DE19963624A1 - Verfahren zum Betrieb eines NOx-Speicherkatalysators bei Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zur Regeneration eines NOx-Speichers im Abgas von Brennkraftmaschinen, der bei Sauerstoffüberschuß im Abgas NOx aus dem Abgas aufnimmt und der sich bei Sauerstoffmangel im Abgas durch Abgabe von Stickstoff regeneriert, bei welchem Verfahren abwechselnd zwischen ersten Phasen mit Sauerstoffüberschuß und zweiten Phasen mit Sauerstoffmangel im Abgas umgesteuert wird und bei dem der Sauerstoffmangel im Abgas zur Regeneration des Speicherkatalysators durch eine bestimmte, konstant zu haltende Masse an Kraftstoffüberschuß im Abgas vor dem NOx-Speicher erzeugt wird.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft den Betrieb eines NOx- Speicherkatalysators bei Brennkraftmaschinen, die mit einem mageren Kraftstoff/Luft-Gemisch betrieben werden. Beispiele solcher Brennkraftmaschinen sind mager betriebene Ottomotoren oder Dieselmotoren.

Bei der Verbrennung magerer Kraftstoff/Luft-Gemische kommen zur Abgasnachbehandlung NOx-Speicherkatalysatoren zum Einsatz, welche die im mageren Motorbetrieb emittierten Stickoxide in einer ersten Betriebsphase speichern, deren Länge in der Größenordnung von Minuten liegt. In einer zweiten kürzeren Betriebsphase, deren Länge im Sekundenbereich liegt, erfolgt eine Entleerung des Speichers durch Zufuhr von Abgas mit Reduktionsmittel zu dem Speicherkatalysator.

Die Speicherfähigkeit des NOx-Katalysators ist beladungsabhängig und nimmt kontinuierlich ab. Dauert die erste Phase zu lange, kommt es zu unerwünschten Stickoxidemissionen. Eine zu lang andauernde zweite Phase hat erhöhte HC- und CO-Emissionen zur Folge.

Es besteht daher das Problem, den Wechsel zwischen beiden Phasen so vorzunehmen, daß weder erhöhte NOx- noch HC- und CO-Emissionen auftreten.

In diesem Zusammenhang ist es aus der DE 197 39 848 bekannt, den jeweiligen Grad der Füllung des NOx-Speichers mit NOx zu modellieren. Dabei wird der NOx-Eintrag in den Speicher aus Betriebsarten des Motors wie Ansaugluftmassenstrom und Gemischzusammensetzung bestimmt. Ist ein bestimmter Füllungsgrad erreicht, wird von der ersten Phase in die zweite Phase gewechselt. Der in der zweiten Phase abnehmende Füllungsgrad wird ebenfalls modelliert oder es erfolgt eine Beendigung der zweiten Phase dann, wenn eine Abgassonde hinter dem Speicherkatalysator eine vollständige Regenerierung signalisiert.

Die Modellierung in einer oder beiden Phasen erfordert einen sehr hohen rechnerischen Aufwand und stellt damit hohe Anforderungen an die Motorsteuerung. Darüber hinaus wird der Katalysator durch Alterungsprozesse in seinem Speicher- und Konvertierungsverhalten verändert.

Bei manchen Fahrzeuganwendungen, speziell bei Dieselfahrzeugen mit NOx-Katalysator wird die Regenerierung vorzugsweise durch das Einspritzen von Kraftstoff in den Abgasstrang vor den Katalysator erreicht. In dieser Variante ist der Übergang von mager nach fett und die gesamte Regenerierphase besonders kritisch, da die variierenden Strömungsverhältnisse die passende Dosierung zur Erzeugung einer homogenen Reduktionsmittelverteilung im Abgas vor dem Speicherkatalysator erschweren. Unter den wechselnden Strömungsverhältnissen im Abgas erscheint diese Übergangsphase mit sinnvollem Aufwand nicht modellierbar zu sein.

Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung das Problem, den Wechsel zwischen beiden Phasen zu steuern.

Dieses Problem wird durch die Merkmalskombination des Anspruchs gelöst.

Vorteile

Ein Vorteil der Erfindung liegt in den wesentlich einheitlicheren Bedingungen der Regenerierphase.

Als weiterer Vorteil ergibt sich ein deutlich verringerter Rechenaufwand bei der Steuerung der Beladung und Regenerierung des Katalysators.

Als weiterer Vorteil ergibt sich eine einfache Möglichkeit zur Überprüfung des Abgasbehandlungssystems sowie in der verfahrensbedingten Anpassung der Steuerstrategie an ein bspw. durch Alterung verursachtes Katalysatorverhalten.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, wobei die DE 197 29 848 zur Offenbarung des technischen Umfeldes mit einbezogen sein soll.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Regenerierphase nicht rechnerisch modelliert und damit variabel gehalten. Statt dessen wird jeweils zur Regenerierung eine vorbestimmte, konstante Masse an Kraftstoff in den Abgasstrang vor den Katalysator eingebracht. Die Einspeicherphase wird dann in ihrer Dauer an die Regenerierphase angepaßt. Fehlanpassungen werden durch eine hinter dem Katalysator angeordnete Abgassonde festgestellt und durch Beeinflussung der Länge der Einspeicherphase verringert. Dazu wird die Einspeicherphase verkürzt, wenn eine Abgassonde gegen Ende der Regenerierphase keine ausreichende Änderung der Konzentration einer Abgaskomponente signalisiert. Tritt eine solche Änderung dagegen zu früh auf, wird die Einspeicherphase verlängert.

Der Vorteil der wesentlich einheitlicheren Bedingungen der Regenerierphase ergibt sich dann dadurch, daß nur noch der Massenstrom des einzuspritzenden Kraftstoffes an den Abgasmassenstrom angepaßt werden muß, um ein fettes Abgas mit einem bestimmten gewünschten Lambdawert zu generieren.

Der Vorteil eines deutlich verringerten Rechenaufwandes ergibt sich durch den möglichen Verzicht auf eine Modellierung einer zur vollständigen Regenerierung des NOx- Speichers notwendigen Gesamtkraftstoffmasse.

Der weitere Vorteil einer einfachen Möglichkeit zur Überprüfung des Abgasbehandlungssystems ergibt sich wie folgt: Weichen die Einspeicherzeiten, die sich bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einstellen, zu sehr von plausiblen vorgegebenen Werten ab, so liegt eine Fehlfunktion vor.

Der weitere Vorteil der verfahrensbedingten Anpassung der Steuerstrategie an ein bspw. durch Alterung verursachtes Katalysatorverhalten ergibt sich wie folgt: Übersteigt die in der Einspeicherphase in den NOx-Speicher einzuspeichernde Menge dessen alterungsbedingt abnehmende Speicherfähigkeit, wird dies durch eine Reaktion der Abgassonde in der nachfolgenden Regenerierphase bemerkt und bei der Steuerstrategie berücksichtigt.

Claims (1)

1. Verfahren zur Regeneration eines NOx-Speichers im Abgas von Brennkraftmaschinen, der bei Sauerstoffüberschuß im Abgas NOx aus dem Abgas aufnimmt und der sich bei Sauerstoffmangel im Abgas durch Abgabe von Stickstoff regeneriert, bei welchem Verfahren abwechselnd zwischen ersten Phasen mit Sauerstoffüberschuß und zweiten Phasen mit Sauerstoffmangel im Abgas umgesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffmangel im Abgas zur Regeneration des Speicherkatalysators durch eine bestimmte, konstant zu haltende Masse an Kraftstoffüberschuß im Abgas vor dem NOx- Speicher erzeugt wird.