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 EP 1 004 762 A1 beschrieben ist. Soll nur der stromabwärts im Abgassystem angeordnete NOx-Speicherkatalysator aufgeheizt werden, so wird der stromaufwärts und damit näher am Motor liegend angeordnete 3-Wege-Katalysator unnötigerweise mitgeheizt. Dies führt zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch; außerdem sind die Wärmeverluste auf dem Weg bis zum NOx-Speicherkatalysator sehr hoch bedingt durch die Auslegung des Abgassystems. Im Extremfall einer Entschwefelung kann durch die maximal zulässige Temperatur des vorgeschalteten 3-Wege-Katalysators ein Erreichen der notwendigen Temperatur im NOx-Speicherkatalysator sogar unmöglich werden. Alternativ ist es möglich, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, sowie Kohlenmonoxid und Wasserstoff durch einen fetten Motorbetrieb zu erzeugen. Diese oxidierbaren Abgaskomponenten werden im NOx-Speicherkatalysator mit Hilfe des dort eingespeicherten Sauerstoffs unter Freisetzung von Wärme umgesetzt. Ein entsprechendes Heizverfahren ist beispielsweise in der WO 98/46868 beschrieben. Hierdurch ist ein sehr effizientes Aufheizen möglich, da die Heizmaßnahmen ohne größere vorherige Wärmeverluste im NOx-Speicherkatalysator wirken, während stromaufwärts liegende abgasführende Bauteile wie Auslassventil, Abgaskrümmer und Vorkatalysator nicht bzw. nur im geringem Maße thermisch belastet werden. Für eine derartige chemische Heizung eines Speicherkatalysators gibt es im wesentlichen drei Möglichkeiten.For example, it is known to generate hot engine exhaust gas in the exhaust valve, for example by means of late ignition or post-injection in the case of lean combustion, as is the case, for example, in EP 1 004 762 A1 is described. If only the NOx storage catalytic converter located downstream in the exhaust system is to be heated, the 3-way catalytic converter located upstream and thus closer to the engine is unnecessarily heated. This leads to increased fuel consumption; In addition, the heat losses on the way to the NOx storage catalytic converter are very high due to the design of the exhaust system. In extreme cases of desulfurization, the maximum permissible temperature of the upstream 3-way catalytic converter can even make it impossible to reach the required temperature in the NOx storage catalytic converter. Alternatively, it is possible to generate unburned hydrocarbons, as well as carbon monoxide and hydrogen by a rich engine operation. These oxidizable exhaust gas components are converted in the NOx storage catalytic converter with the help of the oxygen stored there, releasing heat. A corresponding heating method is described, for example, in WO 98/46868. This makes heating up very efficient possible because the heating measures work without major previous heat losses in the NOx storage catalytic converter, while upstream exhaust gas-carrying components such as exhaust valve, exhaust manifold and pre-catalytic converter are not or only to a small extent thermally stressed. There are essentially three possibilities for such a chemical heating of a storage catalytic converter.

  • – 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 .- With a Y exhaust system, the individual cylinders can be operated rich or lean in banks. If the NOx storage catalytic converter is not in place until the Y merging and a good mixing of the two exhaust gas flows is ensured, it can be heated up in this way. Such a method discloses, for example 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 .- Furthermore, it can be provided to operate the engine rich in total while air is additionally introduced in front of the NO x storage catalytic converter. Such a method describes, for example 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:

Figure 00080001
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:
Figure 00080001

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 (CO + H2O ⇒ H2 + CO2) erfolgt, wobei die Wassergasgleichgewichtsreaktion durch die Temperatur bestimmt wird und vorzugsweise im heißen Katalysator bei T > 400°C abläuft.The shift in the composition of the exhaust gas can also exist between the catalysts, since a shift in the composition through the pre-catalyst due to the water gas equilibrium (CO + H 2 O ⇒ H 2 + CO 2 ) takes place, the water gas equilibrium reaction being determined by the temperature and preferably taking place in the hot catalyst at T> 400 ° C.

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

Figure 00100001
Figure 00100001

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:

1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine; 1 a schematic representation of an internal combustion engine;

2 eine weitere schematische Darstellung eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine; 2 a further schematic representation of an exhaust system of an internal combustion engine;

3 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens; 3 a representation of the method according to the invention;

4 eine Darstellung der spezifischen Energie in Abhängigkeit von Lambda. 4 a representation of the specific energy as a function of lambda.

In der 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 eines Kraftfahrzeugs dargestellt, bei der ein Kolben 2 in einem Zylinder 3 hin- und herbewegbar ist. Der Zylinder 3 ist mit einem Brennraum 4 versehen, der unter anderem durch den Kolben 2, ein Einlassventil 5 und ein Auslassventil 6 begrenzt ist. Mit dem Einlassventil 5 ist ein Ansaugrohr 7 und mit dem Auslassventil 6 ist ein Abgasrohr 8 gekoppelt.In the 1 is an internal combustion engine 1 a motor vehicle shown in which a piston 2 in a cylinder 3 can be moved back and forth. The cylinder 3 is with a combustion chamber 4 provided, among other things, by the piston 2 , an inlet valve 5 and an exhaust valve 6 is limited. With the inlet valve 5 is an intake pipe 7 and with the exhaust valve 6 is an exhaust pipe 8th coupled.

Im Bereich des Einlassventils 5 und des Auslassventils 6 ragen ein Einspritzventil 9 und eine Zündkerze 10 in den Brennraum 4. Über das Einspritzventil 9 kann Kraftstoff in den Brennraum 4 eingespritzt werden. Mit der Zündkerze 10 kann der Kraftstoff in dem Brennraum 4 entzündet werden.In the area of the intake valve 5 and the exhaust valve 6 protrude an injection valve 9 and a spark plug 10 in the combustion chamber 4 , Via the injector 9 can fuel into the combustion chamber 4 be injected. With the spark plug 10 can the fuel in the combustion chamber 4 be ignited.

In dem Ansaugrohr 7 ist eine bewegliche Drosselklappe 11 untergebracht, über die dem Ansaugrohr 7 Luft zuführbar ist. Die Menge der zugeführten Luft ist abhängig von dem geöffneten Querschnitt der Drosselklappe 11. In dem Abgasrohr 8 sind Katalysatoren 12 untergebracht, die der Reinigung der durch die Verbrennung des Kraftstoffs entstehenden Abgase dienen.In the intake pipe 7 is a movable throttle valve 11 housed over the the intake manifold 7 Air can be supplied. The amount of air supplied depends on the open cross-section of the throttle valve 11 , In the exhaust pipe 8th are catalysts 12 housed, which are used to purify the exhaust gases resulting from the combustion of the fuel.

Bei den Katalysatoren 12 handelt es sich bei einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung um einen 3-Wege-Katalysator 12'' und einen NOx-Speicherkatalysator 12''. Im Schichtbetrieb dient der erste Katalysator 12' zur Oxidation von HC/CO. Im zweiten Katalysator 12'' werden die Stickoxide gespeichert. Wenn der Katalysator 12'' entsprechend mit NOx gefüllt ist wird ein Regenerationszyklus eingeleitet. Hierbei wird der Motor kurzfristig fettgefahren (λ < 1), so dass im Katalysator 12'' die Stickoxide reduziert werden (NOx → N2).With the catalysts 12 an internal combustion engine with direct fuel injection is a 3-way catalytic converter 12 '' and a NOx storage catalyst 12 '' , The first catalytic converter is used in shift operation 12 ' for the oxidation of HC / CO. In the second catalyst 12 '' the nitrogen oxides are stored. If the catalyst 12 '' a regeneration cycle is initiated accordingly. Here, the engine is briefly greased (λ <1), so that in the catalytic converter 12 '' the nitrogen oxides are reduced (NOx → N 2 ).

Im Homogenbetrieb wirkt der Katalysator 12' als 3-Wege-Katalysator. Der Katalysator 12'' kann auch gewisse 3-Wege-Katalysatoreigenschaften zur Unterstützung des Katalysators 12' aufweisen.The catalyst works in homogeneous operation 12 ' as a 3-way catalyst. The catalyst 12 '' can also have certain 3-way catalyst properties to support the catalyst 12 ' exhibit.

Zwischen den Katalysatoren 12' und 12'' ist ein Temperatursensor 13 vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich ist in dem Abgasrohr unmittelbar nach oder vor den Katalysatoren 12 ein Temperatursensor 14 vorgesehen.Between the catalysts 12 ' and 12 '' is a temperature sensor 13 intended. Alternatively or additionally, is in the exhaust pipe immediately after or before the catalysts 12 a temperature sensor 14 intended.

Ein Steuergerät 18 ist von Eingangssignalen 19 beaufschlagt, die mittels Sensoren gemessene Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 darstellen. Das Steuergerät 18 erzeugt Ausgangssignale 20, mit denen über Aktoren bzw. Steller das Verhalten der Brennkraftmaschine 1 beeinflusst werden kann. Unter anderem ist das Steuergerät 18 dazu vorgesehen, die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 zu steuern und/oder zu regeln. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 18 mit einem Mikroprozessor versehen, der in einem Speichermedium, insbesondere in einem Flash-Memory ein Programm abgespeichert hat, das dazu geeignet ist, die genannte Steuerung und/oder Regelung durchzuführen.A control unit 18 is of input signals 19 acted upon, the operating variables of the internal combustion engine measured by sensors 1 represent. The control unit 18 generates output signals 20 , with which the behavior of the internal combustion engine via actuators or actuators 1 can be influenced. Among other things, the control unit 18 provided the operating parameters of the internal combustion engine 1 to control and / or regulate. For this purpose the control unit 18 provided with a microprocessor which has stored a program in a storage medium, in particular in a flash memory, which is suitable for carrying out the aforementioned control and / or regulation.

In einer ersten Betriebsart, einem sogenannten Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine 1, wird die Drosselklappe 11 in Abhängigkeit von dem erwünschten Drehmoment teilweise geöffnet bzw, geschlossen. Der Kraftstoff wird von dem Einspritzventil 9 während einer durch den Kolben 2 hervorgerufenen Ansaugphase in den Brennraum 4 eingespritzt. Durch die gleichzeitig über die Drosselklappe 11 angesaugte Luft wird der eingespritzte Kraftstoff verwirbelt und damit in dem Brennraum 4 im wesentlichen gleichmäßig verteilt. Danach wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch während der Verdichtungsphase verdichtet, um dann von der Zündkerze 10 entzündet zu werden. Durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs wird der Kolben 2 angetrieben. Das entstehende Drehmoment hängt im Homogenbetrieb unter anderem von der Stellung der Drosselklappe 11 ab. Im Hinblick auf eine geringe Schadstoffentwicklung wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch möglichst auf Lambda gleich Eins eingestellt.In a first operating mode, a so-called homogeneous operation of the internal combustion engine 1 , the throttle valve 11 partially open or closed depending on the desired torque. The fuel is from the injector 9 during one by the piston 2 induced suction phase in the combustion chamber 4 injected. By simultaneously over the throttle valve 11 Intake air is swirled around the injected fuel and thus in the combustion chamber 4 essentially evenly distributed. The fuel / air mixture is then compressed during the compression phase and then removed from the spark plug 10 to be ignited. Due to the expansion of the ignited fuel, the piston becomes 2 driven. The torque generated in homogeneous operation depends, among other things, on the position of the throttle valve 11 from. In view of a low pollutant development, the fuel / air mixture is set to lambda equal to one if possible.

In einer zweiten Betriebsart, einem sogenannten Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine 1, wird die Drosselklappe 11 weit geöffnet. Der Kraftstoff wird von dem Einspritzventil 9 während einer durch den Kolben 2 hervorgerufenen Verdichtungsphase in den Brennraum 4 eingespritzt, und zwar örtlich in die unmittelbare Umgebung der Zündkerze 10 sowie zeitlich in geeignetem Abstand vor dem Zündzeitpunkt. Dann wird mit Hilfe der Zündkerze 10 der Kraftstoff entzündet, so dass der Kolben 2 in der nunmehr folgenden Arbeitsphase durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs angetrieben wird. Das entstehende Drehmoment hängt im Schichtbetrieb weitgehend von der eingespritzten Kraftstoffmasse ab. Im wesentlichen ist der Schichtbetrieb für den Leerlaufbetrieb und den Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine 1 vorgesehen.In a second operating mode, a so-called stratified operation of the internal combustion engine 1 , the throttle valve 11 wide open. The fuel is from the injector 9 during one by the piston 2 caused compression phase in the combustion chamber 4 injected, locally in the immediate vicinity of the spark plug 10 as well as at a suitable distance before the ignition point. Then using the spark plug 10 the fuel ignites, leaving the piston 2 is driven in the now following work phase by the expansion of the ignited fuel. The resulting torque largely depends on the injected fuel mass in shift operation. The stratified operation is essentially for idling operation and partial load operation of the internal combustion engine 1 intended.

Der Speicherkatalysator 12' nimmt während seiner fortlaufenden Be- und Entladung mit Stickoxiden mit der Zeit Schwefel auf. Dies führt zu einer Einschränkung der Speicherfähigkeit des Speicherkatalysators 12', die nachfolgend als Alterung bezeichnet wird.The storage catalytic converter 12 ' absorbs sulfur over time during its continuous loading and unloading with nitrogen oxides. This leads to a limitation of the storage capacity of the storage catalytic converter 12 ' , hereinafter referred to as aging.

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 1 abwechselnd im Fett- und Magerbetrieb in relativen kurzen Zeitintervallen betrieben, wobei im Magerbetrieb der Sauerstoffspeicher der einzelnen Katalysatoren aufgeladen wird. Die maximale Sauerstoffspeicherkapazität kann hierbei über ein Lambdasprungverfahren in bekannter Form festgestellt werden, wobei die Bestimmung über die Lambdasonden 22 (LSF oder LSU, wobei statt der LSU-Sonde auch eine LSF-Sonde verwandt werden kann) nach den einzelnen Katalysatoren 12' und 12'' vorgenommen wird. In der Fettphase wird dann der Sauerstoffspeicher wieder verbraucht und der Sauerstoff zusammen mit Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen exotherm umgesetzt, so dass es zu einer Erhöhung der Temperatur in den Speichern in den Katalysatoren 12' und 12" kommt, wodurch eine Aufheizung, das sog. Katheizen erfolgt. In den Magerphasen findet keine nennenswerte Temperaturerhöhung statt. Es muss dabei eine Temperatur von ca. 600 bis 650°C erreicht werden, um eine Reinigung des NOx-Speicherkatalysators 12'' von den eingelagerten Schwefelverbindungen zu erzielen.In order to counteract the aging due to the sulfur loading and to increase the ability of nitrogen oxides to be stored in the storage catalytic converter again, it is necessary to carry out a significant temperature increase in the form of a catalytic converter heating. For this, the internal combustion engine 1 from alternately operated in rich and lean operation in relatively short time intervals, with the oxygen storage of the individual catalysts being charged in lean operation. The maximum oxygen storage capacity can be determined in a known form using a lambda jump method, the determination using the lambda sensors 22 (LSF or LSU, whereby an LSF probe can also be used instead of the LSU probe) after the individual catalysts 12 ' and 12 '' is made. In the fat phase, the oxygen store is then used again and the oxygen is reacted exothermally with carbon monoxide, hydrogen and hydrocarbons, so that there is an increase in the temperature in the stores in the catalysts 12 ' and 12 " comes, causing a heating, the so-called cat heating. There is no appreciable temperature increase in the lean phases. A temperature of approx. 600 to 650 ° C must be reached in order to clean the NOx storage catalytic converter 12 '' to achieve from the stored sulfur compounds.

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 12' und 12'' separat ermittelt. Über die in der Magerphase eingetragene Sauerstoffmasse und den sauerstoffbezogenen Heizwert des in der Fettphase umgesetzten Fettgases kann der Energieeintrag jedes Fett-Mager-Zyklusses bestimmt werden. Der sauerstoffbezogene Heizwert beträgt etwa 16000 J/g O2 und ist nur im geringeren Maße vom Wassergasgleichgewicht über den ersten Katalysator abhängig und auch nur im geringem Maße von der Verschiebung der Abgaszusammensetzung bei unterschiedlichem Lambda. Es kann von einem näherungsweise konstanten Heizwert von 16000 J/g O2 und insbesondere 16300 J/g O2 ausgegangen werden. Die den Energieeintrag bestimmende Sauerstoffmasse kann dann über die im Steuergerät 18 bekannten Größen Abgasmassenstrom und Lambda ermittelt werden, wobei hierüber die Temperatur in den Katalysatoren bestimmt werden kann. Auf diese Weise kann festgelegt werden, wie die Fett- und Magerphasen bei der Aufheizung des Katalysators zu steuern sind. Über den Temperatursensor kann die Temperaturerhöhung während des Aufheizvorganges durch das Steuergerät 18 nur schwierig oder nur zum Teil überwacht werden, da die Temperatursensoren 13, 14 aufgrund anderweitiger Erfordernisse meist hinter dem ersten Katalysator untergebracht sind. Darüber hinaus liefert der Temperatursensor 13, 14 keine Information darüber, wie sich der Energieeintrag auf die Katalysatoren verteilt. Bei dem Steuergerät 18 handelt es sich hierbei um die Motorsteuerung. Die Temperaturerhöhung des Katalysators hinter den Temperatursensoren wird in der Motorsteuerung 18 über den berechneten chemischen Energieeintrag modelliert.For this purpose, as already explained, the oxygen storage capacity of the two catalysts is determined using the lambda jump method 12 ' and 12 '' determined separately. The energy input of each fat-lean cycle can be determined via the oxygen mass entered in the lean phase and the oxygen-related calorific value of the fat gas converted in the fat phase. The oxygen-related calorific value is approximately 16000 J / g O 2 and is only dependent to a lesser extent on the water gas equilibrium over the first catalytic converter and also only to a lesser extent on the shift in the exhaust gas composition with different lambda. An approximately constant calorific value of 16000 J / g O 2 and in particular 16300 J / g O 2 can be assumed. The oxygen mass determining the energy input can then be determined in the control unit 18 Known quantities of exhaust gas mass flow and lambda are determined, the temperature in the catalytic converters being able to be determined here. In this way it can be determined how the rich and lean phases are to be controlled when the catalyst is heated. The temperature can be raised by the control unit via the temperature sensor during the heating process 18 can be monitored only with difficulty or only in part because the temperature sensors 13 . 14 are usually located behind the first catalyst due to other requirements. In addition, the temperature sensor delivers 13 . 14 no information about how the energy input is distributed over the catalysts. With the control unit 18 this is the engine control. The temperature increase of the catalyst behind the temperature sensors is in the engine control 18 modeled using the calculated chemical energy input.

4 zeigt nun eine Tabelle, bei der die spezifische Energie im Abgas über dem Wert 1/λ auch als Exhaust Equivalence Ratio (EQR) bezeichnet, aufgetragen ist. Der Graphik kann entnommen werden, dass trotz Verschiebung des Lambdas die spezifische Energie im Abgas nur geringfügig schwankt. Dabei sind die mit Kreisen und Querlinien gekennzeichnete Messwerte für einen geringeren Massenstrom als die dunklen Linien bestimmt worden. Auch der Massenstrom nimmt nur im geringen Maße Einfluss auf die spezifische Energie im Abgas. 4 now shows a table in which the specific energy in the exhaust gas above the value 1 / λ is also referred to as the Exhaust Equivalence Ratio (EQR). The graphic shows that the specific energy in the exhaust gas fluctuates only slightly despite the shift in the lambda. The measured values marked with circles and cross lines were determined for a lower mass flow than the dark lines. The mass flow also has only a minor influence on the specific energy in the exhaust gas.

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 12' handelt es sich dabei um rohes Motorabgas, wobei nach dem Vorkatalysator 12' die mögliche Gleichgewichteinstellung stattgefunden hat.The values were determined on the one hand before the pre-catalytic converter and on the other hand after the pre-catalytic converter, whereby it can be seen that the water gas equilibrium also has no significant influence on the specific energy. Before the pre-catalyst 12 ' it is raw engine exhaust, after the pre-catalyst 12 ' the possible equilibrium has taken place.

Auf die vorstehend beschriebene Weise kann einfach eine Aufheizung des zweiten Katalysators 12'' geregelt werden, ohne der Gefahr ausgesetzt zu sein, dass die für den jeweiligen Zweck notwendige Temperatur für den NOx-Speicherkatalysator 12'' nicht erreicht wird bzw, einer der Katalysatoren 12', 12'' überhitzt wird.In the manner described above, the second catalyst can simply be heated 12 '' be regulated without being exposed to the risk that the temperature required for the respective purpose for the NOx storage catalytic converter 12 '' is not reached or one of the catalysts 12 ' . 12 '' is overheated.

Das Verfahren soll im Folgenden noch anhand von 3 erläutert werden.In the following, the procedure shall be based on 3 are explained.

So erfolgt gemäß 3 als Start des Verfahrens zunächst ein oder zur Mittelung mehrere Lambdasprünge, die durch die Motorsteuerung 18 erzeugt werden. Die hierdurch gemessenen Ergebnisse ergeben die Sauerstoffspeicherkapazität der Katalysatoren/des Katalysators, auch OSC (Oxygen-Storage Capacity) genannt. Dieser Wert wird im Steuergerät 18 berechnet. Es wird sodann der Abgasmassenstrom m und das Abgaslambda λ bestimmt und ebenfalls an das Steuer- und Regelgerät 18 geleitet, wobei m als Rechengröße im Steuergerät vorliegt und nicht über einen Sensor gemessen wird. Anschließend wird der Motor mit sich abwechselnden Fett- und Mager-Phasen betrieben. Das Steuergerät 18 ermittelt die in der Magerphase eingetragene Sauerstoffmasse aus dem Abgasmassenstrom m und dem Abgaslambda λ. In der folgenden Fettphase wird dieser Sauerstoff umgesetzt. Aus dem sauerstoffbezogenen Heizwert kann der Energieeintrag der Fettphase und die daraus resultierende Temperatur in den Katalysatoren 12', 12'' bestimmt werden. Über die Phasenlänge (Frequenz), die Amplitude und die Abregelung des Lambdas können Maßnahmen zur Regelung des Katalysatorheizens durch das Steuergerät 18 getroffen werden.According to 3 as the start of the method, one or several averaging lambda jumps by the engine control 18 be generated. The results measured in this way result in the oxygen storage capacity of the catalytic converter / catalytic converter, also known as OSC (Oxygen-Storage Capacity). This value is in the control unit 18 calculated. The exhaust gas mass flow m and the exhaust gas lambda λ are then determined and also sent to the control and regulating device 18 passed, where m is present as a calculation variable in the control unit and is not measured via a sensor. The engine is then operated with alternating rich and lean phases. The control unit 18 determines the oxygen mass entered in the lean phase from the exhaust gas mass flow m and the exhaust gas lambda λ. This oxygen is converted in the following fat phase. The energy input of the fat phase and the resulting temperature in the catalysts can be determined from the oxygen-related calorific value 12 ' . 12 '' be determined. Measures for controlling the catalyst heating by the control unit can be carried out via the phase length (frequency), the amplitude and the reduction of the lambda 18 to be hit.

Claims (12)

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere für ein Kraftfahrzeug insbesondere mit einem Kraftstoffdirekteinspritzsystem, 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 einen Sauerstoffspeicher des mindestens einen Katalysators aufzufüllen und in einem fetten Betrieb mit λ < 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 λ-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 operation with λ> 1 in order to store the at least one catalytic converter in oxygen fill up and operate in a rich operation with λ <1, in order to heat up the oxygen in the at least one catalyst by the heat of reaction of a reaction of unburned fuel components, characterized in that initially the oxygen storage capacity of each individual or a group is increased by a λ jump is determined by catalysts and, via the determined respective oxygen storage capacity of the catalyst or catalysts, an oxygen-related lower calorific value and taking into account an exhaust gas lambda and an exhaust gas mass flow, the energy Entry 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. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Katalysatoren die Sauerstoffspeicherkapazität für jeden einzelnen bestimmt wird.A method according to claim 1, characterized in that at several catalysts the oxygen storage capacity for each individual is determined. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der λ-Sprung sowie der Fettgaseintrag in den oder die jeweiligen Katalysatoren über eine λ-Sonde bestimmt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the λ jump and the fat gas input into the catalyst or catalysts is determined using a λ probe becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der spezifische Heizwert in wesentlichen unabhängig von dem eingestellten λ und der Abgaszusammensetzung ist und insbesondere näherungsweise bei 16000 J/g O2 liegt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the specific calorific value is essentially independent of the set λ and the exhaust gas composition and in particular is approximately 16000 J / g O 2 . Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Katalysator auf Basis der Sauerstoffspeicherkapazität berechnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that that the temperature in the catalyst is calculated based on the oxygen storage capacity becomes. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird.Computer program, characterized in that the computer program to carry out of the method according to one of the preceding claims is when it runs on a computer. Computerprogramm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einem Speicher, insbesondere einem Read-only-Memory oder einem Flash-Memory abgespeichert ist.Computer program according to claim 6, characterized in that it on a memory, in particular a read-only memory or a flash memory is stored. Steuer- und/oder Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere mit Kraftstoffdirekteinspritzung, das einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm nach einem der Ansprüche 6 oder 7 abgespeichert ist.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 according to a of claims 6 or 7 is saved. Brennkraftmaschine mit einem Brennraum (4), insbesondere mit einer Kraftstoffdirekteinspritzvorrichtung, über welche der Kraftstoff in den Brennraum (4) gelangt, mit einem Steuer- und/oder Regelgerät (18) sowie mindestens einem Katalysator (12), wobei zum Heizen mindestens eines Katalysators (12) die Brennkraftmaschine (1) zyklisch in Fett- und Magerphasen betreibbar ist und nach und/oder zwischen den Katalysatoren (12', 12'') ein Sauerstoffsensor (22) vorgesehen ist, zum Bestimmen einer Sauerstoffspeicherkapazität der oder des Katalysators (12', 12'') und wobei über das Regel- und/oder Steuergerät (18) durch Bestimmung eines Abgaslambdas, eines Abgasmassenstroms der Brennkraftmaschine sowie der Sauerstoffspeicherkapazität ein Heizwert und damit ein Energieeintrag bzw. eine Temperatur in den Katalysatoren (12', 12'') bestimmbar und damit regelbar ist durch Einstellung der Fett- bzw. Magerphasen.Internal combustion engine with a combustion chamber ( 4 ), in particular with a direct fuel injection device, via which the fuel enters the combustion chamber ( 4 ) arrives with a control and / or regulating device ( 18 ) and at least one catalyst ( 12 ), for heating at least one catalyst ( 12 ) the internal combustion engine ( 1 ) can be operated cyclically in rich and lean phases and after and / or between the catalysts ( 12 ' . 12 '' ) an oxygen sensor ( 22 ) is provided for determining an oxygen storage capacity of the catalyst (s) ( 12 ' . 12 '' ) and whereby via the regulating and / or control device ( 18 ) by determining an exhaust gas lambda, an exhaust gas mass flow of the internal combustion engine and the oxygen storage capacity, a calorific value and thus an energy input or a temperature in the catalysts ( 12 ' . 12 '' ) can be determined and thus regulated by adjusting the fat or lean phases. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) ein Ottomotor ist.Internal combustion engine according to claim 9, characterized in that the internal combustion engine ( 1 ) is a gasoline engine. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Katalysatoren (12', 12'') ein NOx-Speicherkatalysator ist.Internal combustion engine according to claim 9 or 10, characterized in that one of the catalysts ( 12 ' . 12 '' ) is a NOx storage catalytic converter. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9 bis 11, die ein Steuer- und/oder Regelgerät (18) nach Anspruch 8 umfasst.Internal combustion engine according to claim 9 to 11, which is a control and / or regulating device ( 18 ) according to claim 8.
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