DE10221568A1 - Method for controlling a NO¶x¶ storage catalytic converter - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines NOX-Speicherkatalysators mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen. The invention relates to a method for controlling a NO x storage catalytic converter with the features mentioned in the preamble of claim 1.
Zur Nachbehandlung von Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen ist es allgemein üblich, das Abgas katalytisch zu reinigen. Dazu wird das Abgas über mindestens einen Katalysator geleitet, der eine Konvertierung einer oder mehrerer Schadstoffkomponenten des Abgases vornimmt. Es sind unterschiedliche Arten von Katalysatoren bekannt. For the aftertreatment of exhaust gases from internal combustion engines, it is common practice to catalytically clean the exhaust gas. For this purpose, the exhaust gas is at least one catalyst directed the conversion of one or more pollutant components of the exhaust gas performs. Different types of catalysts are known.
Oxidationskatalysatoren fördern die Oxidation von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO), während Reduktionskatalysatoren eine Reduzierung von Stickoxiden (NOX) des Abgases unterstützen. Ferner werden 3-Wege-Katalysatoren verwendet, um die Konvertierung der drei vorgenannten Komponenten (HC, CO, NOX) gleichzeitig zu katalysieren. Die Verwendung eines 3-Wege-Katalysators ist jedoch nur möglich, wenn ein streng stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei λ = 1 vorliegt. Oxidation catalysts promote the oxidation of unburned hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO), while reduction catalysts help reduce nitrogen oxides (NO x ) in the exhaust gas. Furthermore, 3-way catalysts are used to catalyze the conversion of the three aforementioned components (HC, CO, NO X ) at the same time. However, the use of a 3-way catalytic converter is only possible if there is a strictly stoichiometric air-fuel ratio at λ = 1.
Zur Optimierung des Verbrauchs von Kraftfahrzeugen werden unter anderem magerlauffähige Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt. In einem verbrauchsgünstigen Magerbetrieb, bei dem die Verbrennungskraftmaschine mit Sauerstoffüberschuss, das heißt mit λ > 1, gefahren wird, ist eine vollständige 3-wege-katalytische Umsetzung von NOX nicht möglich. Bei derartigen Verbrennungskraftmaschinen werden daher NOX- Speicherkatalysatoren eingesetzt, die neben einer katalytischen Komponente einen NOX- Speicher enthalten, der in den mageren Betriebsphasen NOX in Form von Nitrat speichert. In zwischengeschalteten fetten Regenerationsphasen bei λ < 1, bei denen HC und CO gebildet werden, die als Reduktionsmittel wirken, werden die Nitrate zu Stickstoff N2 reduziert. Häufig ist dem NOX-Speicherkatalysator noch ein Katalysator, beispielsweise ein 3-Wege- Katalysator, vorgeschaltet. Among other things, lean-burn internal combustion engines are used to optimize the consumption of motor vehicles. In a fuel-efficient lean-burn operation in which the internal combustion engine is operated with an excess of oxygen, that is to say with λ> 1, a complete 3-way catalytic conversion of NO x is not possible. In internal combustion engines of this type, therefore, NO x storage catalysts are used which, in addition to a catalytic component, contain a NO x storage which stores NO x in the form of nitrate in the lean operating phases. In intermediate rich regeneration phases at λ <1, in which HC and CO are formed, which act as reducing agents, the nitrates are reduced to nitrogen N 2 . A catalyst, for example a 3-way catalyst, is often connected upstream of the NO x storage catalyst.
In einfachen Verfahren zur Steuerung des NOX-Speicherkatalysators wird eine Regenerationsdauer mittels einer fetten Abgasatmosphäre fest vorgegeben. Dabei kann nachteilhafterweise der tatsächliche Beladungszustand des NOX-Speicherkatalysators und eine aktuelle Regenerationsrate desselben nicht berücksichtigt werden. Eine solche Vorgehensweise birgt daher die Gefahr, dass die Regenerationsdauer zu kurz oder zu lang gewählt wird, wobei im ersten Fall eine unvollständige Regeneration des Speichers und im zweiten Fall ein unnötiger Kraftstoffmehrverbrauch sowie eine Emission umweltschädlicher Reduktionsmittel (HC und CO) in Kauf genommen wird. In simple processes for controlling the NO x storage catalytic converter, a regeneration period is predefined by means of a rich exhaust gas atmosphere. The actual loading state of the NO x storage catalytic converter and a current regeneration rate thereof cannot be taken into account disadvantageously. Such a procedure therefore harbors the risk that the regeneration period is too short or too long, in the first case an incomplete regeneration of the storage and in the second case an unnecessary increase in fuel consumption and an emission of environmentally harmful reducing agents (HC and CO) are accepted.
Weiterhin sind Verfahren bekannt, bei denen mit Hilfe einer stromab des NOX- Speicherkatalysators angeordneten Sensorik in Form eines NOX-Sensors oder einer Lambda-Sonde, die einen Sauerstoffanteil des Abgases misst, der Regenerationsverlauf überwacht wird. Dabei zeigt ein sinkender Sauerstoffanteil im Abgas einen verminderten Reduktionsmittelumsatz am NOX-Speicher und somit steigende Anteile der Reduktionsmittel im Abgas an. Um Reduktionsmitteidurchbrüche zu vermeiden, wird die NOX-Regeneration abgebrochen, das heißt die Verbrennungskraftmaschine wieder in einen mageren Betriebsmodus umgeschaltet, sobald der gemessene Sauerstoffanteil einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet beziehungsweise eine Sensorspannung eine entsprechende Grenzspannung überschreitet. Dieses Verfahren ist mit dem Nachteil verbunden, dass der Sensor erst reagieren kann, wenn bereits ein gewisser Reduktionsmitteldurchbruch auftritt. Zudem ist bei diesen Verfahren das Rohr zwischen Motor und Katalysator am Ende der Regeneration, wenn der Motor den Regenerationsbetrieb verlässt, noch mit fettem Abgas gefüllt. Dies trägt deutlich zu einer Erhöhung des Reduktionsmitteldurchbruches am Regenerationsende bei. Methods are also known in which the regeneration process is monitored with the aid of a sensor system arranged downstream of the NO x storage catalytic converter in the form of a NO x sensor or a lambda probe, which measures an oxygen content of the exhaust gas. A decreasing proportion of oxygen in the exhaust gas indicates a reduced reductant conversion in the NO x store and thus an increasing proportion of the reductant in the exhaust gas. In order to avoid breakthroughs in reducing agents, the NO x regeneration is terminated, that is, the internal combustion engine is switched back to a lean operating mode as soon as the measured oxygen fraction falls below a predetermined limit value or a sensor voltage exceeds a corresponding limit voltage. This method has the disadvantage that the sensor can only react when a certain reductant breakthrough has already occurred. In addition, with these methods, the pipe between the engine and catalytic converter is still filled with rich exhaust gas at the end of regeneration, when the engine leaves regeneration mode. This contributes significantly to an increase in reducing agent breakthrough at the end of regeneration.
Zur Einleitung der Regeneration des NOX-Speicherkatalysators sind verschiedene Verfahren bekannt, die üblicherweise auf abgelegten Verhaltensmodellen des NOX- Speicherkatalysators oder auf zum Beispiel mittels eines NOX-Sensors gemessenen Emissionsverläufen beruhen. Besonders im letztgenannten Fall kann es sein, dass die Einleitung einer Regeneration ausschließlich bedarfsgerecht bei entsprechendem NOX- Durchbruch durchgeführt wird. Wie bereits oben ausgeführt, werden die NOX- Regenerationen so durchgeführt, dass die Regeneration beendet wird, sobald das Signal der nachgeschalteten sauerstoffsensitiven Sensorik einen gewissen Schwellwert erreicht oder ein Verhaltensmodell für den Katalysator den Zeitpunkt seiner kompletten Leerung ermittelt hat. Beide Verfahren werden üblicherweise so ausgelegt, dass es nur zu einem geringen Durchbruch von Reduktionsmittel bei Regenerationsende kommt. In Ausnahmefällen kann ein kleiner Überschuss an Reduktionsmittel aus verschiedenen Gründen toleriert werden. Various methods are known for initiating the regeneration of the NO x storage catalytic converter, which are usually based on stored behavior models of the NO x storage catalytic converter or on emission profiles measured by means of a NO x sensor, for example. In the latter case in particular, it may be that the initiation of regeneration is carried out only as required with a corresponding NO x breakthrough. As already explained above, the NO X regenerations are carried out in such a way that the regeneration is ended as soon as the signal from the downstream oxygen-sensitive sensors has reached a certain threshold value or a behavioral model for the catalytic converter has determined the time of its complete emptying. Both processes are usually designed so that there is only a small breakthrough of reducing agent at the end of regeneration. In exceptional cases, a small excess of reducing agent can be tolerated for various reasons.
Bei dieser Verfahrensweise kann jedoch ein Speicherkatalysator mit sehr hohem Sättigungsgrad nicht vollständig geleert werden. Es verbleibt ein gewisser Restanteil an gespeicherten Nitraten in der Beschichtung. Die der Regenerationsphase nachfolgende Einspeicherphase von Nitraten läuft dann mit verringerter Effektivität ab, wodurch sich der Kraftstoffverbrauch und die Emission an Schadstoffen erhöht. In this procedure, however, a storage catalyst with a very high The degree of saturation cannot be completely emptied. A certain amount remains stored nitrates in the coating. The one following the regeneration phase The storage phase of nitrates then runs with reduced effectiveness, whereby the Fuel consumption and emissions of pollutants increased.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines NOX- Speicherkatalysators zur Verfügung zu stellen, welches hinsichtlich einer möglichst geringen Reduktionsmittelemission gegenüber dem Stand der Technik optimiert ist und welches eine zu hohe Sättigung und damit eine schlechtere Regenerierbarkeit des NOX- Speicherkatalysators vermeidet. The invention is therefore based on the object of providing a method for controlling a NO x storage catalytic converter which is optimized with respect to the lowest possible reducing agent emissions compared to the prior art and which is too saturated and thus poorer regenerability of the NO x - Storage catalytic converter avoids.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. This object is achieved by a method with the features mentioned in claim 1 solved.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines NOX-Speicherkatalysators einer
Brennkraftmaschine mit einer stromab des NOX-Speicherkatalysators angeordneten NOX-
sensitiven Messeinrichtung sowie mit einer Motorsteuerungseinheit sieht vor, dass
- a) zu Beginn der Regeneration des NOX-Speicherkatalysators das aktuelle Katalysatorverhalten hinsichtlich einer Sauerstoffausspeicherung der sauerstoffhaltigen Komponenten in der Katalysatorbeschichtung auf der Basis der Katalysatortemperatur bewertet wird, wobei das zur Regeneration der Verbrennungskraftmaschine zugeführte Luft-Kraftstoff-Gemisch (Verbrennungslambda) in Abhängigkeit dieser Bewertung grundsätzlich festgelegt wird, und/oder
- b) bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellwertes für den Sättigungszustand des NOX-Speicherkatalysators die Regeneration des NOX-Speicherkatalysators eingeleitet wird oder
- c) bei Überschreiten des vorgegebenen Schwellwertes für den Sättigungszustand des NOX-Speicherkatalysators mindestens die sich anschließende Regeneration unter Vernachlässigung eines Reduktionsmitteldurchbruches verlängert wird.
- a) at the beginning of the regeneration of the NO x storage catalytic converter, the current catalytic behavior with regard to oxygen storage of the oxygen-containing components in the catalytic converter coating is evaluated on the basis of the catalytic converter temperature, the air / fuel mixture (combustion lambda) supplied for regeneration of the internal combustion engine depending on this evaluation is basically determined, and / or
- b) when a predetermined threshold value for the saturation state of the NO x storage catalytic converter is reached, the regeneration of the NO x storage catalytic converter is initiated or
- c) if the predetermined threshold value for the saturation state of the NO x storage catalytic converter is exceeded, at least the subsequent regeneration is prolonged, neglecting a breakthrough of the reducing agent.
Durch den ersten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt, der zu Beginn einer Regenerationsphase erfolgt, wird gewährleistet, dass die am Ende einer Regenerationsphase vor dem NOX-Speicherkatalysator befindlichen fetten Abgase, aufgrund der Festlegung eines Verbrennungslambdas, das die Diffusionsgeschwindigkeit der sauerstoffhaltigen Komponenten der Katalysatorbeschichtung berücksichtigt, optimal zur Regeneration des NOX-Speicherkatalysators genutzt werden, so dass ein Reduktionsmitteldurchbruch vorteilhafterweise verringert wird. Weiterhin können der Motorbetriebspunkt, der Abgasmassenstrom und/oder der Katalysatorzustand, der über bekannte Verfahren, zum Beispiel mittels eines Konvertierungsfaktors, ermittelbar ist, zur Festlegung des Verbrennungslambdas herangezogen werden. Zur Bestimmung des Beginns einer Regenerationsphase wird vorzugsweise das NOX-Signal des NOX-Sensors und kein Zeitschema verwendet. The first method step according to the invention, which takes place at the beginning of a regeneration phase, ensures that the rich exhaust gases located at the end of a regeneration phase in front of the NO x storage catalytic converter, due to the determination of a combustion lambda, which takes into account the diffusion rate of the oxygen-containing components of the catalyst coating, optimally Regeneration of the NO x storage catalyst can be used, so that a reducing agent breakthrough is advantageously reduced. Furthermore, the engine operating point, the exhaust gas mass flow and / or the catalyst state, which can be determined by known methods, for example by means of a conversion factor, can be used to determine the combustion lambda. To determine the start of a regeneration phase, the NO x signal of the NO x sensor and preferably no timing diagram is preferably used.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das zur Regeneration zugeführte Luft-Kraftstoff-Gemisch (Verbrennungslambda) nicht nur zu Beginn der Regeneration festgelegt, sondern auch während der Regeneration variiert, da die Bedingungen zur Festlegung des Verbrennungslambdas nach Beginn der Regeneration veränderlich sein können. Diese Variation kann mittels bekannter Verfahren durchgeführt werden. According to a particularly preferred embodiment of the method, this becomes Regeneration of air-fuel mixture (combustion lambda) not only at the beginning set during regeneration, but also varies during regeneration as the Conditions for determining the combustion lambda after the start of regeneration can be changeable. This variation can be carried out using known methods become.
Durch die beiden weiteren Verfahrensschritte des Hauptanspruchs, die alternativ durchgeführt werden, wird eine Sättigung des NOX-Speicherkatalysators vermieden beziehungsweise werden deren Auswirkungen durch erfinderische Maßnahmen kompensiert. Daher kann in der Regel der NOX-Speicherkatalysator während der Regenerationsphase vollständig entladen werden. The two further method steps of the main claim, which are carried out alternatively, avoid saturation of the NO x storage catalytic converter, or their effects are compensated for by inventive measures. Therefore, the NO x storage catalytic converter can usually be completely discharged during the regeneration phase.
Der vorgegebene Schwellwert für den Sättigungszustand des NOX-Speicherkatalysators wird vorab durch geeignete Versuche ermittelt. Dieser gibt Auskunft darüber, bis zu welcher Beladung des NOX-Speicherkatalysators die NOX-Regeneration mit normaler Durchführung noch zu einer hinreichenden Umsetzung aller gespeicherten Stickoxide führt. The predefined threshold value for the saturation state of the NO x storage catalytic converter is determined in advance by suitable tests. This provides information about the loading of the NO x storage catalytic converter with which the NO x regeneration with normal implementation still leads to an adequate conversion of all stored nitrogen oxides.
Der aktuelle Wert für die Beladung des NOX-Speicherkatalysators wird durch Bilanzierung der NOX-Mengen vor und nach dem NOX-Speicherkatalysator ermittelt. Dazu kann neben dem Signal der NOX-sensitiven Messeinrichtung beispielsweise das Signal einer zweiten, vor dem NOX-Speicherkatalysator befindlichen NOX-sensitiven Messeinrichtung oder eine entsprechende Modellierung in der Motorsteuerungseinheit herangezogen werden. Der Schwellwert kann zusätzlich von weiteren Faktoren abhängig sein, zum Beispiel Katalysator- /Abgastemperatur, Abgasmassenstrom, NOX-Rohmassenstrom, HC-Gehalt des mageren Abgases und dergleichen, die gegebenenfalls als Korrekturgrößen des Schwellwertes zu berücksichtigen sind. The current value for the loading of the NO x storage catalytic converter is determined by balancing the amounts of NO x before and after the NO x storage catalytic converter. For this purpose, in addition to the signal of the NO X- sensitive measuring device, for example the signal of a second NO X- sensitive measuring device located in front of the NO X storage catalytic converter or a corresponding modeling in the engine control unit can be used. The threshold value can additionally be dependent on further factors, for example catalyst / exhaust gas temperature, exhaust gas mass flow, NO x raw mass flow, HC content of the lean exhaust gas and the like, which may have to be taken into account as correction values for the threshold value.
Wird nun im Fahrbetrieb ein zu diesem Schwellwert in Relation stehender Wert erreicht, so kann als vorbeugende Maßnahme eine Regeneration eingeleitet werden, obwohl dies von der Konvertierungsleistung her noch nicht erforderlich wäre. Auf diese Weise wird eine Sättigung des NOX-Speicherkatalysators verhindert. If a value related to this threshold value is now reached in driving operation, regeneration can be initiated as a preventive measure, although this would not yet be necessary in terms of the conversion capacity. In this way, saturation of the NO x storage catalytic converter is prevented.
Alternativ kann mindestens eine nächste NOX-Regeneration explizit verlängert werden. Dabei wird ein erhöhter Reduktionsmitteldurchbruch aufgrund der intensiveren Regeneration in Kauf genommen. Alternatively, at least one next NO X regeneration can be extended explicitly. An increased breakthrough of reducing agents due to the more intensive regeneration is accepted.
Des Weiteren kann das Erreichen des Schwellwertes dazu genutzt werden, die Diagnose des Katalysators oder sonstige die aktuelle Speicherfähigkeit des Katalysators bewertende Funktionalitäten im folgenden Zeitraum zu deaktivieren. Die Rücknahme dieser Deaktivierung kann zum Beispiel abhängig gemacht werden von einer gewissen kumulierten Reduktionsmittelmenge oder einer vorgegebenen Mindestanzahl von Regenerationsvorgängen. Furthermore, reaching the threshold value can be used for diagnosis of the catalyst or other evaluating the current storage capacity of the catalyst Deactivate functionalities in the following period. The withdrawal of this Deactivation can, for example, be made dependent on a certain cumulative Amount of reducing agent or a predetermined minimum number of Regenerative processes.
Vorteilhafterweise ist die NOX-sensitive Messeinrichtung ein NOX-Sensor, der auch ein sauerstoffabhängiges Signal liefert, das zur Überwachung der Regeration des NOX- Speicherkatalysators verwendet werden kann. Ansonsten kann aber auch eine zusätzliche sauerstoffsensitive Messeinrichtung wie eine Lambda-Breitband- oder -Sprungsonde eingesetzt werden, um die Regenerationsphase zu überwachen. Advantageously, the NO X -sensitive measuring device is a NOx sensor, which also provides an oxygen-dependent signal for monitoring the regeration of the NO X - may be used storage catalyst. Otherwise, an additional oxygen-sensitive measuring device such as a lambda broadband or step probe can be used to monitor the regeneration phase.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Further preferred refinements of the invention result from the others in the Characteristics mentioned subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention is described below in exemplary embodiments on the basis of the associated Drawings explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasanlage; Figure 1 is a schematic diagram of an internal combustion engine with an exhaust system.
Fig. 2 zeitliche Verläufe verschiedener Abgasparameter während einer herkömmlichen NOX-Regeneration; FIG. 2 shows time profiles of various exhaust gas parameters during a conventional NO x regeneration;
Fig. 3 zeitliche Verläufe verschiedener Abgasparameter während einer NOX- Regeneration im Anschluss an eine erfindungsgemäße Einleitung der Regeneration zur Verhinderung der Sättigung des Katalysators und 3 shows time profiles of various exhaust gas parameters during a NO X regeneration following an initiation of the regeneration according to the invention to prevent the catalytic converter from being saturated, and FIG
Fig. 4 zeitliche Verläufe verschiedener Abgasparameter während einer NOX- Regeneration gemäß der vorliegenden Erfindung nach Festlegung eines Verbrennungslambdas zu Beginn der NOX-Regeneration. FIG. 4 shows time profiles of various parameters during a exhaust gas NO X - Regeneration of the present invention by establishing a combustion lambdas at the beginning of the NO x regeneration.
Der in Fig. 1 dargestellten Verbrennungskraftmaschine 10 ist eine Abgasanlage 12 nachgeordnet. Die Abgasanlage 12 weist einen Abgaskanal 14 auf, in dem ein motornah angeordneter Vorkatalysator 16 sowie ein großvolumiger NOX-Speicherkatalysator 18 befindlich sind. Neben dem Vorkatalysator 16 und dem NOX-Speicherkatalysator 18 weist der Abgaskanal 14 üblicherweise verschiedene, hier jedoch nicht dargestellte Gas- und/oder Temperatursensoren zur Regelung der Verbrennungskraftmaschine 10 auf. Dargestellt ist in Fig. 1 lediglich ein NOX-Sensor 20, der stromab des NOX-Speicherkatalysators 18 angeordnet ist und der ein Signal UNOX für den Anteil von NOX im Abgas liefert. Der NOX- Sensor 20 ist mit einer Lambdamessfunktion ausgestattet, so dass zusätzlich ein von einem Sauerstoffanteil des Abgases abhängiges Signal Uλ bereitgestellt wird. Die Signale UNOX und Uλ werden an ein Motorsteuergerät 22 übermittelt, in welchem diese digitalisiert und weiterverarbeitet werden. Weitere, den Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 betreffende Informationen finden ebenfalls Eingang in das Motorsteuergerät 22. In dem Motorsteuergerät 22 ist zudem eine Steuereinheit 24 integriert. Mittels des Motorsteuergeräts 22 und der Steuereinheit 24 wird mindestens ein Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere ein zuzuführendes Luft-Kraftstoff-Gemisch (Verbrennungslambda), in Abhängigkeit der Signale UNOX und Uλ des NOX-Sensors 20 beeinflusst. The internal combustion engine 10 shown in FIG. 1 is followed by an exhaust system 12 . The exhaust system 12 has an exhaust duct 14 , in which a pre-catalytic converter 16 arranged near the engine and a large-volume NO x storage catalytic converter 18 are located. In addition to the pre-catalytic converter 16 and the NO x storage catalytic converter 18 , the exhaust gas duct 14 usually has various gas and / or temperature sensors for regulating the internal combustion engine 10 , but not shown here. Is shown in Fig. 1 only a NOx sensor 20, the downstream of the NO X storage catalyst 18 is arranged and which delivers a signal U for the NOX content of NO X in the exhaust gas. The NO X sensor 20 is equipped with a lambda measurement function, so that a signal U λ which is dependent on an oxygen component of the exhaust gas is additionally provided. The signals U NOX and U λ are transmitted to an engine control unit 22 , in which they are digitized and further processed. Further information relating to the operating state of the internal combustion engine 10 is also input into the engine control unit 22 . A control unit 24 is also integrated in the engine control unit 22 . The engine control unit 22 and the control unit 24 influence at least one operating parameter of the internal combustion engine 10 , in particular an air / fuel mixture to be supplied (combustion lambda), as a function of the signals U NOX and U λ of the NO X sensor 20 .
Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf verschiedener Parameter der Verbrennungskraftmaschine 10 sowie der Abgasanlage 12 während einer NOX- Regeneration des NOX-Speicherkatalysators 18, die nach dem Stand der Technik erfolgt. Zunächst befindet sich die Verbrennungskraftmaschine 10 in einem mageren Betriebsmodus, in dem ihr ein sauerstoffreiches Luft-Kraftstoff-Gemisch mit λM >> 1 zugeführt wird (Graph 100). In dieser Phase enthält das Abgas einen Überschuss an Stickoxiden NOX, die durch den Vorkatalysator 16 nicht vollständig konvertiert werden können. NOX wird daher in den NOX-Speicherkatalysator 18 eingelagert, dessen NOX-Beladung dabei kontinuierlich bis zur Sättigung NOXMAX zunimmt (Graph 102). Anhand eines geeigneten Kriteriums wird zu einem Zeitpunkt tA eine NOX-Regenerationsnotwendigkeit erkannt. Dies kann beispielsweise ein, durch den NOX-Sensor 20 detektierter NOX-Durchbruch sein. Infolgedessen wird die Verbrennungskraftmaschine 10 durch Einflussnahme des Motorsteuergerätes 22 in einen fetten Betriebsmodus umgeschaltet mit λF < 1. Infolge des nunmehr erhöhten Massenstroms der Reduktionsmittel CO und HC im Abgas wird das im NOX-Speicherkatalysator 18 eingelagerte NOX desorbiert und zu Stickstoff reduziert. Eine Abnahme der NOX-Beladung des Speicherkatalysators 18 (Graph 102) ist jedoch erst nach einer gewissen zeitlichen Verzögerung nach Umschaltung der Verbrennungskraftmaschine 10 zu verzeichnen, da zum Zeitpunkt tA der Abgaskanal 14 noch mit magerem Abgas gefüllt ist, welches zunächst noch den Speicherkatalysator 18 passieren muss, ehe die Reduktionsmittel diesen erreichen. Der Verlauf der NOX-Regeneration wird währenddessen mit Hilfe des von dem NOX-Sensor 20 bereitgestellten Signals Uλ verfolgt. Das Signal Uλ (Graph 104) verhält sich umgekehrt proportional zu einer Sauerstoffkonzentration des Abgases stromab des Speicherkatalysators 18. Da mit fortschreitender Regeneration die Reduktionsmittel in immer geringerem Ausmaß verbraucht werden, steigt das Signal Uλ des NOX-Sensors 20 langsam an. Zu einem Zeitpunkt tE erreicht das Signal Uλ einen vorgegebenen Schwellwert USE, woraufhin die Verbrennungskraftmaschine 10 üblicherweise wieder in einen mageren Betriebsmodus mit λM >> 1 umgeschaltet wird. Zum Zeitpunkt des Regenerationsendes tE befindet sich jedoch noch Abgas mit einem hohen Reduktionsmittelanteil in dem Abgaskanal 14 zwischen der Verbrennungskraftmaschine 10 und dem Speicherkatalysator 18. Dieses durchströmt den Speicherkatalysator 18, der bis auf einen gewissen Restanteil gespeicherter Nitrate geleert ist, und gelangt unkonvertiert in die Umwelt. Der Verlauf der stromab des Katalysators gemessenen Konzentration von Kohlenmonoxid CO und unverbrannten Kohlenwasserstoffen HC (Graph 106) zeigt daher nach Regenerationsende tE noch einen unerwünscht hohen Anstieg. Der Graph 102 zeigt, dass nach der Regeneration im NOX-Speicherkatalysator 18 ein Rest an Nitraten verbleibt, so dass der Wert NOXMIN für die vollständige Entladung des NOX-Speicherkatalysators 18 nicht erreicht wird. Dies führt zu einer Verringerung der Effektivität der nachfolgenden Einlagerung von NOX, was wiederum einen erhöhten Kraftstoffverbrauch beziehungsweise eine höhere Emission von Schadstoffen bedingt. FIG. 2 shows the time course of various parameters of the Internal combustion engine10 and the exhaust system12 during a NOX- Regeneration of the NOXstorage catalyst18, which takes place according to the prior art. The internal combustion engine is located first10 in a lean Operating mode in which you have an oxygen-rich air-fuel mixture with λM >> 1 fed will (graph100). In this phase, the exhaust gas contains an excess of nitrogen oxides NOX. through the pre-catalyst16 cannot be fully converted. NOX therefore in the NOXstorage catalyst18 stored, the NOX- Loading continuously until saturation NOXMAX increases (graph102). Using a suitable criterion, a time tA a NOX- Regeneration need recognized. For example one through which NOX-Sensor20 detected NOX-Breakthrough. As a result, the Internal combustion engine10 by influencing the engine control unit22 in a bold operating mode switched with λF <1. As a result of the now increased mass flow the reducing agents CO and HC in the exhaust gas will be in the NOXstorage catalyst18 stored NOX desorbed and reduced to nitrogen. A decrease in the NOX-Loading of the storage catalytic converter18 (Graph102) is however only after a certain time Delay after switching over the internal combustion engine10 to be recorded since Time tA the exhaust duct14 is still filled with lean exhaust gas, which is initially still the storage catalytic converter18 must happen before the reducing agents reach it. The Course of the NOXRegeneration is meanwhile carried out with the aid of the NOX-Sensor20 provided signal Uλ tracked. The signal Uλ (Graph104) behaves the other way round proportional to an oxygen concentration of the exhaust gas downstream of the storage catalyst18, Because with progressive regeneration, the reducing agents in always are consumed to a lesser extent, the signal U risesλ of the NOXsensor20 slowly on. At a time te reaches signal Uλ a predetermined threshold value USE. whereupon the internal combustion engine10 usually back into a lean one Operating mode with λM >> 1 is switched. At the time of regeneration end te however, there is still exhaust gas with a high proportion of reducing agent in the exhaust gas duct 14 between the internal combustion engine10 and the storage catalytic converter18, This flows through the storage catalytic converter18that, except for a certain remaining portion stored nitrate is emptied and enters the environment unconverted. The course of the downstream of the catalyst measured concentration of carbon monoxide CO and unburned hydrocarbons HC (graph106) therefore shows t after the end of regeneratione another undesirably high increase. The graph102 shows that after regeneration in the NOXstorage catalyst18 a residue of nitrates remains, so that the value NOX MIN For the complete discharge of the NOXstorage catalyst18 is not reached. this leads to a reduction in the effectiveness of the subsequent storage of NOX, what on the other hand an increased fuel consumption or a higher emission of Contaminants caused.
Um die Sättigung des NOX-Speicherkatalysators und die damit verbundene unvollständige Auslagerung der Nitrate in der Regenerationsphase zu verhindern, wird erfindungsgemäß der in Fig. 3 dargestellte Ansatz verfolgt, wobei der zeitliche Verlauf der gleichen Parameter wie in Fig. 2 und zusätzlich der Verlauf des Signals UNOX (Graph 108) des NOX- Sensors 20 für die NOX-Emission dargestellt ist. Die NOX-Emission steigt mit zunehmender Beladung des NOX-Speicherkatalysators 18 steil an, wobei zum Zeitpunkt tA bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellwertes NOXSE, der durch Bilanzierung der NOX-Mengen vor und nach dem NOX-Speicherkatalysator 18 ermittelt wird und der in Relation zur Sättigung des NOX-Speicherkatalysators 18 steht, die Regeneration des NOX-Speicherkatalysators 18 eingeleitet wird. Der Schwellwert NOXSE wird vorab experimentell ermittelt und gibt den Punkt bei der NOX-Speicherbeladung an, bei dem bei einer nachfolgenden Regenerationsphase eine vollständige Entleerung des NOX-Speicherkatalysators noch möglich ist. Nach Einleitung der Regeneration fällt die NOX-Emission steil ab und verbleibt währenddessen auf konstant niedrigem Niveau. Der Verlauf der NOX-Beladung des NOX-Speicherkatalysators 18 - dargestellt durch Graph 102 - entspricht im Wesentlichen dem Verlauf gemäß Fig. 2, da die Beladung und die Entleerung den gleichen Mechanismen unterliegen. Allerdings liegt der Graph 102 auf einem niedrigeren Niveau, da die Entleerung bei einem niedrigeren Beladungszustand beginnt und erst bei der vollständigen Entleerung endet. In order to prevent the saturation of the NO x storage catalytic converter and the associated incomplete outsourcing of the nitrates in the regeneration phase, the approach shown in FIG. 3 is followed according to the invention, the course over time of the same parameters as in FIG. 2 and additionally the course of the Signal U NOX (graph 108 ) of the NO X sensor 20 is shown for the NO X emission. The NO x emission rises steeply with increasing loading of the NO x storage catalytic converter 18, at the time t A when a predetermined threshold value NO XSE is reached , which is determined by balancing the amounts of NO x before and after the NO x storage catalytic converter 18 and which is related to the saturation of the NO x storage catalytic converter 18 , the regeneration of the NO x storage catalytic converter 18 is initiated. The threshold value NO XSE is determined experimentally in advance and indicates the point in the NO X storage loading at which a complete emptying of the NO X storage catalytic converter is still possible in a subsequent regeneration phase . After initiation of regeneration, the NO X emission drops sharply and remains at a constantly low level. The course of the NO x loading of the NO x storage catalytic converter 18 - represented by graph 102 - essentially corresponds to the course according to FIG. 2, since the loading and the emptying are subject to the same mechanisms. However, the graph 102 is at a lower level since the emptying begins at a lower loading state and only ends when the emptying is complete.
Auch in Fig. 4 werden zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens die gleichen
Parameter berücksichtigt wie bei der Fig. 2. Zur Einleitung der Regeneration des NOX-
Speicherkatalysators 18 wird zum Zeitpunkt tA die Temperatur des Speicherkatalysators 18
ermittelt und an das Motorsteuergerät 22 übermittelt, das anschließend die
Verbrennungskraftmaschine 10 von einem mageren Betriebsmodus mit λM >> 1 in einen
fetten Modus mit λF < 1 umgeschaltet, wobei die ermittelte Katalysatortemperatur zur
Festlegung eines optimierten Verbrennungslambdas herangezogen wird. In Abhängigkeit
von der ermittelten Temperatur des NOX-Speicherkatalysators 18 wird ein
Verbrennungslambda λF eingestellt, das höher (λFT1), niedriger (λFT2) oder gleich mit dem
Verbrennungslambda λFT0 sein kann, das ohne die Bewertung der Temperatur des NOX-
Speicherkatalysators 18 eingestellt worden wäre. Durch die Einstellung eines
Verbrennungslambdas 4, das zumindest die Temperatur des NOX-Speicherkatalysators 18
als einen maßgeblichen Faktor berücksichtigt, wird gewährleistet, dass die zum Zeitpunkt tE
am Ende einer Regenerationsphase vor dem NOX-Speicherkatalysator 18 befindlichen fetten
Abgase noch zur Regeneration des NOX-Speicherkatalysators 18 genutzt werden können.
Ein Reduktionsmitteldurchbruch kann somit deutlich verringert werden. Der Vergleich des
Verlaufs des Graphen 106 mit dem in Fig. 2, die die Konzentrationen von Kohlenmonoxid
CO und unverbrannten Kohlenwasserstoffen HC stromab des NOX-Speicherkatalysators 18
darstellen, zeigt eine starke Verringerung der regenerationsbedingten Schadstoffemission.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Verbrennungskraftmaschine
12 Abgasanlage
14 Abgaskanal
16 Vorkatalysator
18 NOX-Speicherkatalysator
20 NOX-Sensor
22 Motorsteuer gerät
24 Steuereinheit
100 Verbrennungslambda
102 NOX-Beladung des NOX-Speicherkatalysators
104 Signalverlauf (Uλ) der Lambdafunktion des NOX-Sensors
106 Reduktionsmittelgehalt im Abgas
108 Signalverlauf (UNOX) der Lambdafunktion des NOX-Sensors
NOXMAX Sättigungswert der NOX-Beladung des NOX-Speicherkatalysators
NOXMIN Wert für vollständige Entladung des NOX-Speicherkatalysators
NOXSE Schwellwert zur Einleitung der NOX-Regeneration
tA Regenerationsbeginn
tE Regenerationsende
UNOX Signal des NOX-Sensors
Uλ Signal der Lambdamessfunktion des NOX-Sensors
Uλ SE Schwellwert zur Beendigung der NOX-Regeneration
λM Lambdamagerwert
λF, λFT0, λFT1, λFT2 Lambdafettwert
. In Fig 4 the inventive method are the same parameters taken into account as in the Figure illustrating 2. To initiate the regeneration of the NO X -. Storage catalyst 18 at the time t A, the temperature of the storage catalyst is determined 18 and transmitted to the engine control unit 22, which then switches the internal combustion engine 10 from a lean operating mode with λ M >> 1 to a rich mode with λ F <1, the determined catalyst temperature being used to determine an optimized combustion lambda. Depending on the determined temperature of the NO x storage catalytic converter 18 , a combustion lambda λ F is set, which can be higher (λ FT1 ), lower (λ FT2 ) or equal to the combustion lambda λ FT0 , which can be carried out without evaluating the temperature of the NO x - Storage catalyst 18 would have been set. The setting of a combustion lambda 4 , which takes into account at least the temperature of the NO x storage catalytic converter 18 as a decisive factor, ensures that the rich exhaust gases at the time t E at the end of a regeneration phase before the NO x storage catalytic converter 18 still serve to regenerate the NO x storage catalyst 18 can be used. A breakthrough of reducing agents can thus be significantly reduced. The comparison of the course of the graph 106 with that in FIG. 2, which represent the concentrations of carbon monoxide CO and unburned hydrocarbons HC downstream of the NO x storage catalytic converter 18 , shows a sharp reduction in the regeneration-related pollutant emission. REFERENCE SIGN LIST 10 internal combustion engine
12 exhaust system
14 exhaust duct
16 pre-catalytic converter
18 NO x storage catalytic converter
20 NO X sensor
22 engine control unit
24 control unit
100 combustion lambda
102 NO x loading of the NO x storage catalytic converter
104 Signal curve (U λ ) of the lambda function of the NO x sensor
106 Reducing agent content in the exhaust gas
108 Signal curve (U NOX ) of the lambda function of the NO X sensor
NO XMAX Saturation value of the NO X loading of the NO X storage catalytic converter
NO XMIN Value for complete discharge of the NO X storage catalytic converter
NO XSE threshold to initiate NO X regeneration
t A start of regeneration
t E end of regeneration
U NOX signal from the NO X sensor
U λ signal of the Lambda measurement function of the NO X sensor
U λ SE threshold value for ending the NO x regeneration
λ M Lambda lean value
λ F , λ FT0 , λ FT1 , λ FT2 Lambda fat value
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