiten Dreiwegekatalysator (4) in Abhängigkeit eines Ist-Lambdawerts λ2,ISt) stromaufwärts des zweiten Dreiwegekatalysators (4) und/oder eines Abgasmassenstroms und/oder einer zweiten Katalysatortemperatur (TKat2) des zweiten Dreiwegekatalysators (4) und/oder eines Ist-Lambdawerts λ3,Ist) stromabwärts des zweiten Dreiwegekatalysators (4) und/oder einer Drehzahl der
  • Verbrennungskraftmaschine (10) und/oder eines Sauerstoffmassenstroms stromaufwärts des zweiten Dreiwegekatalysators (4) und/oder eines Alterungsfaktors für den zweiten Dreiwegekatalysators (4) ermittelt werden.
  • Weiterhin entspricht ein mageres Soll-Luftkraftstoffverhältnis einem Luftkraftstoffverhältnis größer als 1, insbesondere zwischen 1 und 1,05.
  • Ferner kann der erste vorgebbare Sauerstofffüllstand einem Sauerstofffüllstand von 20% für den zweiten Dreiwegekatalysator entsprechen.
  • Ferner kann der zweite vorgebbare Sauerstofffüllstand einem Sauerstofffüllstand von 70 bis 80% für den zweiten Dreiwegekatalysator entsprechen.
  • In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät und ein Computerprogramm, die zur Ausführung eines der Verfahren eingerichtet, insbesondere programmiert, sind. In einem noch weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage und
    • 2 ein Flussdiagramm zur graphischen Darstellung des Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Der 1 ist ein Verbrennungskraftmaschine 100 zu entnehmen, der einlassseitig an einen Frischluftpfad 5 und auslassseitig an einen Abgaspfad 2 angeschlossen ist. Über den Frischluftpfad 5 wird die Verbrennungskraftmaschine 10 mit Luft versorgt, wobei die Luftversorgung mit Hilfe einer im Frischluftpfad 5 angeordneten Drosselklappe 9 gesteuert wird. Über den Abgaspfad 2 wird das bei dem Verbrennungsprozess in der Verbrennungskraftmaschine 10 anfallende Abgas abgeführt. Das Abgas wird dabei einer Abgasnachbehandlung unterzogen. Hierzu sind im Abgaspfad 2 beispielhaft zwei in Reihe geschaltete Katalysatoren 3, 4, welche eine Fähigkeit zur Speicherung von Sauerstoff aufweisen.
    Im Weiteren wird beispielhaft von einem ersten und zweiten Dreiwegekatalysator 3, 4 gesprochen.
  • Die Diagnose des Abgasnachbehandlungsanlage wird mit Hilfe einer Messeinrichtung 8 durchgeführt, die vorliegend eine erste Lambdasonde 8.1 stromaufwärts des ersten Dreiwegekatalysators 3 und eine zweite Lambdasonde 8.2 stromabwärts des erstem Dreiwegekatalysator 4 umfasst. Optional kann im System auch eine weitere Lambdasonde 8.3 stromabwärts des zweiten Dreiwegekatalysators 4 im Abgaspfad 2 angeordnet sein. Die erste Lambdasonde 8.1 kann in Verbindung mit der zweiten Lambdasonde 8.2 zur Diagnose des ersten Dreiwegekatalysators 3 genutzt werden.
  • Die erste Lambdasonde 8.1 kann dabei einen ersten Ist-Lambdawert λ1,Ist, die zweite Lambdasonde 8.2 einen zweiten Ist-Lambdawert λ2,Ist und die dritte Lambdasonde 8.3 einen dritten Ist-Lambdawert λ3,Ist ermitteln. Diese Ist-Lambdawerte werden dabei durch das Steuergerät 100 empfangen und gespeichert.
  • In einer alternativen Ausgestaltung kann die dritte Lambdasonde 8.2, 8.3 auch als NOx-Sensor ausgestaltet sein, welche zum einen die Ist-Lambdawerte λ1,ISt, λ2,Ist, λ3,Ist sowie auch Ist-NOx-Werte und/oder Ist-NH3-Werte ermitteln können. Weiterhin können die Katalysatortemperaturen TKat1 , TKat2 des ersten und des zweiten Dreiwegekatalysators 3, 4, vorzugsweise über ein Temperaturmodell oder durch jeweils einen Temperatursensor ermittelt werden.
  • Die Diagnose beider Dreiwegekatalysatoren 3, 4 wird jeweils konventionell durch zeitliches Messen und Auswerten eines Lambdasprungs (siehe in der 1 die Graphik unter den beiden Dreiwegekatalysatoren 3, 4) durchgeführt. Die Lambdasonden 8.1, 8.2, 8.3 sind hierzu in datenübertragender Weise mit einem Steuergerät 100 verbunden.
  • Zur Ermittlung eines Sauerstofffüllstands ist im Steuergerät 100 für beide Dreiwegekatalysatoren 3, 4 ein Sauerstofffüllstandmodell gespeichert.
  • Ein erster Sauerstofffüllstand O2Kat1 für den ersten Dreiwegekatalysator 3 wird mittels eines ersten Sauerstofffüllstandmodells vorzugsweise in Abhängigkeit des ersten Ist-Lambdawerts λ1,Ist stromaufwärts des ersten Dreiwegekatalysators (3) und/oder eines Abgasmassenstroms und/oder einer ersten Katalysatortemperatur TKat1 des ersten Dreiwegekatalysators 3 und/oder des zweiten Ist-Lambdawerts λ2,Ist stromabwärts des ersten Dreiwegekatalysators 3 und/oder einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10 und/oder eines Sauerstoffmassenstroms stromaufwärts des ersten Dreiwegekatalysators 3 und/oder eines Alterungsfaktors für den ersten Dreiwegekatalysators 3 ermittelt.
  • Ein zweiter Sauerstofffüllstand O2Kat2 für den zweiten Dreiwegekatalysator 4 wird mittels eines zweiten Sauerstofffüllstandmodells vorzugsweise in Abhängigkeit des zweiten Ist-Lambdawerts λ2,Ist stromaufwärts des zweiten Dreiwegekatalysators 4 und/oder des Abgasmassenstroms und/oder einer zweiten Katalysatortemperatur TKat2 des zweiten Dreiwegekatalysators 4 und/oder des dritten Ist-Lambdawerts λ3,Ist stromabwärts des zweiten Dreiwegekatalysators 4 und/oder der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10 und/oder eines Sauerstoffmassenstroms stromaufwärts des zweiten Dreiwegekatalysators 4 und/oder eines Alterungsfaktors für den zweiten Dreiwegekatalysators 4 ermittelt.
  • Weiterhin ist auf dem Steuergerät 100 ein Einspritzmodell gespeichert, welches in bekannter Weise die Verbrennung und Regelung der Verbrennungskraftmaschine 10 übernimmt, beispielsweise auch die Regelung eines Soll-Luftkraftstoffverhältnisses λSoll. Weiterhin sind Messgrößen wie der Abgasmassenstrom und die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10 in bekannter Weise im Steuergerät 100 hinterlegt.
    In der 1 sind ferner ein Turbolader 12 im Abgaspfad 2 und ein Verdichter 11 im Frischluftpfad 5 dargestellt. Diese sind optional bzw. nicht erfindungswesentlich und werden daher nicht näher beschrieben.
  • Die 2 zeigt beispielhaft den Ablauf des Verfahrens zur Überwachung und Regelung einer Abgasnachbehandlungsanlage mit mehreren in Reihe geschalteten Katalysatoren 3, 4. Das folgende Ausführungsbeispiel beschreibt eine Abgasnachbehandlungsanlage mit Dreiwegekatalysatoren 3, 4. Es werden beispielhaft die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
  • In einem ersten Schritt 200 wird eine Freigabebedingung für das Verfahren abgeprüft. Hierzu wird eine erste Katalysatortemperatur TKat1 des ersten Dreiwegekatalysators 3 und eine zweite Katalysatortemperatur TKat2 des zweiten Dreiwegekatalysators 4 durch das Steuergerät 100 ermittelt. Überschreitet die erste und die zweite Katalysatortemperatur TKat1 , TKat2 eine vorgebbare Temperatur TKat,min dann ist die Betriebstemperatur für den ersten und den zweiten Dreiwegekatalysator 3, 4 erreicht.
  • Ebenfalls wird mittels des Steuergeräts 100 überprüft, ob die Verbrennungskraftmaschine 10 mit einem Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll nahe Lambda gleich 1 betrieben wird. Hierzu wird vorzugsweise im Steuergerät 100 geprüft, ob das von dem Einspritzmodell vorgegebene Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll zwischen 0,9985 < λsoll < 1,0005 liegt.
  • Ist die Betriebstemperatur für den ersten und den zweiten Dreiwegekatalysator 3, 4 erreicht und wird die Verbrennungskraftmaschine 10 mit einem Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll nahe Lambda gleich 1 betrieben, so wird das Verfahren freigegeben und in einem Schritt 210 fortgesetzt.
  • In einem Schritt 210 wird mittels des zweiten Sauerstofffüllstandmodells kontinuierlich der zweite Sauerstofffüllstand O2Kat2 des zweiten Katalysators 4 ermittelt. Unterschreitet der zweite Sauerstofffüllstand O2Kat2 einen ersten vorgebbaren Sauerstofffüllstand O2,min, insbesondere einen Sauerstofffüllstand von kleiner 20 %, für den zweiten Dreiwegekatalysator 4 wird das Verfahren in einem Schritt 220 fortgesetzt.
  • In einem Schritt 220 wird dann mittels des Einspritzmodells ein mageres Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll, insbesondere ein Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll zwischen Lambda 1 bis 1,05, mittels des Steuergeräts angefordert. Durch die magere Verbrennung wird ein Abgas mit Sauerstoffüberschuss erzeugt.
  • In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung wird kontinuierlich der zweite Sauerstofffüllstand O2Kat2 mittels des zweiten Sauerstofffüllstandmodells für den zweiten Katalysator 4 überwacht. Überschreitet der zweite Sauerstofffüllstand O2Kat2 einen zweiten vorgebbaren Sauerstofffüllstand O2,max wird das Verfahren in einem Schritt 230 fortgesetzt.
  • In einer alternativen Ausgestaltung wird der zweite Ist-Lambdawert λIst,2 der zweiten Lambdasonde 8.2 überwacht. Stellt die zweite Lambdasonde 8.2 einen Sprung von einem mageren Luftkraftstoffverhältnis auf ein fettes Luftkraftstoffverhältnis fest, so wird das Verfahren im Schritt 230 fortgesetzt. Alternativ kann kontinuierlich ein erster Gradient für den zweiten Ist-Lambdawert λIst,2 durch das Steuergerät 100 ermittelt werden und wenn der erste Gradient einen vorgebbare Gradientenschwellenwert Sgrad1 unterschreitet, wird das Verfahren in einem Schritt 230 fortgesetzt.
  • Alternativ kann, wenn der zweite Ist-Lambdawert λIst,2 zwischen 1 < Ist-Lambdawert λIst,2 < 1,01 liegt, kontinuierlich ein erster Gradient für den zweiten Ist-Lambdawert λIst,2 durch das Steuergerät 100 ermittelt werden und wenn der erste Gradient einen vorgebbaren Gradientenschwellenwert Sgrad1 unterschreitet, wird das Verfahren in einem Schritt 230 fortgesetzt.
  • Der Gradientenschwellenwert Sgrad1 ist dabei so gewählt, dass er einem Sprung von magerem Luftkraftstoffverhältnis auf ein fettes Luftkraftstoffverhältnis entspricht bzw. einem vorgebbaren Sauerstofffüllzustand für den zweiten Dreiwegekatalysator 4, insbesondere einem Sauerstofffüllstand zwischen 10-20%, entspricht.
  • Das Verfahren kann in einem Schritt 230 fortgesetzt werden.
  • In einem Schritt 230 wird ein Ausräumen des im ersten Dreiwegekatalysator 3 eingespeicherten Sauerstoffs angefordert. Das Steuergerät 100 stellt dabei ein fettes Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll in Abhängigkeit des ersten Sauerstofffüllstands O2Kat1 aus einem Kennfeld ein. Vorzugsweise wird ein fettes Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll zwischen 0,8 und 0,9 eingestellt, um den ersten Dreiwegekatalysator 3 schnell auszuräumen. Anschließend wird das Verfahren in einem Schritt 240 fortgesetzt.
  • In einem Schritt 240 wird durch das Steuergerät 100 auf ein leicht fettes Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll umgeschaltet. Unter einem leicht fetten Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll wird ein Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll zwischen 0,998 und 0,999 verstanden. Alternativ kann das Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll auch in Abhängigkeit der Lambdasondenspannung zwischen 600 mV und 750 mV eingestellt und ermittelt werden.
  • Durch diese Betriebsstrategie sinkt der Sauerstofffüllstand im zweiten Dreiwegekatalysator 4 langsam ab. Dies hat den besonderen Vorteil, dass durch das Verfahren neben CO-, HC- und NOx-Emissionen auch NH3-Emissionen mit der notwendigen Robustheit unter dynamischen Fahrbedingungen, zum Beispiel unter Real Driving Emissions (RDE) Bedingungen reduziert werden können. Durch das Verfahren wird dafür gesorgt, dass stets genügend Sauerstoff für die Abgasreinigung im zweiten Dreiwegekatalysator 4 eingespeichert bleibt. Somit können insbesondere NH3 Emissionsdurchbrüche verhindert werden. Der magere Betrieb des ersten Dreiwegekatalysators 3 verringert zwar die NOx-Reduktion im ersten Dreiwegekatalysators 3, aber nicht konvertiertes NOx aus dem ersten Dreiwegekatalysator 3 kann im zweiten Dreiwegekatalysator 4 konvertiert werden, da dieser in den Phasen, in denen der erste Dreiwegekatalysator 3 mit einem mageren Luftkraftstoffverhältnis betrieben wird, ausreichend freie Sauerstoff-Speicherplätze für die NOx-Reduktion bereitstellt. Unterschreitet der zweite Sauerstofffüllstand O2Kat2 des zweiten Dreiwegekatalysators 4 den vorgebbaren ersten Sauerstofffüllstand O2,min wird das Verfahren im Schritt 220 fortgesetzt oder kann beendet werden.
  • Die 3 zeigt beispielhaft einen zweiten Ablauf des Verfahrens zur Überwachung und Regelung einer Abgasnachbehandlungsanlage mit mehreren in Reihe geschalteten Katalysatoren 3, 4. Das folgende Beispiel beschreibt eine Abgasnachbehandlungsanlage mit Dreiwegekatalysatoren 3, 4. Es werden beispielhaft die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
  • In einem ersten Schritt 300 wird eine Freigabebedingung für das Verfahren abgeprüft. Hierzu wird eine erste Katalysatortemperatur TKat1 des ersten Dreiwegekatalysators 3 und eine zweite Katalysatortemperatur TKat2 des zweiten Dreiwegekatalysators 4 durch das Steuergerät 100 ermittelt. Überschreitet die erste und die zweite Katalysatortemperatur TKat1 , TKat2 eine vorgebbare Temperatur TKat,min dann ist die Betriebstemperatur für den ersten und den zweiten Dreiwegekatalysator 3, 4 erreicht.
  • Ebenfalls wird mittels des Steuergeräts 100 überprüft, ob die Verbrennungskraftmaschine 10 mit einem Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll nahe Lambda gleich 1 betrieben wird. Hierzu wird vorzugsweise im Steuergerät 100 geprüft, ob das von dem Einspritzmodell vorgegebene Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll zwischen 0,9985 < λsoll< 1,0005 liegt.
  • Ist die Betriebstemperatur für den ersten und den zweiten Dreiwegekatalysator 3, 4 erreicht und wird die Verbrennungskraftmaschine 10 mit einem Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll nahe Lambda gleich 1 betrieben, so wird das Verfahren freigegeben und in einem Schritt 310 fortgesetzt.
  • In einem Schritt 310 wird der dritte Ist-Lambdawert λ3,Ist der dritten Lambdasonde 8.3 durch das Steuergerät 100 kontinuierlich ermittelt. Wird mittels der dritten Lambdasonde 8.3 eine fette Verbrennung oder eine Verschiebung der Verbrennung von mager nach fett erkannt, so wird das Verfahren im Schritt 320 fortgesetzt. Dies deutet darauf hin, dass der Sauerstoffbeladungszustand des zweiten Dreiwegekatalysators nun zu gering ist.
  • Beispielsweise kann im Schritt 320 fortgesetzt werden, wenn der dritte Ist-Lambdawert λ3,Ist kleiner als 1 ermittelt.
  • Alternativ kann, wenn der dritte Ist-Lambdawert λIst,3 zwischen 1 < Ist-Lambdawert λIst,3 < 1,01 liegt, kontinuierlich ein zweiter Gradient für den dritten Ist-Lambdawert λIst,3 durch das Steuergerät 100 ermittelt werden und wenn der zweite Gradient einen vorgebbaren zweiten Gradientenschwellenwert Sgrad2 unterschreitet, wird das Verfahren in einem Schritt 320 fortgesetzt. Der zweite Gradientenschwellenwert Sgrad2 ist dabei so gewählt, dass er einem Sprung von magerem Luftkraftstoffverhältnis auf ein fettes Luftkraftstoffverhältnis entspricht bzw. einem vorgebbaren Sauerstofffüllungszustand für den zweiten Dreiwegekatalysator 4, insbesondere zwischen 10-20% Sauerstofffüllstand, entspricht.
  • In einer alternativen Ausgestaltung kann der dritte Lambdasensor 8.3 auch als ein NOx-Sensor ausgestaltet sein. Dieser kann den dritten Ist-Lambdawert λ3,Ist sowie auch einen Ist-NH3-Wert NH33,Ist ermitteln. Wird mittels des dritten Lambdasensors 8.3 NH3 festgestellt, insbesondere wenn der Ist-NH3-Wert NH33,Ist < 0 detektiert wird, wird das Verfahren im Schritt 320 fortgesetzt.
  • In einem Schritt 320 wird dann mittels des Einspritzmodells ein mageres Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll, insbesondere ein Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll zwischen Lambda 1 bis 1,05, mittels des Steuergeräts 100 angefordert. Durch die magere Verbrennung wird ein Abgas mit Sauerstoffüberschuss erzeugt.
  • In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung wird kontinuierlich der zweite Sauerstofffüllstand O2Kat2 mittels des zweiten Sauerstofffüllstandmodells für den zweiten Dreiwegekatalysator 4 überwacht. Überschreitet der zweite Sauerstofffüllstand O2Kat2 einen zweiten vorgebbaren Sauerstofffüllstand O2,max wird das Verfahren in einem Schritt 230 fortgesetzt.
  • In einer alternativen Ausgestaltung wird der zweite Ist-Lambdawert λ2,Ist der zweiten Lambdasonde 8.2 kontinuierlich überwacht. Stellt diese zweite Lambdasonde 8.2 einen Sprung von einem mageren Lambda auf ein fettes Lambda fest, so wird das Verfahren im Schritt 330 fortgesetzt.
  • In einem Schritt 330 wird ein Ausräumen des im ersten Dreiwegekatalysator 3 eingespeicherten Sauerstoffs angefordert. Das Steuergerät 100 stellt dabei ein fettes Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll in Abhängigkeit des ersten Sauerstofffüllstands O2Kat1 aus einem Kennfeld ein. Vorzugsweise wird ein fettes Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll zwischen 0,8 und 0,9 eingestellt, um den ersten Dreiwegekatalysator 3 schnell auszuräumen.
  • Die Entleerung des ersten Dreiwegekatalysators 3 kann vorzugsweise über das erste Sauerstofffüllungsmodell ermittelt werden. Unterschreitet dabei der erste Sauerstofffüllstand O2Kat1 des ersten Dreiwegekatalysators 3 einen vorgebbaren Sauerstofffüllstand, so wird das Verfahren im Schritt 340 fortgesetzt.
  • Alternativ kann die Entleerung auch mittels des zweiten Ist-Lambdawerts λ2,Ist der zweiten Lambdasonde 8.2 durchgeführt werden. Stellt die zweite Lambdasonde 8.2 einen Sprung von einem mageren Luftkraftstoffverhältnis auf ein fettes Luftkraftstoffverhältnis fest, so wird das Verfahren im Schritt 340 fortgesetzt.
  • In einem Schritt 340 wird durch das Steuergerät 100 auf ein leicht fettes Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll umgeschaltet. Unter einem leicht fetten Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll wird ein Luftkraftstoffverhältnis zwischen 0,998 und 0,999 verstanden. Alternativ kann das Soll-Luftkraftstoffverhältnis λsoll auch in Abhängigkeit der Lambdasondenspannung zwischen 600 mV und 750 mV eingestellt und ermittelt werden. Durch diese Betriebsstrategie für das Luftkraftstoffverhältnis sinkt der zweite Sauerstofffüllstand O2Kat2 im zweiten Dreiwegekatalysator 4 nur langsam ab. Dies hat den besonderen Vorteil, dass durch das Verfahren neben CO-, HC- und NOx-Emissionen auch NH3-Emissionen mit der notwendigen Robustheit unter dynamischen Fahrbedingungen, zum Beispiel unter Real Driving Emissions (RDE) Bedingungen reduziert werden können. Durch das Verfahren wird dafür gesorgt, dass stets genügend Sauerstoff für die Abgasreinigung im zweiten Dreiwegekatalysator 4 eingespeichert bleibt. Somit können insbesondere NH3 Emissionsdurchbrüche verhindert werden. Der magere Betrieb des ersten Dreiwegekatalysators 3 verringert zwar die NOx-Reduktion im ersten Dreiwegekatalysators 3, aber nicht konvertiertes NOx aus dem ersten Dreiwegekatalysators 3 kann im zweiten Dreiwegekatalysators 4 konvertiert werden, da dieser in den Phasen, in denen der erste Dreiwegekatalysators 3 mit einem mageren Luftkraftstoffverhältnis betrieben wird, ausreichend freie Sauerstoff-Speicherplätze für die NOx-Reduktion bereitstellt. Unterschreitet der zweite Sauerstofffüllstand O2Kat2 des zweiten Dreiwegekatalysators 4 den ersten vorgebbaren Sauerstofffüllstand O2,min wird das Verfahren im Schritt 320 fortgesetzt oder kann beendet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016222418 A1 [0004]

Claims (14)

  1. Verfahren zur Überwachung und Regelung einer Abgasnachbehandlungsanlage mit mehreren in Reihe geschalteten Katalysatoren (3, 4), umfassend insbesondere einen ersten Dreiwegekatalysator (3) und einen zweiten Dreiwegekatalysator (4), denen über einen Abgaspfad (2) Abgas einer Verbrennungskraftmaschine (10), insbesondere eines Otto-Motors, zugeführt wird, wobei ein zweiter Sauerstofffüllstand (O2Kat2) des zweiten Dreiwegekatalysators (4) in Abhängigkeit eines zweiten Sauerstofffüllstandmodells ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der zweite Sauerstofffüllstand (O2Kat2) des zweiten Dreiwegekatalysators (4) einen ersten vorgebbaren Sauerstofffüllstand (O2,min) unterschreitet, ein mageres Soll-Luftkraftstoffverhältnis (λSoll) für die Verbrennungskraftmaschine (10) eingestellt wird, um den zweiten Dreiwegekatalysator (4) mit Sauerstoff zu beladen, und wenn der zweite Sauerstofffüllstand (O2Kat2) des zweiten Dreiwegekatalysators (4) einen zweiten vorgebbaren Sauerstofffüllstand (O2,max) überschreitet, das Soll-Luftkraftstoffverhältnis (λSoll) auf ein leicht fettes Luftkraftstoffverhältnis umgeschaltet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Freigabe für das Verfahren erteilt wird, wenn ein Betriebszustand für die Verbrennungskraftmaschine (10) erkannt wird, bei dem ein Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (10) mit einem Soll-Luftkraftstoffverhältnis (λSoll) nahe 1 durchgeführt wird, und der erste und der zweite Dreiwegekatalysator (3,4) eine vorgebbare Betriebstemperatur (TKat,min) erreicht haben.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Dreiwegekatalysator (3, 4) eine Betriebstemperatur (TKat,min) von mindestens 280°C erreicht haben.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass keine Partikelfilterregeneration oder aktive Katalysatordiagnose vorliegen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines dritten Lambdasensors (8.3) der Sauerstofffüllungszustand des zweiten Dreiwegekatalysators ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein leicht fettes Soll-Luftkraftstoffverhältnis (λSoll) einem Luftkraftstoffverhältnis kleiner als 1, insbesondere einem Luftkraftstoffverhältnis zwischen 0,998 und 0,999, insbesondere 0,999, entspricht oder wenn eine Lambdasondenspannung der zweiten Lambdasonde (8.2) zwischen 600 mV und 750 mV beträgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sauerstofffüllstandmodell für den ersten Dreiwegekatalysator (3) in Abhängigkeit eines ersten Ist-Lambdawerts (λ1,Ist) stromaufwärts des ersten Dreiwegekatalysators (3) und/oder eines Abgasmassenstroms und/oder einer ersten Katalysatortemperatur (TKat1) des ersten Dreiwegekatalysators (3) und/oder eines zweiten Ist-Lambdawerts (λ2,Ist) stromabwärts des ersten Dreiwegekatalysators (3) und/oder einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (10) und/oder eines Sauerstoffmassenstroms stromaufwärts des ersten Dreiwegekatalysators (3) und/oder eines Alterungsfaktors für den ersten Dreiwegekatalysators (3) ermittelt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sauerstofffüllstandmodell für den zweiten Dreiwegekatalysator (4) in Abhängigkeit eines Ist-Lambdawerts (λ2,Ist) stromaufwärts des zweiten Dreiwegekatalysators (4) und/oder eines Abgasmassenstroms und/oder einer zweiten Katalysatortemperatur (TKat2) des zweiten Dreiwegekatalysators (4) und/oder eines Ist-Lambdawerts (λ3,Ist) stromabwärts des zweiten Dreiwegekatalysators (4) und/oder einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (10) und/oder eines Sauerstoffmassenstroms stromaufwärts des zweiten Dreiwegekatalysators (4) und/oder eines Alterungsfaktors für den zweiten Dreiwegekatalysators (4) ermittelt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eins mageres Soll-Luftkraftstoffverhältnis (λSoll) einem Luftkraftstoffverhältnis größer als 1, insbesondere zwischen 1 und 1,05, entspricht.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste vorgebbare Sauerstofffüllstand (O2,min) einem Sauerstofffüllstand von 20% für den zweiten Dreiwegekatalysator (4) entspricht.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite vorgebbare Sauerstofffüllstand (O2,max) einem Sauerstofffüllstand von 70 bis 80% für den zweiten Dreiwegekatalysator (4) entspricht.
  12. Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen.
  13. Elektronisches Speichermedium mit einem Computerprogramm nach Anspruch 12.
  14. Vorrichtung, insbesondere Steuergerät (100), welches dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.
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