DE10240977A1 - Method for operating an internal combustion engine and internal combustion engine itself - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere für ein Kraftfahrzeug insbesondere mit einem Kraftstoffdirekteinspritzsystem, umfassend ein Abgassystem mit mindestens einem Katalysator, wobei zum Heizen wenigstens einer der Katalysatoren vorgesehen ist, die Brennkraftmaschine zyklisch in einem Magerbetrieb mit lambda > 1, um einen Sauerstoffspeicher des mindestens einen Katalysators aufzufüllen, und in einem fetten Betrieb mit lambda < 1 zu betreiben, um durch die Reaktionswärme einer Reaktion nicht verbrannter Kraftstoffkomponenten mit dem Sauerstoff in dem mindestens einen Katalysator diesen aufzuheizen, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst durch einen lambda-Sprung die Sauerstoffspeicherkapazität jedes einzelnen oder einer Gruppe von Katalysatoren bestimmt wird und über die ermittelte jeweilige Sauerstoffspeicherkapazität der oder des Katalysators ein sauerstoffbezogener unterer Heizwert und unter Berücksichtigung eines Abgaslambdas und eines Abgasmassenstroms der Energieeintrag und somit eine Temperatur in mindestens einem Katalysator bestimmt wird, wodurch eine Regelung und Steuerung des Heizens des oder der Katalysatoren über die Einstellung der Fett- und/oder Magerphasen vorgenommen wird.Method for operating an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, in particular with a direct fuel injection system, comprising an exhaust system with at least one catalytic converter, wherein at least one of the catalytic converters is provided for heating, the internal combustion engine cyclically in a lean mode with lambda> 1 in order to store the oxygen in the at least one catalytic converter to fill up, and to operate in a rich operation with lambda <1, in order to heat up the fuel components in the at least one catalyst by the heat of reaction of a reaction of unburned fuel components, characterized in that first of all by a lambda jump the oxygen storage capacity of each or one Group of catalysts is determined and on the determined respective oxygen storage capacity of the or the catalyst an oxygen-related lower calorific value and taking into account an exhaust gas lambda and an exhaust gas mass flow the energy input and thus a temperature is determined in at least one catalytic converter, whereby regulation and control of the heating of the catalytic converter or catalytic converters is carried out via the setting of the rich and / or lean phases.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere mit Kraftstoffdirekteinspritzsystem oder Saugrohreinspritzung, umfassend ein Abgassystem mit mindestens einem Katalysator, wobei zum Heizen wenigstens eines der Katalysatoren vorgesehen ist, die Brennkraftmaschine zyklisch in einem Magerbetrieb mit λ > 1 um den Sauerstoffspeicher des mindestens einen Katalysators aufzufüllen und in einem fetten Betrieb mit λ < 1 zu betreiben, um durch eine Reaktionswärme der Reaktion nicht verbrannter Kraftstoffkomponenten mit dem Sauerstoff in dem mindestens einen Katalysator diesen aufzuheizen.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular with a direct fuel injection system or intake manifold injection, comprising an exhaust system with at least a catalyst, wherein for heating at least one of the catalysts is provided, the internal combustion engine cyclically in a lean operation with λ> 1 around the oxygen storage fill up the at least one catalyst and in a rich operation to operate with λ <1, to by a heat of reaction the reaction of unburned fuel components with oxygen in the at least one catalyst to heat it up.
Derartige Verfahren zum Betreiben von Brennkraftmaschinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge sind bekannt. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Benzindirekteinspritzung ist es bekannt, das der Kraftstoff in einem Homogenbetrieb während der Ansaugphase oder in einem Schichtbetrieb während der Verdichtungsphase in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Der Homogenbetrieb ist vorzugsweise für den Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine vorgesehen, während der Schichtbetrieb für den Leerlauf- oder Teillastbetrieb geeignet ist. Beispielsweise in Abhängigkeit von einem angeforderten Drehmoment wird bei einer derartigen direkteinspritzenden Brennkraftmaschine zwischen den Betriebsarten umgeschaltet. Der Schichtbetrieb dient u.a. zur Minimierung des Kraftstoffverbrauchs und damit zur Minimierung der Abgase.Such methods of operation of internal combustion engines, in particular for motor vehicles, are known. Especially in vehicles with gasoline direct injection it is known that the fuel is in homogeneous operation during the Intake phase or in a shift operation during the compression phase is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. The homogeneous operation is preferably for the Full load operation of the internal combustion engine is provided during the Shift operation for idle or part-load operation is suitable. For example dependent on of a requested torque is such a direct injection Internal combustion engine switched between the operating modes. Shift work serves among other things to minimize fuel consumption and thus to Minimization of exhaust gases.
Bei einem Magerbetrieb einer Brennkraftmaschine ist dabei stets ein Sauerstoffüberschuss im Abgassystem vorhanden (λ > 1). Aus diesem Grund können Stickoxide (NOx), die in den Abgasen enthalten sind, während des Magerbetriebs der Brennkraftmaschine nicht im 3-Wege-Katalysator aus dem Abgas entfernt werden. Um die Abgabe derartiger Stickoxide an die Umgebung zu verhindern, ist es daher vorgesehen, diese in einem NOx-Speicherkatalysator aufzufangen. Ein derartiges Abgassystem, bei dem ein motornaher 3-Wege-Katalysator und stromabwärts im Abgassystem ein NOx-Speicherkatalysator eingesetzt werden, ist aus dem Stand der Technik bekannt. Die in der Motortechnik eingesetzten Katalysatoren haben neben einem eingeschränkten Lambdabereich, in dem sie arbeiten, oft auch nur ein eingeschränktes Temperaturbetriebsfenster. Diese Betriebsfenster sind darüber hinaus für den 3-Wege-Katalysator und den NOx-Speicherkatalysator unterschiedlich. Während der 3-Wege-Katalysator Schadstoffkomponenten über ein großes Temperaturfenster reduzieren und oxidieren kann, ist dieser Temperaturbereich für den NOx-Speicherkatalysator eingeschränkt. Eine Abgasreinigungsanlage wird daher üblicherweise so ausgelegt, dass beide Katalysatoren für weite Motorbetriebsbereiche im Betriebstemperaturfenster arbeiten. Droht einer der Katalysatoren seine untere Betriebstemperatur zu unterschreiten, so sind Heizmaßnahmen notwendig. Es können dabei Heizmaßnahmen für einen oder für mehrere Katalysatoren erforderlich werden.During lean operation of an internal combustion engine is always an excess of oxygen present in the exhaust system (λ> 1). For this reason can Nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gases during the Lean operation of the internal combustion engine is not in the 3-way catalytic converter be removed from the exhaust gas. To release such nitrogen oxides to prevent the environment, it is therefore intended to in catch a NOx storage catalyst. Such an exhaust system, in which a 3-way catalytic converter close to the engine and downstream a NOx storage catalytic converter in the exhaust system are used is known from the prior art. In the The catalysts used in engine technology have a limited lambda range, in which they work, often only a limited temperature operating window. These operating windows are above out for the 3-way catalyst and the NOx storage catalyst different. During the 3-way catalytic converter Reduce pollutant components over a large temperature window and can oxidize, this is the temperature range for the NOx storage catalytic converter limited. An exhaust gas cleaning system is therefore usually designed so that both catalysts for wide engine operating areas work in the operating temperature window. One of the catalysts threatens to fall below its lower operating temperature are heating measures necessary. It can doing heating measures for one or for several catalysts are required.
Darüber hinaus müssen NOx-Speicherkatalysatoren periodisch entschwefelt werden. Die aktiven Zentren der NOx-Speicherkatalysatoren besitzen neben ihrer Affinität für NOx auch eine hohe Affinität für Schwefeloxide. Diese entstehen ebenfalls bei der Verbrennung des Kraftstoffs und belegen primär die aktiven Zentren des Speicherkatalysators. Die dabei entstehenden Sulfate sind thermisch so stabil, dass sie im normalen Speicherbetrieb nicht freigesetzt werden. Als Folge sinkt mit zunehmender Schwefelbeladung die Speicherfähigkeit des Katalysators für Stickoxide. Hierbei wurde festgestellt, dass bei einer erhöhten Temperatur im Katalysator über 600°C und bei gleichzeitig reduzierenden Bedingungen (λ < 1) oder auch wechselndes λ um 1 diese thermodynamisch nicht mehr stabil sind und als Schwefelwasserstoff (H2S) und als Schwefeldioxid (SO2) freigesetzt werden. Um die Speicherfähigkeit zu erhalten bzw. wieder herzustellen und den Katalysator dadurch zu regenerieren, muss in bestimmten Abständen der Speicherkatalysator kurzzeitig fett bei erhöhter Temperatur betrieben werden. Dafür muss der Speicherkatalysator im Fahrbetrieb auf bis zu 650°C aufgeheizt werden.In addition, NOx storage catalysts have to be desulfurized periodically. In addition to their affinity for NOx, the active centers of the NOx storage catalysts also have a high affinity for sulfur oxides. These also arise during the combustion of the fuel and primarily occupy the active centers of the storage catalytic converter. The resulting sulfates are so thermally stable that they are not released in normal storage operations. As a result, the storage capacity of the catalyst for nitrogen oxides decreases with increasing sulfur loading. It was found that at an elevated temperature in the catalyst above 600 ° C and under simultaneously reducing conditions (λ <1) or alternating λ around 1, these are no longer thermodynamically stable and as hydrogen sulfide (H 2 S) and as sulfur dioxide (SO 2 ) are released. In order to maintain or restore the storage capacity and thereby regenerate the catalytic converter, the storage catalytic converter must be operated briefly in bold at elevated temperature at certain intervals. To do this, the storage catalytic converter must be heated up to 650 ° C while driving.
Es existieren seither eine Reihe von Konzepten zum Heizen von Katalysatoren.There have been a number since then of concepts for heating catalysts.
So ist es bekannt, heißes Motorabgas
im Auslassventil zu erzeugen, z.B. durch späte Zündung oder eine Nacheinspritzung
bei magerer Verbrennung, wie es beispielsweise in der
-
– Bei
einer Y-Abgasanlage können
die einzelnen Zylinder bankweise fett bzw. mager betrieben werden. Liegt
der NOx-Speicherkatalysator erst nach der Y-Zusammenführung und wird eine gute Vermischung
der beiden Abgasströme
sichergestellt, kann er auf diese Weise aufgeheizt werden. Ein derartiges
Verfahren offenbart beispielsweise
DE 195 22 165 C2 DE 195 22 165 C2 -
– Weiterhin
kann vorgesehen sein, den Motor in der Summe fett zu betreiben,
während
vor dem NOx-Speicherkatalysator zusätzlich Luft
eingeleitet wird. Ein derartiges Verfahren beschreibt beispielsweise
DE 197 47 222 C1 DE 197 47 222 C1 - – Schließlich kann abwechselnd fettes und mageres Abgas erzeugt werden, was beispielsweise in der WO 98/46868 offenbart wird. Dabei wird die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Katalysatoren ausgenutzt. In der Magerphase wird der Sauerstoffspeicher gefüllt, wohingegen in der Fettphase der Sauerstoffspeicher des Katalysators aufgebraucht wird. Durch die Reaktion mit den Abgaskomponenten Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid und Wasserstoff wird der Heizwert dieser Substanzen freigesetzt und damit der NOx-Speicherkatalysator aufgeheizt. Diese letzte Methode ist unabhängig von der Bauform oder zusätzlichen Komponenten, wie beispielsweise der Förderung von Zusatzluft durch eine Pumpe.- Finally, rich and lean exhaust gas can be alternately generated, which is disclosed for example in WO 98/46868. The oxygen storage capacity of the catalysts is used. The oxygen reservoir is filled in the lean phase, whereas the oxygen reservoir of the catalyst is used up in the fat phase. Through the reaction with the exhaust gas components hydrocarbon, carbon monoxide and hydrogen, the calorific value of these substances is released and the NO x storage catalytic converter is thus heated. This last method is independent of the design or additional components, such as the conveyance of additional air by a pump.
Die Erfindung baut auf diesem letztgenannten Verfahren auf.The invention is based on the latter Procedure on.
Ein derartiges Verfahren besitzt dabei darüber hinaus den Vorteil, dass über die Anpassung der Frequenz sowie der Amplitude der Fett/Mager-Sprünge bzw. Phasen die eingetragene Wärmemenge zwischen Vorkatalysator und NOx-Speicherkatalysator in gewissen Grenzen verschoben werden kann; im Grenzfall kann sogar die gesamte Heizleistung in den Vorkatalysator verschoben werden.Has such a method doing about it addition the advantage that over the adaptation of the frequency and the amplitude of the fat / lean jumps or Phases the entered amount of heat between pre-catalytic converter and NOx storage catalytic converter can be moved within certain limits; in the borderline case it can even the entire heating capacity is shifted into the pre-catalytic converter.
Konventionelle Kraftfahrzeuge mit einem Benzinmotor mit Saugrohreinspritzung besitzen in der Regel keinen Speicherkatalysator für Stickoxide. Sie besitzen jedoch einen oder mehrere 3-Wege-Katalysatoren, die ebenfalls über ein wechselndes Abgaslambda in gewissen Grenzen aufgeheizt werden können, wie dies z. B. in der Kaltstartphase notwendig sein kann.Conventional motor vehicles with a gasoline engine with intake manifold injection usually do not have Storage catalyst for Nitrogen oxides. However, you have one or more 3-way catalysts, who also about a changing exhaust gas lambda can be heated within certain limits can, like this B. may be necessary in the cold start phase.
Für die Durchführung von Überwachungs- und Diagnosesystemen ist es notwendig, die Katalysatortemperatur möglichst genau einstellen zu können, zum einen um eine vollständige Entschwefelung bei NOx-Speicherkatalysatoren zu erreichen und damit eine möglichst lange Lebenszeit der Katalysatoren und zum anderen eine Überhitzung z.B. des vorgeschalteten 3-Wege-Katalysators zu vermeiden.For the implementation of surveillance and diagnostic systems it is necessary to monitor the catalyst temperature preferably to be able to set exactly firstly, a complete one Desulfurization to achieve NOx storage catalysts and thus one if possible long service life of the catalysts and secondly overheating e.g. to avoid the upstream 3-way catalytic converter.
Aus Kostengründen sowie aus Gründen des Bauraums ist meist keine direkte Messung der Temperaturen in den Katalysatoren möglich. Es ist daher Stand der Technik, die Temperaturen mittels abgestimmter Rechenmodelle in einem Motorsteuergerät, wie es bei Benzindirekteinspritzern vorgesehen ist, durchzuführen. Die Temperaturprofile können hierbei anhand von Temperaturmodellen modelliert werden.For cost reasons and for reasons of Installation space is usually not a direct measurement of the temperatures in the Catalysts possible. It is therefore state of the art that temperatures are determined using coordinated calculation models in an engine control unit, as is intended for direct petrol injectors. The Temperature profiles can are modeled using temperature models.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere zum Heizen eines Katalysators bereit zu stellen, mit dem auf einfache Weise die Temperatur in mindestens einem der Katalysatoren bestimmt werden kann.It is therefore an object of the invention an improved method for operating an internal combustion engine, to provide in particular for heating a catalyst with the temperature in at least one of the catalysts in a simple manner can be determined.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zunächst durch einen Lambdasprung die Sauerstoffspeicherkapazität jedes einzelnen oder einer Gruppe von Katalysatoren bestimmt wird und über die ermittelte jeweilige Sauerstoffspeicherkapazität des oder der Katalysatoren ein Wärmeeintrag unter Berücksichtigung eines unteren Heizwertes und eines Abgasmassenstromes, der Energieeintrag und somit eine Temperatur in mindestens einem Katalysator bestimmt wird, wodurch eine Regelung und Steuerung des Heizens des oder der Katalysatoren über die Einstellung der Fett- und/oder Magerphasen vorgenommen wird.The task is accomplished through a process of the type mentioned in the invention solved in that first by a jump in lambda the oxygen storage capacity of each individual or a group of catalysts is determined and over the determined respective oxygen storage capacity of the catalyst or catalysts a heat input considering a lower calorific value and an exhaust gas mass flow, the energy input and thus a temperature in at least one catalyst is determined is, whereby a regulation and control of the heating of the or Catalysts over the adjustment of the fat and / or lean phases is carried out.
Als Messgröße in einer Motorsteuerung eines Kfz-Motors liegt in aller Regel ein Wert für das Verhältnis von Sauerstoff zum stöchiometrischem Verhältnis (λ) vor, also das Verhältnis des zur Verfügung stehenden Sauerstoffs zum benötigten Sauerstoff. Aus dieser Größe lässt sich in Verbindung mit dem im Motorsteuergerät errechneten Abgasmassenmassenstrom und den in den Katalysatoren vorliegenden Sauerstoffspeichern der Energieeintrag und damit die Temperatur bei wechselndem Abgaslambda ermitteln.As a measurement in a motor control A motor vehicle engine usually has a value for the ratio of oxygen to stoichiometric relationship (λ) before, so the ratio of the available standing oxygen to the required Oxygen. From this size you can in connection with the mass flow of exhaust gas calculated in the engine control unit and the oxygen stores present in the catalysts Energy input and thus the temperature with changing exhaust gas lambda determine.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass bei mehreren Katalysatoren die Sauerstoffspeicherkapazität für jeden einzelnen Katalysator bestimmt wird. Hierbei ist vorgesehen, dass zunächst das Motorsteuergerät einen Lambdasprung auslöst und hierüber über eine in herkömmlicher Weise durchgeführte Bestimmung des Sauerstoffspeichervermögens die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Einzelkatalysatoren bestimmt wird. Hierfür ist gegebenenfalls neben einer Lambdasonde am Ausgang nach den Katalysatoren eine Sonde zwischen dem Vorkatalysator, beispielsweise dem 3-Wege-Katalysator und dem zweiten Katalysator, nämlich beispielsweise dem NOx-Speicherkatalysator notwendig, da ansonsten nur der gesamte Sauerstoffspeicher am Ende des Hauptkatalysators bestimmt werden kann.It can be provided that the oxygen storage capacity is determined for each individual catalyst in the case of a plurality of catalysts. It is provided here that the engine control unit first triggers a jump in lambda and the oxygen storage capacity of the individual catalytic converters is determined via a determination of the oxygen storage capacity carried out in a conventional manner. For this purpose, in addition to a lambda probe at the outlet after the catalysts, there may be a probe between the pre-catalyst, for example the 3-way catalyst and the second catalyst, namely for example the NOx storage catalytic converter, because otherwise only the entire oxygen storage at the end of the main catalytic converter can be determined.
Eine derartige Sauerstoffspeicherbestimmung wird beispielsweise auch zu Diagnosezwecken an Katalysatoren durchgeführt.Such an oxygen storage determination is also carried out on catalysts, for example, for diagnostic purposes.
Der Sauerstoffspeicher der Katalysatoren wird dabei als Größe für die maximal freisetzbare Energie während der Fettphase herangezogen. Dabei kann die freisetzbare Energie während der Magerphasen aufgrund ihrer geringen Größe vernachlässigt werden. Die in den Katalysator eingetragenen Motor-Abgase in unverbrannter Form reagieren exotherm mit dem Sauerstoff im Katalysator, so dass Wärme frei wird. D.h. die unverbrannten Kraftstoffkomponenten werden mit dem Sauerstoffspeicher umgesetzt und in Wärme, die zur Aufheizung der Katalysatoren dient, umgewandelt. Mit der Kenntnis der eingetragenen chemischen Energie kann die Aufheizung der Katalysatoren berechnet werden. Dabei liegen folgende Oxidationsreaktionen zur Erzielung des Aufheizens des Katalysators vor. Für die Kohlenwasserstoffe wird hierfür zur Vereinfachung CH4 als Berechnungsgrundlage herangezogen: The oxygen storage of the catalysts is used as a parameter for the maximum energy that can be released during the fat phase. The releasable energy during the lean phases can be neglected due to its small size. The unburned engine exhaust gases entered into the catalytic converter react exothermically with the oxygen in the catalytic converter, so that heat is released. This means that the unburned fuel components are converted with the oxygen storage and converted into heat, which is used to heat up the catalysts. With the knowledge of the chemical energy entered, the heating of the catalysts can be calculated. The following oxidation reactions are used to heat up the catalyst. For simplification, CH 4 is used as the basis for the calculation of the hydrocarbons:
Diese Werte ergeben dabei den unteren Heizwert, der (bei dem in den Katalysatoren vorliegenden Temperaturniveau) zur Berechnung der Katalysatortemperaturen herangezogen werden muss.These values result in the lower one Calorific value (at the temperature level present in the catalysts) must be used to calculate the catalyst temperatures.
Normiert man die Größen auf
den Sauerstoff, so ergeben sich:
CO: + 25,12 MJ/m3 O2
H2: + 21,
60 MJ/m3 O2
CH4: + 18, 00 MJ/m3 O2
bzw.:
CO: + 17,58 J/mg O2
H2: + 15,
12 J/mg O2
CH4 :
+ 12, 60 J/mg O2 If you normalize the sizes to oxygen, you get:
CO: + 25.12 MJ / m 3 O 2
H 2 : + 21, 60 MJ / m 3 O 2
CH 4 : + 18.00 MJ / m 3 O 2
respectively.:
CO: + 17.58 J / mg O 2
H 2 : + 15.12 J / mg O 2
CH 4 : + 12, 60 J / mg O 2
Die Zusammensetzung der heizwerttragenden Komponenten eines Motorabgases im fetten Motorbetrieb, also bei λ < 1 stellt im wesentlichen eine Funktion von Lambda dar.The composition of the calorific value Components of an engine exhaust in rich engine operation, that is, at λ <1 essentially represents is a function of lambda.
Dabei steigt der Gehalt an Kohlenmonoxid ausgehend von λ = 1 hin in den fetten Bereich annährend linear an. Ebenfalls linear steigt der Gehalt von Hz an, wobei der Anstieg jedoch nur ca. eine halb so große Steigung wie der von CO aufweist. Hierdurch kommt es zu einer Verschiebung der Abgaszusammensetzung mit fallendem Lambda in Richtung CO.The carbon monoxide content increases starting from λ = 1 almost linear into the rich area on. The content of Hz also increases linearly, with the increase but only about a half as big slope like that of CO. This leads to a shift the exhaust gas composition with falling lambda towards CO.
Die Kohlenwasserstoffbeladung des Abgases steigt dahingegen nicht so stark an, sondern besitzt einen geringen Anstieg.The hydrocarbon loading of the On the other hand, exhaust gas does not rise so much, but has one slight increase.
Die Verschiebung der Zusammensetzung
des Abgases kann darüber
hinaus noch zwischen den Katalysatoren gegeben sein, da eine Verschiebung
der Zusammensetzung durch den Vorkatalysator durch das Wassergasgleichgewicht
Allerdings wurde festgestellt, dass trotz der Änderung der Zusammensetzung der heizwerttragenden Komponenten mit dem Lambda (in erheblicher Weise) der spezifische Heizwert auf Basis der Größe des Sauerstoffspeichers annähernd konstant bleibt, nämlich bei ca. 16000 J/g O2. Dieser spezifische Heizwert wird nur in geringem Maße durch die Verschiebung der Komponenten durch das Wassergasgleichgewicht beeinflusst.However, it was found that despite the change in the composition of the calorific value-carrying components with the lambda (to a considerable extent), the specific calorific value based on the size of the oxygen store remains approximately constant, namely at approximately 16000 J / g O 2 . This specific calorific value is only slightly influenced by the displacement of the components due to the water gas balance.
Die Heizleistung ergibt sich dabei ausThe heating output is the result out
Erfindungsgemäß lässt sich daher sehr einfach und unabhängig vom eingestellten Lambda und somit auch unabhängig von der eingestellten Abgaszusammensetzung über den Sauerstoffspeicher in den Katalysatoren der in der Fettphase vollzogene Energieeintrag ermitteln, aus dem dann wiederum die Temperatur im Katalysator errechnet wird.According to the invention, it is therefore very easy and independent of the lambda set and therefore also independent of the set exhaust gas composition via the oxygen store in the catalyst Determine the energy input in the fat phase, from which the temperature in the catalytic converter is then calculated.
Dabei hängt der mögliche erzielbare Heizwert von der Frage ab, ob der Sauerstoffspeicher vollständig genutzt wird. Findet nur eine teilweise Ausnutzung des Sauerstoffspeichers im Katalysator statt, reduziert sich entsprechend der Energieeintrag. So halbiert sich der Wert für den Energieeintrag beispielsweise bei nur halber Ausnützung des Sauerstoffspeichers.The possible achievable calorific value depends on this on the question of whether the oxygen storage is fully used becomes. Finds only a partial utilization of the oxygen storage in the catalytic converter, the energy input is reduced accordingly. So the value for is halved the energy input, for example, with only half the utilization of the Oxygen reservoir.
Wie bereits ausgeführt, lässt sich die Sauerstoffspeicherkapazität einer Abgasanlage mittels des bekannten Lambdasprung-Verfahrens ermitteln. Um nun für ein System aus mehreren Katalysatoren die Einträge an Energie in die einzelnen Katalysatoren zu bestimmen, muss das Gesamtsystem in lauter Einzelsysteme überführt werden. In diesem Fall kann nur eine Teilnutzung des Sauerstoffspeichers des zweiten Katalysators vorliegen, da hauptsächlich erst der Sauerstoffspeicher des ersten Katalysators geleert wird, bevor die Leerung des zweiten Katalysators beginnt. Der erste Sauerstoffspeicher wird daher stets fast vollständig genutzt, bevor der zweite genutzt wird.As already stated, the oxygen storage capacity an exhaust system using the known lambda jump method determine. To now for a system made up of several catalysts which inputs energy into each To determine catalysts, the entire system has to be converted into pure individual systems. In this case, only partial use of the oxygen storage can of the second catalyst are present, since it is primarily the oxygen store of the first catalyst is emptied before emptying the second Catalyst begins. The first oxygen storage is therefore always almost complete used before the second is used.
Besonders vorteilhaft an der Erfindung ist es, dass durch die beschriebene Vorgehensweise auf einfache Weise eine Berechnung der Aufheizung von Katalysatoren im wechselnden fett-mager-Betrieb zur Verfügung steht, wobei das Verfahren insbesondere und unabhängig von der Abgaszusammensetzung ist.Particularly advantageous in the invention it is that by the procedure described, simple Way a calculation of the heating of catalysts in the changing fat-lean operation available stands, the method particularly and independently of is the exhaust gas composition.
Dabei können die Steuergrößen nämlich der Sauerstoffspeicher der Katalysatoren, das Abgaslambda und der Abgasmassenstrom den Daten der Motorsteuerung entnommen werden, die in der Regel standardmäßig in einem Kraftfahrzeug mit Kraftstoffdirekteinspritzung oder Saugrohreinspritzung vorgesehen ist. Gegenüber anderen Möglichkeiten zur Modellierung der Temperaturen der Katalysatoren besitzt das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass der Bedatungsaufwand deutlich geringer ist, was sich in einer Reduzierung der Applikationskosten auszahlt. Darüber hinaus ist der Rechenaufwand und damit die notwendige Prozessorleistung bei einer derart vereinfachten Modellierung reduziert.The control variables can namely the Oxygen storage of the catalysts, the exhaust gas lambda and the exhaust gas mass flow can be taken from the data of the engine control, which is usually by default in one Motor vehicle with direct fuel injection or intake manifold injection is provided. Across from other ways to model the temperatures of the catalysts inventive method the advantage that the maintenance effort is significantly less, which pays off in a reduction in application costs. Furthermore is the computing effort and thus the necessary processor performance reduced with such a simplified modeling.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens, wobei das Computerprogramm auf einem Speicher, insbesondere einem Read-only-Memory oder einem Flash-Memory gespeichert ist.The invention further includes a Computer program for implementation of the method, wherein the computer program on a memory, in particular a read-only memory or a flash memory.
Des Weiteren betrifft das Verfahren ein Steuer- und/oder Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere mit Kraftstoffdirekteinspritzung, das einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm der vorstehend beschriebenen Art abgespeichert und ablauffähig zur Ausführung eines Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art ist. Das Steuer- und/oder Regelgerät ist dabei Teil bzw. mit der Motorsteuerung gekoppelt und erhält die notwendigen Daten, wie Abgasmassenstrom sowie Abgaslambda und Sauerstoffspeicherkapazität von der Motorsteuerung. Schließlich umfasst die Erfindung noch eine Brennkraftmaschine mit einem Brennraum, insbesondere mit einer Kraftstoffdirekteinspritzeinrichtung, über welche der Kraftstoff in den Brennraum gelangt, mit einem Steuer- und/oder Regelgerät sowie mindestens einem Katalysator, wobei zum Heizen mindestens eines Katalysators die Brennkraftmaschine zyklisch in Fett- und Magerphasen betreibbar ist und nach und/oder zwischen den Katalysatoren ein Sauerstoffsensor vorgesehen ist, zum Bestimmen einer Sauerstoffspeicherkapazität des oder der Katalysatoren und wobei über das Regel- und/oder Steuergerät durch Bestimmung eines Abgaslambdas, eines Abgasmassenstroms sowie der Sauerstoffspeicherkapazität ein Heizwert und damit ein Energieeintrag und eine Temperatur bestimmbar und/oder regelbar ist. Es kann dabei insbesondere vorgesehen sein, dass es sich bei der Brennkraftmaschine um einen Ottomotor mit Benzindirekteinspritzung handelt, wobei einer der Katalysatoren insbesondere ein NOx-Speicherkatalysator sein kann.Furthermore, the procedure concerns a control and / or regulating device for operating an internal combustion engine, in particular with direct fuel injection, which comprises a memory on which a computer program of the above described type stored and executable to execute a Method of the type described above. The tax and / or regulator is part or coupled to the engine control and receives the necessary Data such as exhaust gas mass flow as well as exhaust gas lambda and oxygen storage capacity from the Motor control. Finally the invention also includes an internal combustion engine with a combustion chamber, in particular with a direct fuel injection device, via which the fuel enters the combustion chamber with a control and / or regulating device and at least one catalyst, at least one for heating Catalysts the internal combustion engine cyclically in rich and lean phases is operable and after and / or between the catalysts Oxygen sensor is provided for determining an oxygen storage capacity of the or of the catalysts and being over the regulating and / or control device by determining an exhaust gas lambda, an exhaust gas mass flow and the oxygen storage capacity a calorific value and thus an energy input and a temperature can be determined and / or is adjustable. In particular, it can be provided that the internal combustion engine is a gasoline engine with direct petrol injection is one of the catalysts in particular a NOx storage catalyst can.
Grundsätzlich ist eine derartige Anordnung auch für eine Y-Anordnung der Katalysatoren (zwei Vorkatalysatoren und ein Hauptkatalysator) oder bei einer kompletten Zweibankausführung gewährleistet (je ein Vor- und Hauptkatalysator pro Bank).Such an arrangement is fundamentally also for a Y arrangement of the catalysts (two pre-catalysts and one main catalyst) or guaranteed for a complete two-bank version (one fore and one for each) Main catalyst per bank).
Auch anwendbar ist das Konzept darüber hinaus bei der Anwendung von drei oder mehr Katalysatoren. Die eingetragene Energie teilt sich dann entsprechend der Sauerstoffspeicherkapazitäten der Einzelkatalysatoren auf.The concept is also applicable when using three or more catalysts. The registered Energy then divides according to the oxygen storage capacity of the Single catalysts.
Grundsätzlich kann auf diese Weise auch die Aufheizung von Katalysatoren von Dieselmotoren geregelt werden. Hierbei kann die Vorlegung des Fettgases entweder über den Motor selbst oder über eine separate Einleitung vor dem Katalysator erfolgen. Bevorzugt ist hierbei jedoch eine separate Einleitung des Fettgases vor dem Katalysator.Basically this way also regulates the heating of catalytic converters in diesel engines become. Here, the submission of the fat gas can either via the Engine itself or over a separate introduction before the catalyst. Prefers However, here is a separate introduction of the fat gas before Catalyst.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.Other features, possible applications and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, which are shown in the drawing. Make it up all described or illustrated features on their own or in any combination the subject of the invention regardless of its summary in the claims or their relationship back as well as independent from their formulation or representation in the description or in the drawing.
Dabei zeigen:Show:
In der
Im Bereich des Einlassventils
In dem Ansaugrohr
Bei den Katalysatoren
Im Homogenbetrieb wirkt der Katalysator
Zwischen den Katalysatoren
Ein Steuergerät
In einer ersten Betriebsart, einem
sogenannten Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine
In einer zweiten Betriebsart, einem
sogenannten Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine
Der Speicherkatalysator
Um nun der Alterung aufgrund der
Schwefelbeladung entgegenzuwirken und die Fähigkeit der Speicherung von
Stickoxiden in dem Speicherkatalysator wieder zu erhöhen, ist
es notwendig, eine deutliche Temperaturerhöhung in Form eines Katalysatorheizens
vorzunehmen. Hierzu wird die Brennkraftmaschine
Um nun eine ausreichende Temperatur zu erreichen, und die Steuerung der Fett- und Magerphasen entsprechend vornehmen zu können, ist eine Modellierung der Temperatur notwendig.To now have a sufficient temperature to achieve and control the fat and lean phases accordingly to be able to make modeling of the temperature is necessary.
Hierzu wird – wie bereits ausgeführt – über das
Lambdasprungverfahren die Sauerstoffspeicherkapazität der beiden
Katalysatoren
Dabei sind die Werte zum einen vor
dem Vorkatalysator und zum anderen nach dem Vorkatalysator ermittelt
worden, wodurch gesehen werden kann, dass auch das Wassergasgleichgewicht
keinen nennenswerten Einfluss auf die spezifische Energie besitzt.
Vor dem Vorkatalysator
Auf die vorstehend beschriebene Weise
kann einfach eine Aufheizung des zweiten Katalysators
Das Verfahren soll im Folgenden noch
anhand von
So erfolgt gemäß
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