EP1543229B1 - Abgasreinigungsanlage für eine brennkraftmaschine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for the regeneration of the first and second catalyst of an exhaust gas purification system according to the features in the preamble of claim 1.
- the invention is based on the European patent application EP 1 143 131 A1 out. From this, an emission control system for an internal combustion engine with a NO x - Adsorbtions shark is known.
- the exhaust gas purification system has a first exhaust gas line with a first catalytic purification device and a second exhaust gas line with a second catalytic purification device, wherein the two exhaust gas lines open downstream of the first and the second catalytic purification device into a common exhaust pipe.
- Each catalytic cleaning device is assigned in the respective exhaust pipe, or in the common exhaust pipe upstream at least one sensor.
- the present invention has the object to provide a method with which a cylinder group selective regeneration of NO x adsorbers is possible, while the number of required sensors is minimal.
- the exhaust gas purification system Due to the construction of the exhaust gas purification system according to the invention, a cylinder group-selective regeneration of NO x adsorbers is possible. Furthermore, the required number of required for a regeneration of the NO x adsorber sensors is minimal Furthermore, the close-coupled arrangement of NO x adsorber advantageously leads to a faster light-off and thus early storage of pollutants after a cold start of the engine.
- At least one further catalytic cleaning device to integrate into the emission control system. This may be, for example, a 3-way catalyst.
- An intake system 10 consisting of a first intake pipe group 10 'and a second intake pipe group 10 ", is fastened to an internal combustion engine 2.
- the first intake manifold group 10 ' opens into a first combustion chamber group 5
- the second intake manifold group 10 discharges into a second combustion chamber group 5.
- each combustion chamber group is represented by only one combustion chamber 5 'exhaust leader with a second exhaust gas line 3' connected to the first exhaust gas passage 3 is a first catalytic purification device 4, a NO x adsorber, and in the second exhaust line 3 'is a second catalytic purification device 4', also a NO x.
- the NO x adsorbers are preferably NO x storage catalytic converters downstream of the two catalytic purification devices 4, 4 ', the two exhaust pipes 3, 3' open into a common exhaust pipe '6.
- a third catalytic Cleaning device 9 here a 3-way catalyst integrated, upstream of the first catalytic cleaning device 4 is a first sensor 7 and upstream of the second catalytic purification device 4 ', a second sensor 7' is arranged in the exhaust pipes 3, 3 '.
- Upstream of the third catalytic purification device 9, a third sensor 8 is arranged in the common exhaust pipe 6. The sensor-active elements of the sensors 7, 7 'and 8 are in contact with the exhaust gas.
- All three sensors 7, 7 'and 8 are oxygen sensors. In the present case, these are linear sensors. All three sensors 7, 7 ', 8, are electrically connected to a control unit 2', which is also the control unit for the internal combustion engine at the same time. Also, separate control devices for the emission control system 1 and the internal combustion engine 2 are possible. In further exemplary embodiments, at least one further catalytic cleaning device may be provided downstream of the first and second sensors 7, 7 'and / or downstream of the third sensor 8.
- the internal combustion engine 1 has at least two combustion chamber groups 5, 5 'and each combustion chamber group 5, 5' is connected to an exhaust gas line 3, 3 'in a gas-conducting manner. Furthermore, a separate mixture control, different lambda values ⁇ for each combustion chamber group 5, 5 ', possible.
- the lambda value ⁇ for the mixture of the first combustion chamber group 5 is denoted by ⁇ Z1 and for the second combustion chamber group 5 'by ⁇ Z2 .
- the term ⁇ NK is understood to mean the lambda value in the common exhaust gas line.
- a stoichiometric mixture means ⁇ 1, a rich mixture (fuel surplus) is in the range 0.5 ⁇ ⁇ 1 and a lean mixture (excess air) is in the range 30> ⁇ > 1.
- NO x sensor or O 2 sensor various exhaust gas components such as NO x or O 2 or HC measured.
- the start of a regeneration cycle is the beginning of a rich operation of at least one combustion chamber group 5, 5 '.
- the regeneration cycle is necessary if the NO x absorption capacity of the catalytic purification devices 4, 4 ', the NO x adsorbers, has fallen below a tolerable limit.
- a regeneration cycle is understood to be the period of time during which all the NO x adsorbers are regenerated, a regeneration period refers to a NO x adsorber.
- the rich mixture for ⁇ F1 and ⁇ F2 can be adjusted as a function of the measured first and second regeneration periods t 1 and t 2 .
- the total regeneration duration t lasts at least 0.2 seconds.
- the total regeneration duration t is determined by the control unit, either by calculation from the NO x raw emission of the internal combustion engine or by reading from a map stored in the control unit 2 '.
- the first and second regeneration periods t 1 , t 2 are between 0.5 times and 0.99 times the total regeneration time t.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration des ersten und zweiten Katalysators einer Abgasreinigungsanlage gemäß der Merkmale im Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Die Erfindung geht von der europäischen Offenlegungsschrift
EP 1 143 131 A1 aus. Aus dieser ist eine Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer NOx- Adsorbtionseinrichtung bekannt. Die Abgasreinigungsanlage weist eine erste Abgasleitung mit einer ersten katalytischen Reinigungsvorrichtung und eine zweite Abgasleitung mit einer zweiten katalytischen Reinigungsvorrichtung auf, wobei die zwei Abgasleitungen stromab der ersten und der zweiten katalytischen Reinigungsvorrichtung in eine gemeinsame Abgasleitung münden. Jeder katalytischen Reinigungsvorrichtung ist in der jeweiligen Abgasleitung, bzw. in der gemeinsamen Abgasleitung stromauf jeweils mindestens ein Sensor zugeordnet. - Auch wenn die oben beschriebene Abgasreinigungsanlage keine prinzipiellen Nachteile aufweist, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem eine zylindergruppenselektive Regeneration von NOx-Adsorbern möglich ist, wobei gleichzeitig die Anzahl von benötigten Sensoren minimal ist.
- Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Abgasreinigungsanlage ist eine zylindergruppenselektive Regeneration von NOx-Adsorbern möglich. Ferner ist die benötigte Anzahl von für eine Regeneration der NOx-Adsorber benötigten Sensoren minimal Außerdem führt die motornahe Anordnung der NOx-Adsorber in vorteilhafter Weise zu einem schnelleren Anspringen und somit zu einer frühen Schadstoffspeicherung nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine.
- Da NOx-Adsorber nicht sämtliche Schadstoffe aus dem Abgas entfernen, ist es sinnvoll gemäß Patentanspruch 3, zumindest noch eine weitere katalytische Reinigungsvorrichtung in die Abgasreinigungsanlage zu integrieren. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen 3-Wege-Katalysator handeln.
- Im Folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage in einer einzigen Figur näher erläutert.
- Fig. 1
- zeigt eine schematisch dargestellte Abgasreinigungsanlage 1 an einer schematisch dargestellten Brennkraftmaschine 2.
- An eine Brennkraftmaschine 2 ist eine Sauganlage 10, bestehend aus einer ersten Saugrohrgruppe 10' und einer zweiten Saugrohrgruppe 10", befestigt. Für jede Saugrohrgruppe 10', 10" ist stellvertretend nur ein Saugrohr dargestellt. Die erste Saugrohrgruppe 10' mündet in eine erste Brennraumgruppe 5, die zweite Saugrohrgruppe 10" mündet in eine zweite Brennraumgruppe 5'. Analog ist jede Brennraumgruppe durch nur einen Brennraum dargestellt. Die erste Brennraumgruppe 5 ist gasführend mit einer ersten Abgasleitung 3 und die zweite Brennraumgruppe 5' ist abgasführend mit einer zweiten Abgasleitung 3' verbunden. In die erste Abgasleitung 3 ist eine erste katalytische Reinigungsvorrichtung 4, ein NOx-Adsorber, und in die zweite Abgasleitung 3' ist eine zweite katalytischen Reinigungsvorrichtung 4', ebenfalls ein NOx-Adsorber, integriert. Vorzugsweise handelt es sich bei den NOx-Adsorbern um NOx-Speicherkatalysatoren. Stromab der zwei katalytischen Reinigungsvorrichtungen 4, 4' münden die zwei Abgasleitungen 3, 3' in eine gemeinsame Abgasleitung' 6. In dieser ist eine dritte katalytische Reinigungsvorrichtung 9, hier ein 3-Wege-Katalysator, integriert. Stromauf der ersten katalytischen Reinigungsvorrichtung 4 ist ein erster Sensor 7 und stromauf der zweiten katalytischen Reinigungsvorrichtung 4' ist ein zweiter Sensor 7' in die Abgasleitungen 3, 3' angeordnet. Stromauf der dritten katalytischen Reinigungsvorrichtung 9 ist ein dritter Sensor 8 in die gemeinsame Abgasleitung 6 angeordnet. Die sensoraktiven Elemente der Sensoren 7, 7' und 8 sind mit dem Abgas in Kontakt. Alle drei Sensoren 7, 7' und 8 sind Sauerstoffsensoren . Es handelt sich im vorliegenden Fall um lineare Sensoren. Alle drei Sensoren 7, 7', 8, sind elektrisch mit einem Steuergerät 2' verbunden, das gleichzeitig auch das Steuergerät für die Brennkraftmaschine ist. Auch separate Steuergeräte für die Abgasreinigungsanlage 1 und die Brennkraftmaschine 2 sind möglich. In weiteren Ausführungsbeispielen kann stromab des ersten und des zweiten Sensors 7, 7' und/oder stromab des dritten Sensors 8 zumindest eine weitere katalytische Reinigungsvorrichtung vorgesehen sein.
- Im Folgenden sind vier Verfahren zur Regeneration der ersten und der zweiten katalytischen Reinigungsvorrichtung 4, 4' in der Abgasreinigungsanlage 1 näher erläutert. Dabei sind die ersten drei Verfahren nicht Bestandteil der Erfindung.
- Für alle vier Verfahren gilt gemeinsam, dass die Brennkraftmaschine 1 zumindest zwei Brennraumgruppen 5, 5' aufweist und jede Brennraumgruppe 5, 5' mit einer Abgasleitung 3, 3'gasführend verbunden ist. Ferner ist eine separate Gemischregelung, verschiedene Lambdawerte λ für jede Brennraumgruppe 5, 5', möglich. Der Lambdawert λ für das Gemisch der ersten Brennraumgruppe 5 ist mit λZ1 und für die zweite Brennraumgruppe 5' mit λZ2 bezeichnet. Unter λNK wird der Lambdawert in der gemeinsamen Abgasleitung verstanden. Ein stöchiometrisches Gemisch bedeutet λ = 1, ein fettes Gemisch (Kraftstoffüberschuss) liegt im Bereich 0,5 <λ < 1 und ein mageres Gemisch (Luftüberschuss) liegt im Bereich 30 >λ > 1. Im Abgas werden abhängig vom verwendeten Sensor 7, 7' und 8, NOx-Sensor oder O2 Sensor, verschiedene Abgaskomponenten, wie NOx oder O2 oder HC, gemessen. Der Start eines Regenerationszyklus ist der Beginn eines fetten Betriebs zumindest einer Brennraumgruppe 5, 5'. Notwendig ist der Regenerationszyklus, wenn die NOx Absorbtionsfähigkeit der katalytischen Reinigungsvorrichtungen 4, 4', der NOx-Adsorbern, unter einen tolerierbaren Grenzwert abgefallen ist. Unter einem Regenerationszyklus wird die Zeitspanne verstanden, innerhalb derer alle NOx-Adsorber regeneriert werden, eine Regenerationsdauer bezieht sich auf einen NOx-Adsorber.
- Beim ersten Verfahren ist jeder Sensor 7, 7', 8 ein linearer Sensor, den beiden Brennraumgruppen 5, 5' wird in diesem Verfahren das gleiche Gemisch zugeführt. Folgende Verfahrensschritte werden nach dem Start des Regenerationszyklus ausgeführt:
- Betreiben der Brennkraftmaschine, d. h. der ersten und zweiten Zylindergruppe 5, 5' gemeinsam, mit dem gleichen, fetten Gemisch λ = (λZ1 = λZ2), vorzugsweise 0,7 < λ < 0,95 und fortlaufendes Ermitteln von λZ1 mit dem ersten Sensor 7, λZ2 mit dem zweiten Sensor 7' und λNK mit dem dritten Sensor 8,
- Bei Erreichen eines Grenzwertes innerhalb gegebener Toleranzen für λNK, beenden des Regenerationszyklus.
- Alternativ können die ermittelten Lambdawerte λZ1' λZ2 und λNK durch das Steuergerät 2' verglichen werden, bis λZ1 = λZ2 = λNK ist, sobald die drei Messstellen die gleichen Werte aufweisen, beenden des Regenerationszyklus, d. h. erneuter Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem mageren Gemisch.
- Bei dem zweiten Verfahren ist jeder Sensor 7, 7', 8 ein linearer Sensor, der Beginn des Regenrationszyklus ist für jede Brennraumgruppe 5, 5' zeitgleich. Folgende Verfahrensschritte werden nach dem Start des Regenerationszyklus ausgeführt:
- Betreiben der ersten und zweiten Zylindergruppe 5, 5' mit einem fetten Gemisch λZ1 = λF1 und λZ2 = λF1, wobei nach dem Start des Regenerationszyklus λF1 = λF2 vorzugsweise 0,5 < λ < 0,95, ist und fortlaufendes Messen von λZ1 mit dem ersten Sensor 7, λZ2 mit dem zweiten Sensor 7' und λNK mit dem dritten Sensor 8, und ermitteln einer geschätzten Regenerationsdauer t durch das Steuergerät 2' durch Berechnung oder Entnahme aus einem Kennfeld;
- vor Ende einer geschätzten Regenerationsdauer t, wird die erste Zylindergruppe 5 mit einem Luftverhältnis λZ1 = (λF1 + X) <1 und die zweite Zylindergruppe 5' mit einem Luftverhältnis λZ2 = (λF2 - X) < λZ1 betrieben und
- durch das Steuergerät 2' fortlaufend überprüft, ob eine erste Bedingung, λNK = ((λF1 + X) * m, + λreg * m2)) / (m1 + m2), oder eine zweite Bedingung, λNK = ((λF2 - X) * m2 + λZ1 * m1)) / (m1 + m2) erfüllt ist;
- wenn die erste Bedingung erfüllt ist wird die erste Brennraumgruppe 5 mit einem stöchiometrischen Gemisch λZ1 = 1 betrieben und das Gemisch der zweiten Brennraumgruppe 5' λF2 für den nächsten Regerierationszyklus durch das Steuergerät 2' auf λF2neu < λF2;
- wenn die zweite Bedingung erfüllt ist wird die zweite Brennraumgruppe 5' mit einem stöchiometrischen Gemisch λZ2 = 1 betrieben und das Gemisch der ersten Brennraumgruppe 5 λF1 für den nächsten Regenerationszyklus durch das Steuergerät 2' auf λF1neu < λF1; anschließend
- fortlaufendes Überprüfen durch das Steuergerät 2', ob (λZ1 + λZ2) /2 = λNK;
- wenn die Bedingung λNK = (λZ1 + λZ2) / 2 erfüllt ist, Beenden des Regenerationszyklus.
- Beim dritten Verfahren ist jeder Sensor (7, 7', 8) ein Sprungantwort-Sensor, der Beginn des Regenerationszyklus ist für die Brennraumgruppen 5, 5 zeitlich versetzt. Folgende Verfahrensschritte werden nach dem Start des Regenerationszyklus ausgeführt:
- Betreiben der ersten Zylindergruppe 5 mit einem fetten Gemisch (λZ1 = λF1) < 1, vorzugsweise 0,7 < λ < 0,95, und der zweiten Zylindergruppe 5' mit einem stöchiometrischen oder mageren Luftverhältnis λZ2 ≥ 1 und Starten einer Zeitmessung zur Ermittlung einer abgelaufenen ersten Regenerationsdauer t1, und Ermitteln einer Gesamt-Regenerationsdauer t durch das Steuergerät 2';
- vor Ablauf der ermittelten Gesamt-Regenerationsdauer t, Betreiben der zweiten Zylindergruppe 5' mit einem fetten Gemisch (λZ2 = λF2) < 1, vorzugsweise 0,7 < λ < 0,95;
- dann fortlaufendes Messen von λNK, bis λNK einen Schwellwert überschreitet, stoppen der Zeitmessung der ersten Regenerationsdauer t1 dann
- Betreiben der ersten Zylindergruppe 5 mit einem stöchiometrischen Gemisch λZ1 = 1 und weiteres Betreiben der zweiten Zylindergruppe 5' mit dem fetten Gemisch λZ2 = λF2 und Starten einer zweiten Zeitmessung für eine zweite Regenerationsdauer t2, und
- fortlaufendes Messen von λNK, bis ein Schwellwert überschritten wird;
- bei Überschreiten des Schwellwertes wird der Regenerationszyklus beendet und die Zeitdauer der zweiten Regenerationsdauer t2 erfasst.
- Für den nächsten Regenerationszyklus kann das fette Gemisch für λF1 und λF2 in Abhängigkeit der gemessenen ersten und zweiten Regenerationsdauer t1 und t2 angepasst werden. Hierbei gilt: Wenn t2 > t1 ist, Veränderung von λF2 durch das Steuergerät 2' auf λF2neu < λF2 und wenn t2 < t1 ist, Veränderung von λF1 durch das Steuergerät 2' auf λF1neu < λF1' für den nächsten Regenerationszyklus.
- Beim Verfahren gemäß der Erfindung ist jeder Sensor 7, 7', 8, ein linearer Sensor, der Beginn des Regenerationszyklus ist für die Brennraumgruppen 5, 5 zeitlich versetzt. Es zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte nach dem Start der Regeneration aus:
- Betreiben der ersten Zylindergruppe 5 mit einem ersten fetten Gemisch λZ1 < 1, vorzugsweise 0,7 < λ < 0,95 und der zweiten Zylindergruppe 5' mit einem zweiten Gemisch λZ2 > 1;
- fortlaufendes Messen von λNK, bis λNK = (λZ2 * m2 + λZ1 *m1) / (m1 + m2), dann
- Betreiben der ersten Zylindergruppe 5' mit einem mageren Gemisch λZ1 ≥ 1 , und der zweiten Zylindergruppe 5' mit einem fetten Gemisch λZ2 < 1, vorzugsweise 0,7 < λ, < 0,95, und
- fortlaufendes Messen von λNK, bis λNK = (λZ1 * m1 + λZ2 *m2) / (m1 + m2) ist;
- Wenn λNK = (λZ1 * m1 + λZ2 *m2) / (m1 + m2) ist, Beenden des Regenerationszyklus.
- Für alle Verfahren gilt, dass die Gesamt-Regenerationsdauer t mindestens 0,2 Sekunden dauert. Die Ermittlung der Gesamt-Regenerationsdauer t erfolgt von dem Steuergerät, entweder durch Berechnung aus der NOx-Rohemission der Brennkraftmaschine oder durch Auslesen aus einem in dem Steuergerät 2' abgelegten Kennfeld. Die erste und die zweite Regenerationsdauer t1, t2 beträgt zwischen dem 0,5fachen und 0,99fachen der Gesamt-Regenerationsdauer t.
-
- 1
- Abgasreinigungsanlage
- 2
- Brennkraftmaschine
- 2'
- Steuergerät
- 3
- Erste Abgasleitung
- 3'
- Zweite Abgasleitung
- 4
- Erste katalytische Reinigungsvorrichtung
- 4'
- Zweite katalytischen Reinigungsvorrichtung
- 5
- Erste Brennraumgruppe
- 5'
- Zweite Brennraumgruppe
- 6
- Gemeinsame Abgasleitung
- 7
- Erster Sensor
- 7'
- Zweiter Sensor
- 8
- Dritter Sensor
- 9
- Dritte Katalytische Reinigungsvorrichtung
- 10
- Sauganlage
- 10'
- Erste Saugrohrgruppe
- 10"
- Zweite Saugrohrgruppe
Claims (3)
- Verfahren zur Regeneration der ersten und der zweiten katalytischen Reinigungsvorrichtung (4') einer Abgasreinigungsanlage (1) für eine Brennkraftmaschine (2) mit einer NOx-Adsorbtionseinrichtung mit einer ersten Abgasleitung (3) mit einer ernsten katalytischen Reinigungsvorrichtung (4) und einer zweiten Abgasleitung (3') mit einer zweiten katalytischen Reinigungsvorrichtung (4'), die stromab der ersten und der zweiten katalytischen Reinigungsvorrichtung (4, 4') in eine gemeinsame Abgasleitung (6) münden, wobei jeder katalytischen Reinigungsvorrichtung (4, 4') in der jeweiligen Abgasleitung (3, 3') stromauf jeweils ein einziger erster, bzw. ein einziger zweiter Sensor (7, 7') zugeordnet ist, wobei die katalytischen Reinigungsvorrichtungen (4, 4') NOx-Adsorber sind,
wobei in der gemeinsamen Abgasleitung (6) ein einziger, gemeinsamer dritter Sensor (8) zumindest für eine Regeneration der katalytischen Reinigungsvorrichtungen (4, 4') vorgesehen ist, wobei jeder der drei Sensoren ein linearer 02-Sensor ist,
wobei die Brennkraftmaschine zumindest zwei Brennraumgruppen (5, 5') aufweist und jede Abgasleitung (3, 3') mit einer Brennraumgruppen (5, 5') gasführend verbunden ist und eine separate Gemischregelung für jede Brennraumgruppe (5, 5') erfolgt,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte nach einem Start eines Regenerationszyklus:- Betreiben der ersten Brennraumgruppe (5) mit einem Kraftstoffüberschuss und der zweiten Brennraumgruppe (5') mit einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Gemisch oder mit einem Luftüberschuss,- Fortlaufendes Messen eines Anteils einer Abgaskomponente mit dem ersten Sensor (7) in der ersten Abgasleitung (3) vor der ersten katalytischen Reinigungsvorrichtung (4), mit dem zweiten Sensor (7') in der zweiten Abgasleitung (3') vor der zweiten katalytischen Reinigungsvorrichtung (4') und mit dem dritten Sensor (8) in der gemeinsamen Abgasleitung (6) vor einer dritten katalytischen Reinigungsvorrichtung (9),- Betreiben der ersten Brennraumgruppen (5) mit einem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Gemisch oder einem Luftüberschuss und der zweiten Brennraumgruppe (5') mit einem Kraftstoffüberschuss, wenn der Anteil der Abgaskomponente in der gemeinsamen Abgasleitung (6) einem gemittelten Anteil der Abgaskomponenten aus der ersten und der zweiten Abgasleitung (3, 3') innerhalb eines Toleranzbereiches erreicht,- Beenden des Regenerationszyklus, wenn der Anteil der Abgaskomponente in der gemeinsamen Abgasleitung (6) den gemittelten Anteil der Abgaskomponenten aus der ersten und der zweiten Abgasleitung (3, 3') innerhalb eines - Toleranzbereiches erreicht. - Verfahren nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, wobei jeder Sensor ein elektrisches Signal abgibt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Signale von einem Steuergerät (2') auswertbar sind. - Verfahren nach einem der zuvor genannten Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass stromab des ersten und des zweiten Sensors (7; 7') und/oder stromab des dritten Sensors (8) zumindest eine weitere katalytische Reinigungsvorrichtung (9) angeordnet ist.
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