DE10338181B4 - Method and device for influencing the temperature of a catalyst system - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Temperaturbeeinflussung eines in der Abgasanlage einer vorzugsweise direkteinspritzenden schichtladefähigen oder magerlauffähigen Verbrennungskraftmaschine angeordneten Katalysatorsystems, welches zumindest einen Vorkatalysator und zumindest einen stromab des Vorkatalysators angeordneten Hauptkatalysator umfasst, wobei ein Wert einer Sauerstoffspeicherfähigkeit des Vorkatalysators OSC_VK, des Hauptkatalysators OSC_HK und des Katalysatorsystems OSC_K bestimmt wird und in Abhängigkeit von diesen Werten selektive Maßnahmen zur Temperaturbeeinflussung von zumindest einer der Komponenten der Abgasanlage Vorkatalysator oder Hauptkatalysator durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur selektiven Bestimmung des Wertes der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Vorkatalysators OSC_VK – innerhalb eines Zeitintervalls T_VK, in dem zu erwarten ist, dass OSC_VK größer als ein Stalysators OSC_HK kleiner als ein Schwellwert OSC_HKS1 ist, – aus einem zeitlichen Verlauf der Sauerstoffkonzentration stromab des Hauptkatalysators der dem Zeitintervall T_VK zugeordnete Wert der OSC des Katalysatorsystems OSC_K ermittelt und – OSC_VK näherungsweise gleich OSC_K gesetzt wird und – innerhalb eines...A method for influencing the temperature of a catalyst system arranged in the exhaust system of a preferably direct-injecting stratified or lean-burn internal combustion engine, which comprises at least one primary catalyst and at least one main catalyst located downstream of the primary catalyst, a value of an oxygen storage capacity of the primary catalyst OSC_VK, the main catalyst OSC_HK and the catalyst system being determined and OSC_Katalyst Depending on these values, selective measures for influencing the temperature of at least one of the components of the exhaust system primary catalytic converter or main catalytic converter are carried out, characterized in that for the selective determination of the value of the oxygen storage capacity of the primary catalytic converter OSC_VK - within a time interval T_VK in which it is to be expected that OSC_VK greater than a stalyser OSC_HK is less than a threshold value OSC_HKS1, - from a temporal course of the oxygen c Concentration downstream of the main catalytic converter, the value of the OSC of the catalytic converter system OSC_K assigned to the time interval T_VK is determined and - OSC_VK is set approximately equal to OSC_K and - within a ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Temperaturbeeinflussung eines Katalysatorsystems nach den Oberbegriffen der unabhängigen PatentansprücheThe invention relates to a method and a device for influencing the temperature of a catalyst system according to the preambles of the independent claims
Bekannte zur Abgasreinigung von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzte Katalysatorsysteme umfassen häufig mindestens einen motornah angeordneten, kleinvolumigen Vorkatalysator und mindestens einen weiter stromab angeordneten, größeren Hauptkatalysator. Die Systemkomponenten können dabei als Oxidationskatalysatoren zur Konvertierung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO), als Reduktionskatalysatoren zur Reduzierung von Stickoxiden NOx oder als 3-Wege-Katalysatoren, welche die genannten oxidativen und reduktiven Konvertierungen gleichzeitig fördern, ausgestaltet sein. Im Falle magerlauffähiger Verbrennungskraftmaschinen kann der Hauptkatalysator zusätzlich mit einer NOx-Speicherkomponente ausgestattet sein, der in mageren Betriebsphasen, in denen die Verbrennungskraftmaschine mit einem sauerstoffreichen Luft-Kraftstoff-Gemisch mit λ > 1 beaufschlagt wird, Stickoxide (NOx) einspeichert, um diese in fetten Betriebsintervallen mit λ < 1 wieder freizusetzen und zu reduzieren.Known catalyst systems used for exhaust gas purification of internal combustion engines frequently comprise at least one small volume precatalyst arranged close to the engine and at least one larger main catalytic converter arranged further downstream. The system components can be designed as oxidation catalysts for the conversion of unburned hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO), as reduction catalysts for the reduction of nitrogen oxides NOx or as 3-way catalysts which simultaneously promote said oxidative and reductive conversions. In the case of lean-burn internal combustion engines, the main catalytic converter may additionally be equipped with a NOx storage component which, in lean operating phases in which the internal combustion engine is charged with an oxygen-rich air-fuel mixture with λ> 1, stores nitrogen oxides (NOx) in order to grease them Release operating intervals with λ <1 and reduce them again.
Fahrzeuge mit magerlauffähigen oder direkteinspritzenden, schichtladefähigen Ottomotoren können im unteren Lastbereich in verschiedenen Betriebsarten betrieben werden. Dabei stellt der Schichtbetrieb im allgemeinen die verbrauchsgünstigste Betriebsart dar. Um das maximale Potential dieser Betriebsart auszunutzen, wird eine möglichst häufige Nutzung des Schichtbetriebes angestrebt.Vehicles with lean-running or direct-injection, stratified charge gasoline engines can be operated in the lower load range in various operating modes. In this case, the shift operation generally represents the most fuel-efficient operating mode. In order to exploit the maximum potential of this operating mode, the most frequent possible use of shift operation is sought.
Die Abgastemperatur von Verbrennungsmotoren nimmt üblicherweise mit sinkender Last und in geringerem Maße mit sinkender Drehzahl ab. In länger andauerndem Schwachlastbetrieb, z. B. Dauer-Leerlauf, Stop-and-go-Verkehr, Stadtfahrt, wird somit ein zumindest erster Katalysator teilweise so stark ausgekühlt, dass er seine maximal mögliche Konvertierungsleistung nicht mehr erreicht. Insbesondere der Schichtbetrieb stellt mit seinen relativ niedrigen Abgastemperaturen im Vergleich zum stöchiometrischen Motorbetrieb bei Lambda = 1 besonders hohe Ansprüche an die Abgasnachbehandlung. Vor allem bei gealterten Abgasreinigungssystemen führt der Alterungseinfluss zu einer Verschiebung der Anspringtemperatur in Richtung höher Temperaturen und somit zu einer entsprechend schlechteren Light-Off-Charakteristik der Abgasanlage.The exhaust gas temperature of internal combustion engines usually decreases with decreasing load and to a lesser extent with decreasing speed. In longer lasting low load operation, z. As permanent idling, stop-and-go traffic, city driving, thus at least a first catalyst is partially cooled down so much that it no longer reaches its maximum possible conversion performance. In particular, the stratified operation with its relatively low exhaust gas temperatures compared to the stoichiometric engine operation at lambda = 1 particularly high demands on the exhaust aftertreatment. Especially with aged exhaust gas cleaning systems, the influence of aging leads to a shift in the light-off temperature in the direction of higher temperatures and thus to a correspondingly poorer light-off characteristic of the exhaust system.
Im Stand der Technik (
Ferner kann ein Hauptkatalysator, welcher sich mit seinem Temperaturniveau oberhalb einer vorgebbaren Light-Off-Temperatur befindet, zumindest teilweise einen Konvertierungsverlust zumindest eines vorgeschalteten ausgekühlten Vorkatalysators kompensieren und besondere temperatursteigernde Maßnahmen sind nicht erforderlich.Further, a main catalyst, which is at a temperature level above a predetermined light-off temperature, at least partially compensate for a loss of conversion at least one upstream cooled pre-catalyst and special temperature-increasing measures are not required.
Abhilfe kann hier durch Maßnahmen zur Erhöhung einer Abgas- und/oder Katalysatortemperatur abhängig von einem Energieaustrag aus einem Katalysator ergriffen werden. Hierbei wird ein für den entsprechenden Katalysator, basierend auf der Abgastemperatur, vor dem Vorkatalysator und einer definierten Light-Off-Temperatur, notwendige Wärmestrom ermittelt und ergibt kumuliert den Energieaustrag aus dem Katalysator. Bei Überschreiten vorgebbarer Schwellwerte für den Energieaustrag können abgas- und/oder temperatursteigernde Maßnahmen ergriffen werden. Diese Bestimmung ist sowohl für einen motornahen Vorkatalysator möglich, als auch für einen weiter stromab angeordneten Hauptkatalysator. Voraussetzung ist hierbei jedoch die Bestimmung des entsprechenden Konvertierungszustandes von Vorkatalysator bzw. Hauptkatalysator. In Kombination zum abgas- und/oder katalysatortemperatursteigernden Eingriff während des Motorbetriebes ist bereits eine Kenntnis der aktuellen Konvertierungsleistung von Vor- bzw. Hauptkatalysator vor dem eigentlichen Motorstart von besonderem Interesse. Hiermit lässt sich bereits bei Motorstart auf die aktuelle Light-Off-Charakteristik durch entsprechende Maßnahmen bei der sogenannten ”Katheizfunktion”, welche üblicherweise innerhalb der ersten 2 ... 120 Sekunden nach Motorstart ergriffen wird, Rücksicht nehmen. Hierdurch lassen sich unterschiedliche Strategien für den Motorstart realisieren, welche in Abhängigkeit der Konvertierungsleistung der Katalysatoren, insbesondere des Vorkatalysators und somit zum schnelleren Erreichen der Light-Off-Temperatur führen.Remedy can be taken here by measures to increase an exhaust gas and / or catalyst temperature depending on an energy drain from a catalyst. In this case, a heat flow necessary for the corresponding catalyst, based on the exhaust gas temperature, upstream of the precatalyst and a defined light-off temperature, is determined and cumulatively results in the energy discharge from the catalyst. When predefinable threshold values for the energy discharge are exceeded, exhaust gas and / or temperature-increasing measures can be taken. This determination is possible both for a pre-catalytic converter close to the engine and for a main catalytic converter arranged further downstream. The prerequisite here, however, is the determination of the corresponding conversion state of the primary catalyst or catalytic converter. In combination with the exhaust gas and / or catalyst temperature increasing intervention during engine operation is already a knowledge of the current conversion performance of pre- or main catalyst before the actual engine start of particular interest. This makes it possible to take into account the current light-off characteristic at the start of the engine by taking appropriate measures in the so-called "catalytic heating function", which is usually taken within the first 2 ... 120 seconds after engine start. As a result, different strategies for starting the engine can be realized, which result in dependence on the conversion performance of the catalysts, in particular the precatalyst and thus for faster achievement of the light-off temperature.
Voraussetzung für die oben genannten Maßnahmen ist eine selektive Bestimmung der aktuellen Konvertierungsleistung eines Katalysators. Bekannt ist, dass die Sauerstoffspeicherfähigkeit (Oxygen-storage-capacity OSC) eines Katalysators mit der Light-Off-Temperatur insbesondere für die Oxidation unverbrannter Kohlenwasserstoffe HC korreliert.The prerequisite for the above measures is a selective determination of the current conversion performance of a catalytic converter. It is known that the oxygen storage capacity (OSC) of a catalyst correlates with the light-off temperature, in particular for the oxidation of unburned hydrocarbons HC.
Aus der
Bekannte Verfahren zur Bestimmung der OSC, beispielsweise das Dokument
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, die auf eine einfache und kostengünstige Weise einen optimierten Betrieb eines Katalysatorsystems in Abhängigkeit von einer ermittelten OSC des Vorkatalysators bzw. Hauptkatalysators des Katalysatorsystems ermöglichen.The object of the present invention is to provide a method and a device which enable optimized operation of a catalyst system as a function of a determined OSC of the precatalyst or main catalyst of the catalyst system in a simple and cost-effective manner.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelost.According to the invention, this object is achieved by the features of the independent claims.
Erfindungsgemäß wird ein gattungsgemäßes Verfahren zur selektiven Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit eines Vorkatalysators bzw. Hauptkatalysators weiterentwickelt, bei dem die OSC der einzelnen Katalysatoren für eine Systemkonfiguration mit motornah angeordnetem Vorkatalysator und stromab angeordneten Hauptkatalysator ohne zusätzliche sauerstoffsensitive Messeinrichtung zwischen den Katalysatoren selektiv bestimmt werden kann.According to the invention, a generic method for the selective determination of the oxygen storage capacity of a precatalyst or main catalyst is further developed, in which the OSC of the individual catalysts for a system configuration with pre-catalyst arranged close to the engine and downstream main catalyst can be selectively determined between the catalysts without additional oxygen-sensitive measuring device.
Hierfür wird zunächst die OSC des betriebswarmen Vorkatalysator bestimmt, zu einem Zeitpunkt, wo die OSC des Hauptkatalysators nicht oder wenig aktiv ist. Zu einem späteren Zeitpunkt, bei welchem sowohl der Vorkatalysator als auch der Hauptkatalysator seine Betriebstemperatur erreicht und somit die OSC des Gesamtsystems vermessen werden kann, wird die OSC des Hauptkatalysators bestimmt. Die Ermittlung der OSC erfolgt aus einem entsprechenden Signalverlauf einer sauerstoffsensitiven Messeinrichtung (Lambda-Sonde, NOx-Sensor) stromab des Hauptkatalysators. Vorzugsweise wird die Bestimmung der OSC des Vorkatalysators mit diesem Verfahren erst nach Abschluss eventueller vorgelagerter Heizmaßnahmen durchgeführt jedoch vor Erreichen/Überschreiten der Light-Off-Temperatur eines stromab befindlichen Hauptkatalysators.For this purpose, first the OSC of the operating-temperature precatalyst is determined, at a time when the OSC of the main catalyst is not active or only slightly active. At a later time, in which both the pre-catalyst and the main catalyst reaches its operating temperature and thus the OSC of the entire system can be measured, the OSC of the main catalyst is determined. The OSC is determined from a corresponding signal curve of an oxygen-sensitive measuring device (lambda probe, NOx sensor) downstream of the main catalytic converter. Preferably, the determination of the OSC of the precatalyst with this method is carried out only after completion of any upstream heating measures, but before reaching / exceeding the light-off temperature of a downstream main catalyst.
Dabei wird die Verbrennungskraftmaschine alternierend zwischen fettem und magerem Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben und die zeitlich unterschiedlichen Signalverläufe hinsichtlich der eingespeicherten Sauerstoffmasse bewertet. Je größer der Sauerstoffspeicher eines Katalysators ist, desto mehr Zeit vergeht, bis die sauerstoffsensitive Messeinrichtung nach dem Katalysator bzw. nach dem Abgasreinigungssystem den entsprechenden Gemischsprung erkennt.In this case, the internal combustion engine is operated alternately between rich and lean air-fuel mixture and assessed the temporally different waveforms with respect to the stored oxygen mass. The larger the oxygen storage of a catalyst, the more time passes until the oxygen-sensitive measuring device recognizes the corresponding mixture jump after the catalyst or after the exhaust gas purification system.
Bei einem Betrieb eines Katalysatorsystems muss ausgeschlossen werden, das eine eventuelle Schwefelvergiftung des Vorkatalysators, insbesondere des NOx-Speicherkatalysators, welche ebenfalls zu verminderten OSC-Werten führt, irrtümlicherweise abgas- und/oder katalysatortemperatursteigernde Maßnahmen nach sich zieht. Eine Anforderung von entsprechenden Maßnahmen wird nur durchgeführt, solange die Schwefelbeladung des Katalysators kleiner einer applizierbaren Schwelle ist. Bevorzugt kann eine Schwefelvergiftung des NOx-Speicherkatalysators durch zumindest eine der folgenden Maßnahmen detektiert werden. Zum einen kann bei Vorhandensein einer sauerstoffsensitiven Messeinrichtung (NOx-Sensor) stromab des NOx-Speicherkatalysators ein NOx-Aktivitätseinbruch detektiert werden, zum anderen kann in einem Motorsteuergerät eine Rechengröße mit einem fast zu applizierenden Wert für den Kraftstoffschwefelgehalt den Schwefeleintrag in den Katalysator in Abhängigkeit der durchgesetzten Kraftstoffmasse berechnet werden. In Kombination mit den selektiv bestimmten OSC-Werten des Vorkatalysators bzw. Hauptkatalysators lässt sich somit zwischen einem Schwefelvergifteten bzw. gealterten Katalysator differenzieren.When operating a catalyst system, it must be ruled out that any possible sulfur poisoning of the precatalyst, in particular of the NOx storage catalyst, which likewise leads to reduced OSC values, erroneously entails exhaust gas and / or catalyst temperature-increasing measures. A request for appropriate measures is only carried out as long as the sulfur loading of the catalyst is smaller than an applicable threshold. Preferably, sulfur poisoning of the NOx storage catalyst can be detected by at least one of the following measures. On the one hand, in the presence of an oxygen-sensitive measuring device (NOx sensor) downstream of the NOx storage catalytic converter, a NOx activity slump can be detected, and on the other hand, in an engine control unit, an arithmetic variable with an almost to be applied value for the fuel sulfur content, the sulfur input into the catalyst as a function of be enforced fuel mass. In combination with the selectively determined OSC values of the precatalyst or main catalyst, it is thus possible to differentiate between a sulfur-poisoned or aged catalyst.
Die Bestimmung des jeweiligen Katalysatorzustandes erfolgt durch Auswertung der vorher ermittelten OSC-Werte. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens geschieht dies folgendermaßen:
- • In einem ersten Schritt wird die OSC des Vorkatalysators bestimmt, solange die Light-Off-Temperatur des Hauptkatalysators und somit seine Fähigkeit Sauerstoff ein- bzw. auszuspeichern nicht überschritten ist. Mit zunehmender Alterung der Katalysatoren im Fahrzeugbetrieb wird das Verfahren unempfindlicher hinsichtlich Streuungen, da die Light-Off-Temperatur des Hauptkatalysators mit zunehmender Alterung zu höheren Temperaturen verschoben wird. Hierdurch steigt auch die Temperatur, bei welcher ein alternierender Fett-Mager-Betrieb zu einer Sauerstoffeinspeicherung bzw. Sauerstoffausspeicherung führt. Bei Konzepten mit einer sauerstoffsensitiven Messeinrichtung (Lambda-Sonde) nach dem Vorkatalysator kann diese OSC-Bestimmung unabhängig von der Temperatur des Hauptkatalysators durchgeführt werden.
- • In einem zweiten Schritt, bei welchem sowohl der Vorkatalysator als auch der Hauptkatalysator ihre Betriebstemperatur erreicht haben und gleichmäßig durchwärmt sind, kann die Bestimmung der OSC des Gesamtsystems, wie bereits bekannt, über einen Sondensprung nach dem Hauptkatalysator erfolgen. Voraussetzung für eine reproduzierbare OSC-Bestimmung ist hierbei die homogene Durchwärmung des Gesamtsystems.
- • In einem dritten Schritt wird aus den ermittelten Werten die sich ergebene OSC für den Hauptkatalysator ermittelt: OSC-Hauptkat = OSC-System – OSC-Vorkat. Diese Werte werden dann mit frei in einem Steuergerät applizierbaren und für das entsprechende Katalysatorsystem gültigen Werte verglichen. Solange die Bestimmung der OSC des Gesamtsystems bzw. der einzelnen Katalysatoren die vorgegebenen Werte nicht unterschreitet, werden keine Maßnahmen hinsichtlich Entschwefelung getroffen. Sollte die OSC-Bestimmung einen Einbruch in der Gesamtsauerstoffspeicherkapazität zeigen, wird in nachfolgenden Schritten zunächst eine Differenzierung zwischen Vorkatalysator und Hauptkatalysator durchgeführt, analog zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Gesamtsystems.
- • Wird durch Auswertung der selektiven OSC des Vor- bzw. Hauptkatalysators ein Einbruch der Sauerstoffspeicherfähigkeit unter einen vorgebbaren Wert ermittelt, wird zunächst zwischen einem Einbruch der OSC am Vorkatalysator bzw. am Hauptkatalysator differenziert.
- • In a first step, the precursor's OSC is determined as long as the light-off temperature of the main catalytic converter and thus its ability to inject and release oxygen is not exceeded. With increasing aging of the catalytic converters in vehicle operation, the method is less susceptible to scattering, since the light-off temperature of the main catalyst is shifted to higher temperatures with increasing aging. hereby Also increases the temperature at which an alternating fat-lean operation leads to an oxygen storage or oxygen storage. In concepts with an oxygen-sensitive measuring device (lambda probe) downstream of the precatalyst, this OSC determination can be carried out independently of the temperature of the main catalyst.
- In a second step, in which both the pre-catalyst and the main catalyst have reached their operating temperature and are heated uniformly, the determination of the OSC of the entire system, as already known, can take place via a probe jump after the main catalyst. The prerequisite for a reproducible OSC determination is homogeneous heating of the entire system.
- • In a third step, the determined values are used to determine the resulting OSC for the main catalyst: OSC main cat = OSC system - OSC precat. These values are then compared with values which can be applied freely in a control unit and are valid for the corresponding catalyst system. As long as the determination of the OSC of the total system or of the individual catalysts does not fall below the specified values, no measures are taken with regard to desulfurization. If the OSC determination shows a collapse in the total oxygen storage capacity, a differentiation between the precatalyst and the main catalyst is initially carried out in subsequent steps, analogous to the determination of the oxygen storage capacity of the entire system.
- If a collapse of the oxygen storage capacity below a predefinable value is determined by evaluating the selective OSC of the primary or main catalytic converter, a distinction is first made between a collapse of the OSC at the primary catalytic converter or at the main catalytic converter.
Erfindungsgemäß wird ein Wert der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Vorkatalysators OSC_VK und des Hauptkatalysators OSC_HK bestimmt und in Abhängigkeit von diesem Wert selektive Maßnahmen zur Temperaturbeeinflussung von zumindest einem der folgenden Komponenten der Abgasanlage Katalysatorsystem, Vorkatalysator oder Hauptkatalysator durchgeführt.According to the invention, a value of the oxygen storage capacity of the primary catalytic converter OSC_VK and of the main catalytic converter OSC_HK is determined and, depending on this value, selective measures for influencing the temperature of at least one of the following components of the exhaust system catalyst system, precatalyst or main catalytic converter are carried out.
Bevorzugt ist die Durchführung von Anpassungen von Katalysatorheizmaßahmen unmittelbar nach Motorstart, bzw. von Maßnahmen zur Anhebung des Abgastemperaturniveaus im Fahrbetrieb zur Aufrechterhaltung der Konvertierungsleistung des Katalysatorsystems.Preferably, the implementation of adjustments of Katalysatorheizmaßahmen immediately after engine start, or measures to increase the exhaust gas temperature levels while driving to maintain the conversion performance of the catalyst system.
Die Erfindung beinhaltet auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention also includes an apparatus for carrying out the method according to the invention.
Im Folgenden werden weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen anhand von Zeichnungen näher erläutert.In the following, further advantages and aspects of the invention are also explained independently of their summary in the patent claims with reference to drawings.
Es zeigen:Show it:
Signale des Sensors
Der Vorkatalysator
Der Katalysator
Die Kombination aus im Abgasstrom vorgeschaltetem 3-Wege-Katalysator
Über eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sind stromauf des Vorkatalysators zwei Vorkatalysatoren parallel angeordnet mit einer Zusammenführungsstelle einer Abgasleitung stromauf des Hauptkatalysators. Eine weitere Ausführungsform der Abgasanlage beinhaltet zwei Vorkatalysatoren und zwei Hauptkatalysatoren jeweils in einem Abgasstrang mit einer zwischen Hauptkatalysator und Vorkatalysator angeordneten Verbindungsleitung zwischen den beiden Abgassträngen. Ferner ist es möglich, auch zwei in Serie in der Abgasleitung angeordnete Vorkatalysatoren stromaufwärts des Hauptkatalysators anzuordnen.By way of another preferred embodiment of the invention, upstream of the primary catalytic converter, two primary catalytic converters are arranged in parallel with a junction point of an exhaust gas line upstream of the main catalytic converter. Another embodiment of the exhaust system includes two primary catalysts and two main catalysts each in an exhaust line with a arranged between the main catalyst and the primary catalyst connecting line between the two exhaust gas lines. Furthermore, it is also possible to arrange two series-arranged in the exhaust pipe precatalyst upstream of the main catalyst.
Aus dem Stand der Technik ist ein Verfahren bekannt, bei dem Lambda_M erhöht und verringert wird und die Änderung in dem Signal der stromab des Katalysatorsystems angeordneten Sauerstoffsonde
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ermöglicht eine separate Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Komponenten des Katalysatorsystems. Ein entscheidender Vorteil ist dabei, dass erfindungsgemäß auf einen zwischen den Katalysatoren
Bekannt ist, dass die messbare OSC eines Katalysators mit seiner Temperatur korreliert. Erst beim Überschreiten der Light-Off-Temperatur, insbesondere von Kohlenmonoxid CO, ist mit dem oben beschriebenen Verfahren eine OSC-Bestimmung möglich. Für einen NOx-Speicherkatalysator ist bekannt, dass die OSC insbesondere zur Diagnose der 3-Wege-Funktion und der HC-Konvertierung dieses Katalysatortyps, geeignet ist.It is known that the measurable OSC of a catalyst correlates with its temperature. Only when the light-off temperature, in particular carbon monoxide CO, is exceeded is an OSC determination possible with the method described above. For a NOx storage catalyst, it is known that the OSC is particularly suitable for diagnosing 3-way function and HC conversion of this type of catalyst.
Die Ermittlung der OSC erfolgt erfindungsgemäß aus der Auswertung des Signalverlaufes des Sauerstoffsensors
Zur selektiven Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Vorkatalysators wird OSC_VK innerhalb eines Zeitintervalls T_VK, in dem zu erwarten ist, dass OSC_VK größer als ein Schwellwert OSC_VKS1 und in dem die messbare OSC des Hauptkatalysators OSC_HK kleiner als ein Schwellwert OSC_HKS1 ist, der zugeordnete Wert der OSC des gesamten Katalysatorsystems OSC_K ermittelt. Die Schwellwerte OSC_VKS1 bzw. OSC_HKS1 sind Katalysator-typspezifisch und können ferner aufgrund von Serienstreuungen differieren. Die Ermittlung des Wertes der OSC_K wird vorzugsweise mittels der Auswertung eines Zeitverzugs der Sauerstoffkonzentration stromab des Hauptkatalysators vorgenommen. Der Wert OSC_VK wird näherungsweise gleich dem Wert OSC_K im Zeitintervall T_VK gesetzt.For selectively determining the oxygen storage capability of the pre-catalyst, OSC_VK within a time interval T_VK in which OSC_VK is expected to be greater than a threshold OSC_VKS1 and where the measurable OSC of the main catalyst OSC_HK is less than a threshold OSC_HKS1 is the associated value of the overall OSC Catalyst system OSC_K determined. The threshold values OSC_VKS1 and OSC_HKS1 are catalyst type specific and may further differ due to series variations. The determination of the value of the OSC_K is preferably carried out by means of the evaluation of a time delay of the oxygen concentration downstream of the main catalytic converter. The value OSC_VK is set approximately equal to the value OSC_K in the time interval T_VK.
In
In den
Im vorliegenden Fall wird daher das Zeitintervall T_VK in dem OSC_VK größer als ein Schwellwert OSC_VKS1 und in dem der Wert OSC_HK kleiner als ein Schwellwert OSC_HKS1 ist, durch das Zeitintervall gegeben, in dem Temp_VK größer als die Light-Off-Temperatur Temp_LOVK und Temp_HK kleiner als die Light-Off-Temperatur des Hauptkatalysators Temp_LOHK ist. Die Werte von Temp_HK bzw. Temp_VK können mittels der Sensoren
In
Sobald der Vorkatalysator
Da in diesem betrachteten Zeitintervall T_VK die Temperatur des Hauptkatalysators Temp_HK unterhalb der Light-Off-Temperatur Temp_LOHK liegt, ist die ermittelte OSC näherungsweise nur auf den Vorkatalysator
Es ist zu betonen, dass der in
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform liegt der Zeitpunkt T_F vor dem Zeitpunkt einer Freigabe des Sensorsignals. Insbesondere kann der Zeitpunkt T_F vor Beginn einer Beheizung des Sensors
Der Zeitpunkt T_M kann vor einer Freigabe des Sensorsignals, wie sie durch die erwähnte Freigabeprozedur erfolgt, liegen, falls die vorgegebenen Freigabebedingungen erfüllt sind. Zweckmäßigerweise wird dabei gefordert, dass das Sensorsignal vorgegebenen Kriterien der Auswertbarkeit wie beispielsweise absoluter Wert, Wert von Fluktuationen bzw. Rauschen, Sprungcharakteristik oder dergleichen genügt. Insbesondere zeigt der Signalverlauf des Sauerstoffsensors
Innerhalb eines Zeitintervalls T_K, in dem zu erwarten ist, dass OSC_HK größer als ein Schwellwert OSC_HKS2 und OSC_VK größer als ein Schwellwert OSC_VKS2 ist, kann der dem Zeitintervall T_K zugeordnete Wert der OSC_K des gesamten Katalysatorsystems aus dem zeitlichen Verlauf der Sauerstoffkonzentration stromab des Hauptkatalysators
Die Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC_HK erfolgt zweckmäßigerweise durch Differenzbildung gemäß der Gleichung OSC_HK = OSC_K – OSC_VK.The determination of the oxygen storage capacity OSC_HK is expediently carried out by forming the difference according to the equation OSC_HK = OSC_K-OSC_VK.
Für reproduzierbare Werte bei der Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des gesamten Katalysatorsystems ist eine homogene Durchwärmung des Gesamtsystems erforderlich. Daher wird vorzugsweise bei Vorliegen von stark dynamischen Vorgängen, die zu unterschiedlichen Temperaturbelastungen von Vorkatalysator
Zur Diagnose des Vorkatalysators
Für ein Katalysatorsystem, bestehend aus einem Vorkatalysator und einem Hauptkatalysator, ergeben sich drei mögliche Fehlerzustände:
- – Vorkatalysator in Ordnung VK i. O., Hauptkatalysator nicht in Ordnung HK n. i. O.
- – Vorkatalysator nicht in Ordnung VK n. i. O., Hauptkatalysator nicht in Ordnung HK n. i. O.
- – Vorkatalysator nicht in Ordnung VK n. i. O., Hauptkatalysator in Ordnung HK i. O. In Ordnung bezeichnet hier einen ausreichend hohen Wert der OSC.
- - Pre-catalyst in order VK i. O., main catalyst out of order HK ni O.
- - Pre-catalyst not OK VK ni O., main catalyst not OK HK ni O.
- - Pre-catalyst not OK VK ni O., main catalyst OK HK i. O. Okay here denotes a sufficiently high value of the OSC.
In Abhängigkeit von den ermittelten Werten der OSC, der Schwefelbeladung des Hauptkatalysators S_HK sowie der NOx-Speicherfähigkeit SF_HK wird erfindungsgemäß ein Ablauf für die Durchführung von temperaturbeeinflussenden Maßnahmen des Katalysatorsystems, wie in
In dem Ablaufschema der
VK i. O. – HK n. i. O.In the flowchart of the
VK i. O. - HK ni O.
Falls der Hauptkatalysator nicht in Ordnung ist (S6), wird in Schritt S7 geprüft, ob der Schwefelgehalt im NOx-Speicherkatalysator größer als eine applizierbare Schwelle SW1 liegt, da die Schwefelbeladung eines Katalysators ebenfalls zu einer Reduzierung der verfügbaren OSC führt. Des weiteren ist es sinnvoll zu prüfen, ob die NOx-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators bereits eingeschränkt ist. In diesem Fall wird in Abhängigkeit von einer der Entschwefelung zugeordneten Schwelle SW2 entschieden, den Hauptkatalysator zu entschwefeln (S11) bzw. werden Maßnahmen getroffen, um die Schadstoffkonvertierung des Abgassystems auf einem ausreichend hohen Niveau zu halten (S13). SW2 kann eine Abhängigkeit der bis dato zurückgelegten Wegstrecke oder der durchgesetzten Kraftstoffmasse ausdrücken. Eine geeignete Maßnahme zur Anhebung der Schadstoffkonvertierung kann z. B. eine Einschränkung des Magerbetriebes oder eine Substitution des Schichtbetriebs durch andere Betriebsarten wie z. B. Homogen-Magerbetrieb oder Homogen-stöchiometrischer Betrieb sein. Dies führt zusätzlich zu einer Anhebung des Temperaturniveaus in der gesamten Abgasanlage und somit zu einer Steigerung der Gesamtaktivität von Vorkatalysators und Hauptkatalysator.If the main catalyst is out of order (S6), it is checked in step S7 whether the sulfur content in the NOx storage catalyst is greater than an applicable threshold SW1, since the sulfur loading of a catalyst also leads to a reduction in available OSC. Furthermore, it makes sense to check whether the NOx storage capacity of the NOx storage catalytic converter is already limited. In this case, depending on a threshold SW2 associated with the desulfurization, it is decided to desulfurize the main catalyst (S11), or measures are taken to keep the pollutant conversion of the exhaust system at a sufficiently high level (S13). SW2 can express a dependency of the distance traveled so far or the mass of fuel passed through. A suitable measure to increase the pollutant conversion can, for. As a restriction of lean operation or a substitution of the shift operation by other modes such. B. Homogeneous lean operation or homogeneous stoichiometric operation. This additionally leads to an increase in the temperature level in the entire exhaust system and thus to an increase in the total activity of the primary catalyst and catalyst.
Solange die NOx-Speicherfähigkeit oberhalb einer applizierbaren Schwelle liegt, werden unabhängig von der aktuellen Schwefelbeladung des Katalysators nur dann temperatursteigernde Maßnahmen ergriffen, wenn sich die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators unterhalb einer Schwelle SW3, SW4 befindet, bei welcher eine notwendige Konvertierung der Schadstoffe im Abgas nicht mehr gewährleistet ist (S9, S15). Dies können insbesondere Maßnahmen sein, welche zwar zu einer Anhebung des Temperaturniveaus in der Abgasanlage führen, jedoch den verbrauchsoptimalen Betrieb des Motors im Schichtbetrieb möglichst wenig einschränken. Dies kann beispielsweise durch Schritte erreicht werden wie:
- – gedrosselter Schichtbetrieb,
- – optimiertes Katheizen nach Motorstart,
- – Verzicht auf Schichtbetrieb zugunsten Homogen-Magerbetrieb.
- - throttled shift operation,
- - optimized catalyzing after engine start,
- - Waiver of shift operation in favor of homogeneous lean operation.
Für diesen Fall wird analog des vorstehend beschriebenen Verfahrens für einen i. O. erkannten Vorkatalysator zunächst eine Ermittlung einer Schwefelbeladung (S21) bzw. einer NOx-Speicherfähigkeit (S29) durchgeführt sowie entsprechende Maßnahmen zur Aufrechterhaltung der notwendigen Schadstoffkonvertierung bzw. Temperatursteigerung getroffen, wie Einschränkung, Schichtbetrieb, Substitution Schichtbetrieb durch Homogen-Magerbetrieb bzw. Homogen-stöchiometrischer Betrieb. Zusätzlich werden jedoch grundsätzlich temperatursteigernde Maßnahmen für den Vorkatalysator S24, S31 getroffen, um eine maximale Konvertierung der Schadstoffe insbesondere nach Motorstart zu gewährleisten. Hierbei wird vorzugsweise eine Heizmaßnahme durch Zündwinkelverschiebung nach spät innerhalb der ersten 2 ... 120 Sekunden nach ”Motorstart” entsprechend variiert.
VK n. i. O – HK i. OIn this case, analogously to the method described above for an i. O. recognized pre-catalyst initially a determination of sulfur loading (S21) and a NOx storage capacity (S29) performed and appropriate measures to maintain the necessary pollutant conversion or temperature increase made, such as limitation, shift operation, substitution shift operation by homogeneous lean operation or homogeneous stoichiometric operation. In addition, however, basically temperature-increasing measures for the precatalyst S24, S31 are made to ensure maximum conversion of pollutants, especially after engine start. In this case, a heating measure is preferably varied by retarding the ignition angle to within the first 2 ... 120 seconds after "engine start".
VK ni O - HK i. O
In diesem Fall wird analog des vorstehend beschriebenen Verfahrens für einen n. i. O erkannten Vorkatalysator zunächst eine Überprüfung der NOx-Speicherfähigkeit durchgeführt. Sollte trotz i. O. erkanntem Hauptkatalysator die Schwelle für NOx-Speicherfähigkeit unterschritten sein, werden nach Überprüfung der Schwefelbeladung entweder entsprechende Maßnahmen zur Aufrechterhaltung der notwendigen Schadstoffkonvertierung bzw. Temperatursteigerung getroffen, wie Einschränkung Schichtbetrieb, Substitution Schichtbetrieb durch Homogen-Magerbetrieb bzw. Homogen-stöchiometrischer Betrieb oder eine Entschwefelung des Katalysators angefordert. Im Falle ausreichender NOx-Speicherfähigkeit des Hauptkatalysators werden einzig temperatursteigernde Maßnahmen für den Vorkatalysator (S20) getroffen, um eine maximale Konvertierung der Schadstoffe insbesondere nach Motorstart, zu einem Zeitpunkt, bei welchem die Temperatur des Hauptkatalysators noch nicht die Light-Off-Temperatur überschritten hat, zu gewährleisten. Temperatursteigernde Maßnahmen sind sowohl für HC_CO als auch für NOx sinnvoll. Hierbei wird zusätzlich eine Heizmaßnahme innerhalb der ersten 2 ... 120 Sekunden nach Motorstart entsprechend variiert.In this case, analogously to the method described above for an n. I. O recognized pre-catalyst initially carried out a review of the NOx storage capacity. Should despite i. O. recognized main catalyst to be below the threshold for NOx storage capacity, after checking the sulfur loading either appropriate measures to maintain the necessary pollutant conversion or temperature increase are made, such as limitation shift operation, substitution shift operation by homogeneous lean operation or homogeneous stoichiometric operation or desulfurization of the catalyst requested. In the case of sufficient NOx storage capacity of the main catalyst only temperature-increasing measures for the precatalyst (S20) are made to a maximum conversion of pollutants, especially after engine start, at a time when the temperature of the main catalyst has not yet exceeded the light-off temperature , to ensure. Temperature-increasing measures are useful for both HC_CO and NOx. In this case, a heating measure is additionally varied within the first 2 ... 120 seconds after starting the engine.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführung des Verfahrens sollte möglichst in jedem Fahrzeugtrip eine Bestimmung der selektiven Sauerstoffspeicherfähigkeit erfolgen. Kann dies aus verschiedenen Gründen nicht erreicht werden, so werden die bei der letzten OSC-Messung ermittelten Werte eingefroren, sowie die Berechnung der kumulierten Kilometerleistung seit letzter Entschwefelung bzw. durchgesetzte Kraftstoffmasse unter überstöchiometrischen Bedingungen weiter ermittelt. Hierdurch wird zumindest für einen Ausnahmezustand immer noch sicher eine Entschwefelung des Katalysators gewährleistet. Des weiteren werden die entsprechenden Maßnahmen zur Temperatursteigerung bzw. Schadstoffkonvertierung weiterhin durchgeführt.According to a particularly advantageous embodiment of the method, a determination of the selective oxygen storage capacity should be made as far as possible in each vehicle trip. If this can not be achieved for various reasons, the values determined during the last OSC measurement are frozen, and the calculation of the cumulative mileage since the last desulphurisation or the fuel mass applied has been determined under super-stoichiometric conditions. As a result, desulphurisation of the catalyst is still ensured, at least for a state of emergency. Furthermore, the corresponding measures for increasing the temperature or pollutant conversion continue to be carried out.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere bei gealterten Abgasreinigungssystemen durch eine selektive Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit und somit auch der Konvertierungsfähigkeit der einzelnen Katalysatoren erreicht, dass gezielt auf die unterschiedlichen Anforderungen von Vorkatalysator bzw. Hauptkatalysator eingegangen werden kann und somit bei maximaler Emissionssicherheit der verbrauchsgünstige Schichtbetrieb in einem möglichst großen Betriebsbereich des Motors aufrecht erhalten werden kann.The inventive method is achieved in particular in aged exhaust gas purification systems by selectively determining the oxygen storage capacity and thus the conversion capacity of the individual catalysts that can be addressed specifically to the different requirements of pre-catalyst or main catalyst and thus with maximum emission safety of low-consumption shift operation in a possible large operating range of the engine can be maintained.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- 22
- Vorkatalysatorprecatalyzer
- 33
- Abgasleitungexhaust pipe
- 3'3 '
- Abgasleitungexhaust pipe
- 44
- Abgasleitungexhaust pipe
- 55
- Lambdasondelambda probe
- 66
- Sauerstoffsensoroxygen sensor
- 77
- Steuergerätcontrol unit
- 7a7a
- Einrichtung zur Ermittlung einer OSCEstablishment to identify an OSC
- 88th
- Kraftstoffzuführeinrichtungfuel supply
- 99
- Sensorensensors
- 1010
- Drosselklappethrottle
- 1111
- Hauptkatalysatormain catalyst
- 1212
- Temperatursensortemperature sensor
- 1313
- Temperatursensortemperature sensor
- 100100
- Temperatur im VorkatalysatorTemperature in the precatalyst
- 110110
- Temperatur im HauptkatalysatorTemperature in the main catalyst
- 200200
- Freigabe SensorbeheizungEnable sensor heating
- 300300
- Abgaslambda vor dem VorkatalysatorExhaust lambda before the pre-catalyst
- 310310
- Abgaslambda nach dem VorkatalysatorExhaust lambda after the pre-catalyst
- 320320
- Abgaslambda nach dem HauptkatalysatorExhaust lambda after the main catalyst
- 400400
- Sauerstoffbeladung VorkatalysatorOxygen loading precatalyst
- 410410
- Sauerstoffbeladung HauptkatalysatorOxygen loading main catalyst
Claims (11)
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