DE19932301A1 - Verfahren zur Regelung einer Regeneration eines in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten Speicherkatalysators - Google Patents

Verfahren zur Regelung einer Regeneration eines in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten Speicherkatalysators

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Regeneration eines in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten Speicherkatalysators, wobei der Verbrennungskraftmaschine Mittel zugeordnet sind, die durch eine zumindest temporäre Beeinflussung wenigstens eines Betriebsparameters der Verbrennungskraftmaschine eine Einstellung eines Arbeitsmodus ermöglichen und wobei zur Regeneration des Speicherkatalysators die Verbrennungskraftmaschine in einem Arbeitsmodus mit <6 1 (Regenerationsbetrieb) eingestellt wird. DOLLAR A Es ist vorgesehen, daß eine Aufnahme und/oder Aufrechterhaltung des Regenerationsbetriebes der Verbrennungskraftmaschine (16) in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (16) und/oder einer angeforderten Last erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Regeneration eines in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten Speicherkatalysators mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Es ist bekannt, daß während eines Verbrennungsvorganges eines Luft-Kraftstoff- Gemisches in der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in Dieselbrennkraftmaschinen, entstehende Abgase durch geeignete Katalysatoren zu reinigen. Wird die Verbrennungskraftmaschine in einem Magerbetrieb geschaltet, so überwiegt ein Sauerstoffgehalt einen Gehalt eines Kraftstoffes im Luft-Kraftstoff- Gemisch (λ < 1). Ist Sauerstoff nur unterstöchiometrisch oder stöchiometrisch vorhanden, so befindet sich die Verbrennungskraftmaschine in einem Arbeitsmodus mit λ ≦ 1 (Regenerationsbetrieb). In einem solchen Fall finden sich im Abgas erhöhte Gehalte an Reduktionsmitteln, wie CO, HC oder H2. Diese werden an dem wenigstens einen Katalysator oxidiert, sofern Sauerstoff noch in einem ausreichenden Maße vorhanden ist.
Neben den Reduktionsmitteln entstehen während des Verbrennungsvorganges Oxidationsmittel, wie zum Beispiel NOx, welches an den Katalysatoren mit Hilfe der Reduktionsmittel umgesetzt werden kann. Sinkt der Anteil der Reduktionsmittel stark ab, wie es im Magerbetrieb der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere bei Dieselbrenn­ kraftmaschinen, der Fall ist, so kann eine ausreichende Reduktion von NOx nicht mehr gewährleistet werden. Da sich infolge fortschreitender Optimierungsbemühungen hinsichtlich eines Kraftstoffverbrauches der Verbrennungskraftmaschinen gezeigt hat, daß es besonders vorteilhaft ist, den Magerbetrieb möglichst lange aufrechtzuerhalten, werden zur Vermeidung von NOx-Emissionen sogenannte Speicherkatalysatoren eingesetzt. Diese absorbieren NOx als Nitrat, und zwar so lange, bis eine NOx-Spei­ cherfähigkeit erschöpft ist oder eine NOx-Desorptionstemperatur überschritten wird.
Als Abhilfe ist es bereits bekannt, die Verbrennungskraftmaschine abwechselnd im Magerbetrieb und im Regenerationsbetrieb zu fahren. Die notwendigen Mittel, die durch eine zumindest temporäre Beeinflussung wenigstens eines Betriebsparameters der Verbrennungskraftmaschine eine Einstellung des Arbeitsmodus ermöglichen, sind bekannt und sollen hier nicht näher erläutert werden. Im Regenerationsbetrieb findet dann wieder eine NOx-Desorption unter gleichzeitiger katalytischer Reduktion statt.
In gleicher Weise wird die Regeneration auch bei einer Entschwefelung des Speicherkatalysators durchgeführt. Durch wechselnde Anteile von Schwefel im Kraftstoff entsteht während des Verbrennungsvorganges SOx, das als Sulfat im Speicherkatalysator absorbiert wird. Allerdings ist eine Entschwefelungstemperatur aufgrund einer höheren thermodynamischen Stabilität des Sulfats gegenüber dem Nitrat erhöht, und der Speicherkatalysator muß demnach vor oder während der Regeneration entsprechend aufgeheizt werden.
Ob eine Regenerationsnotwendigkeit des Speicherkatalysators vorliegt, kann beispielsweise über eine Bewertung der gemessenen oder berechneten NOx-Emission stromab des Speicherkatalysators erfolgen. In gleicher Weise kann der Regenerationsbetrieb infolge eines Überschreitens einer vorgebbaren Katalysatortemperatur geregelt werden. Derartige Verfahren sind bekannt. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß eine Einstellung des Regenerationsbetriebes lediglich anhand von einen Katalysatorzustand beschreibenden Parametern erfolgt, der Regenerationsbetrieb aber mit Hinsicht auf die Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine ungünstig sein kann. Weist beispielsweise die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere die Dieselbrennkraftmaschine, eine sehr hohe Drehzahl auf, so kommt es nach einem Wechsel in den Regenerationsbetrieb zu einer erheblichen Weißrauchbildung. Ist andererseits die Drehzahl zu gering, können Fahrverhaltensprobleme auftreten, insbesondere dann, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine im Leerlauf befindet.
Weiterhin wird eine angeforderte Last nicht berücksichtigt. So ist bei einer sehr hohen Last ein Drehmomentenausgleich nur bis zu einer maximalen Einspritzmenge des Kraftstoffes in einem Einspritzsystem der Verbrennungskraftmaschine möglich, und es kommt infolgedessen bei sehr hohen Lasten zu Drehmomenteinbrüchen. Umgekehrt kann bei sehr niedrigen Lasten eine Einstellung in den Regenerationsbetrieb bei gleichzeitiger Drehmomentneutralität nur bis zu einer minimalen Einspritzmenge an Kraftstoff gewährt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aufnahme und/oder Aufrechterhaltung des Regenerationsbetriebes unter Berücksichtigung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und/oder der angeforderten Lasten zu steuern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Regelung der Regeneration des in dem Abgaskanal der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Speicherkatalysators mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, daß eine Aufnahme und/oder Aufrechterhaltung des Regenerationsbetriebes der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und/oder einer angeforderten Last erfolgt, kann wirkungsvoll die Weißrauchbildung, Fahrverhaltensprobleme und eine Änderung des Drehmomentes während der Regeneration verhindert werden.
In vorteilhafter Weise wird dabei beim Überschreiten einer vorgebbaren Drehzahlobergrenze oder beim Unterschreiten einer vorgebbaren Drehzahluntergrenze der Regenerationsbetrieb der Verbrennungskraftmaschine unterdrückt. In gleicher Weise kann eine Regelung beim Überschreiten einer vorgebbaren Lastobergrenze oder beim Unterschreiten einer vorgebbaren Lastuntergrenze erfolgen.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Drehzahlen und die Last in ein Kennfeld einfließen zu lassen und anhand des Kennfeldes einen Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine, in dem die Regeneration aufrechterhalten und/oder aufgenommen werden kann, festzulegen. So kann in sehr einfacher Weise der Regenerationsbetrieb unter ungünstigen Betriebsparametern der Verbrennungskraftmaschine vermieden werden. In bevorzugter Weise werden die genannten Ober- und Untergrenzen sowie der Betriebsbereich derart gewählt, daß die Regeneration drehmomentneutral durchgeführt werden kann.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Anordnung eines NOx-Speicherkatalysators in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine und
Fig. 2 ein Kennfeld für eine Drehzahl und eine angeforderte Last zur Bestimmung eines Betriebsbereiches für eine Regeneration des Speicherkatalysators.
In der Fig. 1 ist in schematischer Weise eine Anordnung 10 eines NOx- Speicherkatalysators 12 in einem Abgaskanal 14 einer Verbrennungskraftmaschine 16, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, dargestellt. Ferner sind in dem Abgaskanal 14 Sensoren 18, 20 angeordnet, die es erlauben, einen Gehalt einer Gaskomponente am Abgas zu bestimmen (Gassensoren) oder zur Erfassung einer Temperatur dienen (Temperatursensoren). Anzahl, Lage und Typ solcher Sensoren 18, 20 sind in einem hohen Maße variabel. Eine Erfassung und Auswertung der Signale derartiger Sensoren 18, 20 ist bekannt und soll im Rahmen dieser Beschreibung nicht näher erläutert werden. Daneben ist es in bekannter Weise möglich, mit Hilfe von ge­ eigneten Modellen den Gehalt der Gaskomponenten oder die Temperatur in ausgewählten Bereichen der Anordnung 10 zu berechnen.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auf eine Darstellung von, der Verbrennungskraftmaschine 16 zugeordneten Mitteln verzichtet, die durch eine zumindest temporäre Beeinflussung wenigstens eines Betriebsparameters der Verbrennungskraftmaschine 16 eine Regelung eines Arbeitsmodus erlauben. Derartige Mittel zur Beeinflussung der Betriebsparameter sind hinlänglich bekannt. Ebenso ist es bekannt, eine Katalysatortemperatur, beispielsweise mittels des Sensors 20, zu erfassen und die Regelung der Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 16 in Ab­ hängigkeit von dieser Katalysatortemperatur durchzuführen.
Liegt während eines Verbrennungsvorganges in der Verbrennungskraftmaschine 16 Sauerstoff in einem Überschuß gegenüber einem Kraftstoff vor, so befindet sich die Verbrennungskraftmaschine 16 in einem Arbeitsmodus mit λ < 1 (Magerbetrieb). Während des Magerbetriebes wird das während des Verbrennungsvorganges entstehende NOx in dem NOx-Speicherkatalysator 12 absorbiert, und zwar so lange, bis entweder eine NOx-Desorptionstemperatur erreicht wird oder eine NOx- Speicherfähigkeit erschöpft ist.
Unter stöchiometrischen Bedingungen oder bei einem Überschuß des Kraftstoffs gegenüber dem Sauerstoff (λ ≦ 1; Regenerationsbetrieb) entstehen im allgemeinen in einem vermehrten Maße Reduktionsmittel, wie CO, HC oder H2. Im Regenerationsbetrieb wird das absorbierte NOx wieder ausgelagert (NOx-Desorption) und mit Hilfe der Reduktionsmittel am NOx-Speicherkatalysator 12 umgesetzt.
Ein Katalysatorzustand umfaßt einen NOx-, SOx- oder O2-Beladungszustand sowie die Katalysatortemperatur und kann direkt über geeignete Sensoren erfaßt oder mit Hilfe von Speicherkatalysatormodellen berechnet werden. In bekannter Weise kann hieraus eine Regenerationsnotwendigkeit ermittelt werden. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zusätzlich eine Aufnahme und/oder Aufrechterhaltung des Regenerationsbetriebes der Verbrennungskraftmaschine 16 von einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 16 und/oder einer angeforderten Last abhängig gemacht.
In der Fig. 2 ist exemplarisch ein Verhältnis der Last gegenüber der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 16 aufgetragen. Die Aufnahme und/oder Aufrechterhaltung des Regenerationsbetriebes erfolgt dabei derart, daß beim Überschreiten einer vorgeb­ baren Drehzahlobergrenze 22 und beim Unterschreiten einer vorgebbaren Drehzahluntergrenze 24 ein Regenerationsmodus der Verbrennungskraftmaschine 16 mit λ ≦ 1 unterdrückt wird. Auf diese Weise können zum einen eine Weißrauchbildung als auch Fahrverhaltensprobleme, insbesondere im Bereich eines Leerlaufes der Verbrennungskraftmaschine 16, vermieden werden.
Weiterhin ist denkbar, beim Überschreiten einer vorgebbaren Lastobergrenze 26 oder beim Unterschreiten einer vorgebbaren Lastuntergrenze 28 den Regenerationsbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 16 zu unterdrücken. Dabei werden die Ober- und Untergrenze 26, 28 derart gewählt, daß die Regeneration möglichst drehmomentneutral durchgeführt werden kann. Demnach kann die Lastobergrenze 26 höchstens einer maximalen Einspritzmenge eines Einspritzsystemes der Verbrennungskraftmaschine 16 entsprechen. Die Lastuntergrenze 28 orientiert sich an einer minimalen Einspritzmenge, die zur Einstellung des Regenerationsbetriebes notwendig ist, die aber noch nicht zu einer Änderung eines Drehmomentes der Verbrennungskraftmaschine 16 führt.
In bevorzugter Weise kann die Drehzahl und die Last in ein Kennfeld einfließen und anhand des Kennfeldes ein Betriebsbereich 30, in dem die Regeneration aufrechterhalten und/oder aufgenommen werden kann, festgelegt werden. Die Grenzen des Kennfeldes können beispielsweise - wie hier dargestellt - entsprechend der vorgebbaren Ober- und Untergrenzen 22, 24, 26, 28 gewählt werden, sind aber nicht notwendigerweise von diesen abhängig.

Claims (6)

1. Verfahren zur Regelung einer Regeneration eines in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten Speicherkatalysators, wobei der Verbrennungskraftmaschine Mittel zugeordnet sind, die durch eine zumindest temporäre Beeinflussung wenigstens eines Betriebsparameters der Verbrennungskraftmaschine eine Einstellung eines Arbeitsmodus ermöglichen und wobei zur Regeneration des Speicherkatalysators die Verbrennungskraftmaschine in einem Arbeitsmodus mit λ ≦ 1 (Regenerationsbetrieb) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufnahme und/oder Aufrechterhaltung des Regenerationsbetriebes der Verbrennungskraftmaschine (16) in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (16) und/oder einer angeforderten Last erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Überschreiten einer vorgebbaren Drehzahlobergrenze (22) oder beim Unterschreiten einer vorgebbaren Drehzahluntergrenze (24) ein Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine (16) mit λ ≦ 1 (Regenerationsbetrieb) unterdrückt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Überschreiten einer vorgebbaren Lastobergrenze (26) oder beim Unterschreiten einer vorgebbaren Lastuntergrenze (28) der Regenerationsbetrieb der Verbrennungskraftmaschine (16) unterdrückt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl und die Last in ein Kennfeld einfließen und anhand des Kennfeldes ein Betriebsbereich (30), in der die Regeneration aufrechterhalten und/oder aufgenommen werden kann, festgelegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Betriebsbereich (30) anhand der Drehzahlobergrenze (22) und/oder Drehzahluntergrenze (24) und/oder Lastobergrenze (26) und/oder Lastuntergrenze (28) festgelegt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeneration drehmomentneutral durchgeführt wird.
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