WO2001065096A1 - METHOD AND DEVICE FOR CARRYING OUT AN NOx REGENERATION OF AN NOx STORAGE-TYPE CATALYTIC CONVERTER MOUNTED IN AN EXHAUST GAS CHANNEL OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR CARRYING OUT AN NOx REGENERATION OF AN NOx STORAGE-TYPE CATALYTIC CONVERTER MOUNTED IN AN EXHAUST GAS CHANNEL OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE Download PDF

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WO2001065096A1
WO2001065096A1 PCT/EP2001/001787 EP0101787W WO0165096A1 WO 2001065096 A1 WO2001065096 A1 WO 2001065096A1 EP 0101787 W EP0101787 W EP 0101787W WO 0165096 A1 WO0165096 A1 WO 0165096A1
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regeneration
gas recirculation
internal combustion
combustion engine
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PCT/EP2001/001787
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Ekkehard Pott
Hermann Hahn
Sören HINZE
Michael Zillmer
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for carrying out a NO x regeneration of a NO x storage catalytic converter arranged in an exhaust gas duct of an internal combustion engine with the features mentioned in the preamble of claims 1 and 9
  • catalytic converters with NO x storage function (NO x storage catalytic converters) in exhaust gas lines of internal combustion engines.
  • the catalytic converter thereby reduces an emission of pollutants by providing a Conversion of exhaust gas components, such as carbon monoxide, unburned hydrocarbons and nitrogen oxides, into less environmentally relevant compounds requires that internal combustion engines are operated as permanently as possible in a lean operating mode with ⁇ > 1, i.e. with an excess of oxygen in a supplied air-fuel mixture under these conditions, fuel consumption is reduced.
  • the NO x regeneration is carried out during at least part of its regeneration duration at an exhaust gas recirculation rate of 0 to 15 vol%, in particular at 0 to 10 vol%.
  • Current customary recirculation rates vary depending on the engine type Range of 25 to 35 vol.%
  • the volume fraction relates to a proportion of the recirculated exhaust gas volume in an overall air volume to be supplied to the internal combustion engine.
  • the exhaust gas recirculation rate can be varied stepwise or continuously during the regeneration
  • the exhaust jerk transit rate before the end of the NO x -Regenerat ⁇ on to 5 to 25 volume -%, in particular 15 vol ⁇ ⁇ %, is increased at the end of the NO x -Regenerat ⁇ on to reach exhaust jerk transit rate can, in particular of the return rate to be set after the end of the NO x regeneration are made dependent
  • a further advantageous embodiment provides for the exhaust gas recirculation rate to be increased gradually or continuously before the end of the NO x regeneration. In this way, the transition can be leveled further
  • the exhaust gas recirculation rate is increased 5 to 0.5 s, in particular 2 s, before the NO x regeneration has ended.
  • the time of the increase in the exhaust gas recirculation rate before the end of the NO x regeneration depending on the existing before and / or after the increase in exhaust gas recirculation rate, for example, in the event of a large difference in the exhaust gas recirculation rates, an increase in the exhaust gas recirculation rate should be started before and after the increase relatively early before the end of the NO x regeneration.
  • means are provided with which the method steps of carrying out the NO x regeneration can be carried out at a reduced exhaust gas recirculation rate or without exhaust gas recirculation and increasing an exhaust gas recirculation rate before the NO x regeneration has ended
  • these means comprise a control unit in which a procedure for controlling the method steps for carrying out NO x regeneration and the NO x storage catalytic converter is stored in digital form, the control unit being able to be integrated in an engine control unit
  • Figure 1 is a schematic arrangement of an internal combustion engine with an exhaust duct
  • Figure 2 shows a time course of lambda during a NO x regeneration with and without exhaust gas recirculation
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an internal combustion engine 10 with an exhaust gas channel 12 assigned to it. Downstream of the internal combustion engine 10, a small-volume pre-catalytic converter 14 and a NO x storage catalytic converter 16 are arranged in the exhaust gas channel 12 in front of the catalytic converter system 14 16 in the exhaust gas duct 12.
  • the lambda probe 18 outputs a signal to an engine control unit 20 which processes this and other measurement signals and operating parameters of the internal combustion engine 10.
  • a control unit 22 Integrated in the engine control unit 20 is a control unit 22 in which the procedure according to the invention for carrying out a NO x Regeneration of the NO x storage catalytic converter 16 is stored in digital form.
  • the engine control unit 20 or the control unit 22 controls the operating mode of the internal combustion engine 10 by using both example influences an air-fuel mixture to be fed in. For this purpose, Fresh air volume flow sucked in regulated by the position of a throttle valve 24 in an intake pipe 26. Furthermore, the engine control unit 20 or the control unit 22 controls an exhaust gas recirculation valve 30 arranged in a return line 28
  • the control unit 22 switches the internal combustion engine 10 into a homogeneous, stoichiometric or rich operating mode.
  • the control unit 22 specifies, for example, a stronger closed position of the throttle valve 24 , so that the oxygen content in the supplied air-fuel mixture is reduced.
  • the exhaust gas recirculation is reduced and / or completely prevented during at least part of the regeneration period. This is also done by a corresponding control of the exhaust gas recirculation valve 30 by the engine control unit 20 or the control unit 22
  • FIG. 2 shows a simplified representation of a time course of a lambda value measured in front of the catalytic converter system 14, 16 with the lambda probe 18 during a NO x regeneration of the NO x storage catalytic converter 16.
  • the broken line 32 represents a lambda course during regeneration with activation of an exhaust gas recirculation according to current customary practice (recirculation rate about 30% by volume), while the solid line 34 shows a corresponding lambda curve without exhaust gas recirculation.
  • both curves 32, 34 have a constant level corresponding to a lambda lean specification ⁇ m after detection of a need for regeneration and switching of an air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine 10 to a rich, that is to say fuel-rich composition, at a point in time tg, the signal 32 measured with simultaneous exhaust gas recirculation still persists for a certain delay lean lambda value ⁇ m This can be attributed to the oxygen-rich exhaust gas that is still in the exhaust gas recirculation line 28 from the previous lean phase and is supplied to the fresh air drawn in.
  • the signal 32 drops relatively flat until a time t-
  • the flatness of the previous drop in the lambda value is also the result of the exhaust gas being fed into the fresh air drawn in.
  • the lambda curve 34 (solid line) measured according to the invention without exhaust gas recirculation shows considerable deviations from the curve 32 explained above, measured with the exhaust gas recirculation switched on. Without exhaust gas recirculation, the lambda curve 34 exhibits an almost immediately after switching of the internal combustion engine 10 into the rich operating mode at time tg and is relatively steep falling course, so that the lambda fat specification ⁇ f already at a time t-
  • the regeneration time that must be applied for a complete emptying of the memory of the NO x storage catalytic converter 16 is considerably shorter than in the case of approved exhaust gas recirculation, so that the end of the NO x regeneration is already reached at a point in time t 2 a very long regeneration period with simultaneous exhaust gas recirculation (curve 32) is a result of the constant exhaust gas extraction, so that only a reduced reducing agent mass flow is available to convert the nitrogen oxides of the NO x storage catalytic converter

Abstract

The invention relates to a method and device for carrying out an NOx regeneration of an NOx storage-type catalytic converter mounted in an exhaust gas channel of an internal combustion engine, whereby the internal combustion engine can be operated in different operational modes, and exhaust gas is returned into the induction air of the internal combustion engine during at least one of the operational modes. According to the invention, the NOx regeneration is carried out during at least a portion of the regeneration time with a reduced exhaust gas return rate or without exhaust gas return. An increase or initiation of the exhaust gas return takes place before the end of the NOx regeneration. A rapid switching over into the regeneration area is thus attained without misfiring and a short regeneration time achieved.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung einer NOx-Regeneration eines in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine angeordnetenMethod and device for carrying out a NO x regeneration arranged in an exhaust gas duct of an internal combustion engine
NOχ-SpeicherkatalysatorsNO χ storage catalytic converter
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchfuhrung einer NOx- Regeneration eines in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten NOx-Speιcherkatalysators mit den im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 9 genannten MerkmalenThe invention relates to a method and a device for carrying out a NO x regeneration of a NO x storage catalytic converter arranged in an exhaust gas duct of an internal combustion engine with the features mentioned in the preamble of claims 1 and 9
Um eine Nachbehandlung von Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von zeitweise mager laufenden Verbrennungskraftmaschinen, durchzufuhren, ist es bekannt, Katalysatoren mit NOx-Speιcherfunktιon (NOx- Speicherkatalysatoren) in Abgasstrangen der Verbrennungskraftmaschinen anzuordnen Der Katalysator reduziert dabei eine Emission von Schadstoffen, indem er eine Konvertierung von Abgasbestandteilen, wie Kohlenmonoxid, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden, in weniger umweltrelevante Verbindungen fordert Derzeit wird ein möglichst dauerhafter Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen in einem mageren Betriebsmodus mit λ > 1 , das heißt mit einem Sauerstoffuberschuss in einem zugefuhrten Luft-Kraftstoff-Gemisch, angestrebt Unter diesen Bedingungen wird ein Kraftstoffverbrauch reduziert Auf der anderen Seite kann im Magermodus wegen des Sauerstoffuberschusses keine vollständige katalytische Reduktion von NOx erreicht werden Stattdessen erfolgt im Magerbetrieb eine Absorption von NOx in den NOx-Speιcherkatalysator Wegen einer begrenzten NOx-Speιcherkapazιtat des Katalysators muss dieser in periodischen Abstanden einer NOx-Regeneratιon unterzogen werden, wofür er üblicherweise mit einer fetten Abgasatmosphare beaufschlagt wird, so dass absorbiertes NOx durch nunmehr im Abgas im Uberschuss vorhandene Reduktionsmittel (HC, CO) konvertiert werden kannIn order to carry out post-treatment of exhaust gases from internal combustion engines, in particular from lean-running internal combustion engines, it is known to arrange catalytic converters with NO x storage function (NO x storage catalytic converters) in exhaust gas lines of internal combustion engines.The catalytic converter thereby reduces an emission of pollutants by providing a Conversion of exhaust gas components, such as carbon monoxide, unburned hydrocarbons and nitrogen oxides, into less environmentally relevant compounds requires that internal combustion engines are operated as permanently as possible in a lean operating mode with λ> 1, i.e. with an excess of oxygen in a supplied air-fuel mixture under these conditions, fuel consumption is reduced. On the other hand, a complete catalytic reduction of NO x cannot be achieved in lean mode because of the excess of oxygen an absorption of NO x in the NO x storage catalyst Because of a limited NO x storage capacity of the catalyst, the latter must be subjected to a NO x regeneration periodically, for which purpose it is usually subjected to a rich exhaust gas atmosphere, so that absorbed NO x by now Excess reducing agents (HC, CO) in the exhaust gas can be converted
Es ist ferner bekannt, eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasruckfuhrung zu betreiben, wobei ein Teil des Abgases dem der Verbrennungskraftmaschine zuzuführenden Luft-Kraftstoff-Gemisch zugemischt wird Durch diese Maßnahme kann eine Verbrennungstemperatur und damit verbunden die NOx-Entstehung abgesenkt werden Dazu wird üblicherweise in Abhängigkeit eines Betriebspunktes der Verbrennungskraftmaschine ein in einer Ruckfuhrleitung angeordnetes Abgasruckfuhrventil angesteuertIt is also known to operate an internal combustion engine with an exhaust gas recirculation system, with part of the exhaust gas being mixed with the air / fuel mixture to be supplied to the internal combustion engine.This measure allows a combustion temperature and the associated NO x generation to be reduced.This is usually dependent on this an operating point of the Internal combustion engine controlled an exhaust gas recirculation valve arranged in a return line
Die Regelung der NOx-Regeneratιon von NOx-Speιcherkatalysatoren und der Abgasruckfuhrung erfolgt üblicherweise unabhängig voneinander, so dass eine Abgasruckfuhrung wahrend einer NOx-Regeneratιon zugelassen wird Hierdurch werden verschiedene Probleme aufgeworfen Zunächst wird eine Dauer der Umschaltung von Mager- auf Fettbetrieb der Verbrennungskraftmaschine, die vom Zeitpunkt der Vorgabe eines fetten Luft-Kraftstoff-Gemisches bis zu dem tatsachlichen Vorliegen eines fetten Abgases verstreicht, unerwünscht verlängert Dies ist auf das Vorhandensein sauerstoffreichen Abgases in der Abgasruckfuhrleitung zurückzuführen, welches noch dem Brennraum der Maschine zugeführt wird, wahrend bereits ein Fettmodus der Verbrennungskraftmaschine angefordert wird Ein weiteres Problem ergibt sich durch das Umschalten von einem Schicht- auf einen Homogenbetrieb der Verbrennungskraftmaschine, welches üblicherweise mit der Umschaltung in den Fettmodus einhergeht Damit verbunden kommt es insbesondere kurz nach der Betriebsumstellung zu Brennbarkeitsproblemen und Zündaussetzern, wenn das Gemisch trotz Erhöhung der Kraftstoffzufuhr zu mager zum Entflammen ist Dieses Problem wird durch die Rückführung des zunächst noch mageren Abgases weiter verschärft Schließlich wird auch die Dauer einer NOx-Regeneratιon durch die Abgasruckfuhrung erheblich verlängert Dies ist Folge des verminderten Abgasmassenstroms und des damit verbundenen vermindertenThe regulation of the NO x regeneration of NO x storage catalytic converters and the exhaust gas recirculation is usually carried out independently of one another, so that exhaust gas recirculation is permitted during a NO x regeneration. As a result, various problems are raised. First, a duration of the switchover from lean to rich operation of the internal combustion engine , which elapses from the time of the specification of a rich air-fuel mixture to the actual presence of a rich exhaust gas, undesirably extended.This is due to the presence of oxygen-rich exhaust gas in the exhaust gas recirculation line, which is still supplied to the combustion chamber of the engine, while already in a rich mode the internal combustion engine is requested Another problem arises from switching from shift to homogeneous operation of the internal combustion engine, which is usually accompanied by switching to rich mode n especially shortly after the change of operation to flammability problems and misfires if the mixture is too lean to ignite despite increasing the fuel supply.This problem is further exacerbated by the recirculation of the initially still lean exhaust gas.Finally, the duration of a NO x regeneration is also considerably extended by the exhaust gas recirculation This is due to the reduced exhaust gas mass flow and the associated reduced
Reduktionsmittelstroms der für die Umsetzung der freigesetzten Stickoxide am NOx- Speicherkatalysator notwendig ist Eine Verlängerung der Regenerationsdauer fuhrt zu einem erheblichen KraftstoffmehrverbrauchReducing agent flow which is necessary for the conversion of the released nitrogen oxides on the NO x storage catalytic converter An extension of the regeneration period leads to a considerable increase in fuel consumption
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung vorzuschlagen, durch welche die beschriebenen Probleme bei der Durchfuhrung einer NOx-Regeneratιon eines NOx-Speιcherkatalysators gemäß dem Stand der Technik überwunden werdenThe invention is therefore based on the object of proposing a method and a device by means of which the problems described when carrying out a NO x regeneration of a NO x storage catalyst according to the prior art are overcome
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Vorrichtung mit den in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 9 genannten Merkmalen gelost Indem die NOx- Regeneration bei einer verminderten Abgasruckfuhrrate oder ohne Abgasruckfuhrung durchgeführt wird und einem Ende der NOx-Regeneratιon eine Erhöhung oder Zuschaltung einer Abgasruckfuhrung vorausgeht, wird ein schnelles und aussetzerfreies Umschalten der Verbrennungskraftmaschine von einem Mager- in einen Fettbetπeb gewahrleistet und die Regenerationszeiten verkürzt Ferner wird infolge des schnellen Umschaltens eine NOx-Desorptιonsspιtze, die beim Durchgang des Lambdawert.es von λ > 1 nach λ < 1 beobachtet wird, verringert Durch die Erhöhung der Abgasruckfuhrrate vor Beendigung der NOx-Regeneratιon wird der Übergang beim Umschalten der Verbrennungskraftmaschine von dem Regenerations- in einen Magermodus fließender gestaltet, so dass praktisch keine Änderung im Betriebsverhalten des Kraftfahrzeugs auftrittThis object is achieved by the method and the device with the features mentioned in independent claims 1 and 9. By carrying out the NO x regeneration at a reduced exhaust gas recirculation rate or without exhaust gas recirculation and an end to the NO x regeneration, an increase or activation of an exhaust gas recirculation is preceded by a quick and intermittent switching of the internal combustion engine from a lean to one Guaranteed fat and the regeneration times are shortened. Furthermore, due to the rapid switchover, a NO x desorption peak, which is observed during the passage of the lambda value from λ> 1 to λ <1, is reduced. By increasing the exhaust gas recirculation rate before the NO x regeneration is ended the transition when switching the internal combustion engine from the regeneration to a lean mode is designed to be more fluid, so that practically no change occurs in the operating behavior of the motor vehicle
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die NOx-Regeneratιon wahrend wenigstens eines Teils ihrer Regenerationsdauer bei einer Abgasruckfuhrrate von 0 bis 15 Vol -%, insbesondere bei 0 bis 10 Vol -%, durchgeführt Derzeit übliche Ruckfuhrraten bewegen sich in Abhängigkeit von dem Motortyp im Bereich von 25 bis 35 Vol -% Dabei bezieht sich der Volumenanteil auf einen Anteil des ruckgefuhrten Abgasvolumens an einem insgesamt der Verbrennungskraftmaschine zuzuführenden Luftvolumen Im Rahmen vorteilhafter Vorgaben kann die Abgasruckfuhrrate wahrend der Regeneration stufenweise oder kontinuierlich variiert werdenIn a preferred embodiment of the method, the NO x regeneration is carried out during at least part of its regeneration duration at an exhaust gas recirculation rate of 0 to 15 vol%, in particular at 0 to 10 vol%. Current customary recirculation rates vary depending on the engine type Range of 25 to 35 vol.% The volume fraction relates to a proportion of the recirculated exhaust gas volume in an overall air volume to be supplied to the internal combustion engine. Within the framework of advantageous specifications, the exhaust gas recirculation rate can be varied stepwise or continuously during the regeneration
Es ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass die Abgasruckfuhrrate vor dem Ende der NOx-Regeneratιon auf 5 bis 25 Vol -%, insbesondere 15 Vol ■■■%, erhöht wird Die am Ende der NOx-Regeneratιon zu erreichende Abgasruckfuhrrate kann dabei insbesondere von der nach Beendigung der NOx-Regeneratιon einzustellenden Ruckfuhrrrate abhangig gemacht werdenIt is further preferred that the exhaust jerk transit rate before the end of the NO x -Regeneratιon to 5 to 25 volume -%, in particular 15 vol ■■ ■%, is increased at the end of the NO x -Regeneratιon to reach exhaust jerk transit rate can, in particular of the return rate to be set after the end of the NO x regeneration are made dependent
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, die Abgasruckfuhrrate stufenweise oder kontinuierlich vor dem Ende der NOx-Regeneratιon zu erhohen Auf diese Weise kann der Übergang weiter geebnet werdenA further advantageous embodiment provides for the exhaust gas recirculation rate to be increased gradually or continuously before the end of the NO x regeneration. In this way, the transition can be leveled further
Nach einer weiteren Ausfuhrungsform wird die Abgasruckfuhrrate 5 bis 0,5 s, insbesondere 2 s, vor Beendigung der NOx-Regeneratιon erhöht In diesem Zusammenhang kann weiter vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Zeitpunkt der Erhöhung der Abgasruckfuhrrate vor dem Ende der NOx-Regeneratιon in Abhängigkeit von der vor und/oder nach der Erhöhung vorliegenden Abgasruckfuhrrate bemessen wird Beispielsweise sollte bei einer großen Differenz der Abgasruckfuhrraten vor und nach der Erhöhung relativ frühzeitig vor Beendigung der NOx-Regeneratιon mit einer Erhöhung der Abgasruckfuhrrate begonnen werden In der erfindungsgemaßen Vorπchtung zur Durchfuhrung einer NOx-Regeneratιon sind Mittel vorgesehen, mit welchen die Verfahrensschritte Durchfuhrung der NOx- Regeneration bei einer verminderten Abgasruckfuhrrate oder ohne Abgasruckfuhrung und Erhöhung einer Abgasruckfuhrrate vor Beendigung der NOx-Regeneratιon ausfuhrbar sindAccording to a further embodiment, the exhaust gas recirculation rate is increased 5 to 0.5 s, in particular 2 s, before the NO x regeneration has ended. In this connection it can further advantageously be provided that the time of the increase in the exhaust gas recirculation rate before the end of the NO x regeneration depending on the existing before and / or after the increase in exhaust gas recirculation rate, for example, in the event of a large difference in the exhaust gas recirculation rates, an increase in the exhaust gas recirculation rate should be started before and after the increase relatively early before the end of the NO x regeneration In the device according to the invention for carrying out a NO x regeneration, means are provided with which the method steps of carrying out the NO x regeneration can be carried out at a reduced exhaust gas recirculation rate or without exhaust gas recirculation and increasing an exhaust gas recirculation rate before the NO x regeneration has ended
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfassen diese Mittel eine Steuereinheit, in der eine Prozedur zur Steuerung der Verfahrensschritte zur Durchfuhrung einer NOx- Regeneration und des NOx-Speιcherkatalysators in digitaler Form hinterlegt ist, wobei die Steuereinheit in ein Motorsteuergerat integriert sein kannIn a preferred embodiment, these means comprise a control unit in which a procedure for controlling the method steps for carrying out NO x regeneration and the NO x storage catalytic converter is stored in digital form, the control unit being able to be integrated in an engine control unit
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen UnteransprucheFurther advantageous embodiments of the invention are the subject of the remaining subclaims
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausfuhrungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen naher erläutert Es zeigenThe invention is explained in more detail in exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings
Figur 1 eine schematische Anordnung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgaskanal undFigure 1 is a schematic arrangement of an internal combustion engine with an exhaust duct and
Figur 2 einen zeitlichen Verlauf von Lambda wahrend einer NOx-Regeneratιon mit und ohne AbgasruckfuhrungFigure 2 shows a time course of lambda during a NO x regeneration with and without exhaust gas recirculation
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine 10 mit einem dieser zugeordneten Abgaskanal 12 Stromab der Verbrennungskraftmaschine 10 sind ein kleinvolumiger Vorkatalysator 14 sowie ein NOx-Speιcherkatalysator 16 in dem Abgaskanal 12 angeordnet Eine Lambdasonde 18 dient der Erfassung einer Sauerstoffkonzentration im Abgas und befindet sich noch vor dem Katalysatorsystem 14 16 im Abgaskanal 12 Die Lambdasonde 18 gibt ein Signal an ein Motorsteuergerat 20 wieder welches dieses und andere Messsignale sowie Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 10 verarbeitet Integriert in das Motorsteuergerat 20 ist eine Steuereinheit 22, in welcher die erfindungsgemaße Prozedur zur Durchfuhrung einer NOx-Regeneratιon des NOx-Speιcherkatalysators 16 in digitaler Form hinterlegt ist In Abhängigkeit aller eingehenden Signale steuert das Motorsteuergerat 20 beziehungsweise die Steuereinheit 22 den Betriebsmodus der Verbrennungskraftmaschine 10, indem es beispielsweise Einfluss auf ein einzuspeisendes Luft-Kraftstoff-Gemisch nimmt Zu diesem Zweck wird ein angesaugter Frischluftvolumenstrom durch Stellung einer Drosselklappe 24 in einem Ansaugrohr 26 geregelt Ferner steuert das Motorsteuergerat 20 beziehungsweise die Steuereinheit 22 ein in einer Ruckfuhrleitung 28 angeordnetes Abgasruckfuhrventil 30 anFIG. 1 shows a schematic illustration of an internal combustion engine 10 with an exhaust gas channel 12 assigned to it. Downstream of the internal combustion engine 10, a small-volume pre-catalytic converter 14 and a NO x storage catalytic converter 16 are arranged in the exhaust gas channel 12 in front of the catalytic converter system 14 16 in the exhaust gas duct 12. The lambda probe 18 outputs a signal to an engine control unit 20 which processes this and other measurement signals and operating parameters of the internal combustion engine 10. Integrated in the engine control unit 20 is a control unit 22 in which the procedure according to the invention for carrying out a NO x Regeneration of the NO x storage catalytic converter 16 is stored in digital form. Depending on all incoming signals, the engine control unit 20 or the control unit 22 controls the operating mode of the internal combustion engine 10 by using both example influences an air-fuel mixture to be fed in. For this purpose, Fresh air volume flow sucked in regulated by the position of a throttle valve 24 in an intake pipe 26. Furthermore, the engine control unit 20 or the control unit 22 controls an exhaust gas recirculation valve 30 arranged in a return line 28
Wird nun wahrend einer Magerphase der Verbrennungskraftmaschine 10 eine Regenerationsnotwendigkeit des NOx-Speιcherkatalysators 16 festgestellt, so bewirkt die Steuereinheit 22 die Umschaltung der Verbrennungskraftmaschine 10 in einen homogenen, stochiometπschen oder fetten Betriebsmodus Dazu gibt die Steuereinheit 22 beispielsweise eine starker geschlossene Stellung der Drosselklappe 24 vor, so dass der Sauerstoffanteil im zugefuhrten Luft-Kraftstoff-Gemisch reduziert wird Erfindungsgemaß wird wahrend wenigstens eines Teils der Regenerationsdauer die Abgasruckfuhrung vermindert und/oder vollständig unterbunden Auch dies geschieht durch eine entsprechende Steuerung des Abgasruckfuhrventils 30 durch das Motorsteuergerat 20 beziehungsweise die Steuereinheit 22If a need for regeneration of the NO x storage catalytic converter 16 is now determined during a lean phase of the internal combustion engine 10, the control unit 22 switches the internal combustion engine 10 into a homogeneous, stoichiometric or rich operating mode. For this purpose, the control unit 22 specifies, for example, a stronger closed position of the throttle valve 24 , so that the oxygen content in the supplied air-fuel mixture is reduced. According to the invention, the exhaust gas recirculation is reduced and / or completely prevented during at least part of the regeneration period. This is also done by a corresponding control of the exhaust gas recirculation valve 30 by the engine control unit 20 or the control unit 22
Figur 2 zeigt in einer vereinfachten Darstellung einen zeitlichen Verlauf eines vor dem Katalysatorsystem 14, 16 mit der Lambdasonde 18 gemessenen Lambdawertes wahrend einer NOx-Regeneratιon des NOx-Speιcherkatalysators 16 Dabei stellt die durchbrochene Linie 32 einen Lambdaverlauf wahrend einer Regeneration mit Zuschaltung einer Abgasruckfuhrung gemäß derzeit üblicher Praxis (Ruckfuhrrate zirka 30 Vol -%) dar, wahrend die durchgezogene Linie 34 einen entsprechenden Lambdaverlauf ohne Abgasruckfuhrung zeigt Wahrend einer anfänglichen Magerphase weisen beide Verlaufe 32, 34 ein konstantes Niveau entsprechend einer Lambdamagervorgabe λm auf Nach Detektion einer Regenerationsnotwendigkeit und Umschalten eines der Verbrennungskraftmaschine 10 zugefuhrten Luft-Kraftstoff- Gemisches auf eine fette, das heißt kraftstoffreiche Zusammensetzung, zu einem Zeitpunkt tg verharrt das bei gleichzeitiger Abgasruckfuhrung gemessene Signal 32 noch für eine gewisse Verzogerungsdauer bei dem mageren Lambdawert λm Dies kann auf das sauerstoffreiche Abgas zurückgeführt werden das aus der vorausgegangenen Magerphase sich noch in der Abgasruckfuhrleitung 28 befindet und der angesaugten Frischluft zugeführt wird Nach dieser Verzögerung setzt ein relativ flacher Abfall des Signals 32 bis zu einem Zeitpunkt t-| ein, an dem ein der Lambdafettvorgabe λf entsprechender Wert erreicht ist Die Flachheit des vorausgegangenen Abfalls des Lambdawertes ist ebenfalls Folge der Abgaseinspeisung in die angesaugte Frischluft Wahrend der folgenden Regenerationsdauer die sich bis zu einem Zeitpunkt t2 erstreckt, wird die Lambdafettvorgabe λf eingehalten und eingespeicherte Stickoxide NOx des NOx- Speicherkatalysators 16 mit den im Abgas vorhandenen Reduktionsmitteln CO und HC reduziert Nach erfolgter Speicherentleerung zum Zeitpunkt t2 wird die Verbrennungskraftmaschine 10 wieder in den Magermodus umgeschaltet, so dass sich der Lambdawert wieder auf die Lambdamagervorgabe λm einfindetFIG. 2 shows a simplified representation of a time course of a lambda value measured in front of the catalytic converter system 14, 16 with the lambda probe 18 during a NO x regeneration of the NO x storage catalytic converter 16. The broken line 32 represents a lambda course during regeneration with activation of an exhaust gas recirculation according to current customary practice (recirculation rate about 30% by volume), while the solid line 34 shows a corresponding lambda curve without exhaust gas recirculation. During an initial lean phase, both curves 32, 34 have a constant level corresponding to a lambda lean specification λ m after detection of a need for regeneration and switching of an air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine 10 to a rich, that is to say fuel-rich composition, at a point in time tg, the signal 32 measured with simultaneous exhaust gas recirculation still persists for a certain delay lean lambda value λ m This can be attributed to the oxygen-rich exhaust gas that is still in the exhaust gas recirculation line 28 from the previous lean phase and is supplied to the fresh air drawn in. After this delay, the signal 32 drops relatively flat until a time t- | a, at which a value corresponding to the lambda fat specification λf is reached. The flatness of the previous drop in the lambda value is also the result of the exhaust gas being fed into the fresh air drawn in. During the following regeneration period, which extends up to a point in time t2, the Lambda fat specification λf adhered to and stored nitrogen oxides NO x of the NO x storage catalytic converter 16 reduced with the reducing agents CO and HC present in the exhaust gas m arrives
Der erfmdungsgemaß ohne Abgasruckfuhrung gemessene Lambdaverlauf 34 (durchgezogene Linie) zeigt erhebliche Abweichungen von dem oben erläuterten, bei zugeschalteter Abgasruckfuhrung gemessenen Verlauf 32 Ohne Abgasruckfuhrung weist der Lambdaverlauf 34 einen nahezu unmittelbar nach Umschalten der Verbrennungskraftmaschine 10 in den fetten Betriebsmodus zum Zeitpunkt tg einsetzenden und verhältnismäßig steil abfallenden Verlauf auf, so dass die Lambdafettvorgabe λf bereits zu einem Zeitpunkt t-| ' erreicht ist Ferner ist die Regenerationsdauer, die für eine vollständige Entleerung des Speichers des NOx- Speicherkatalysators 16 aufgebracht werden muss, erheblich kurzer als bei zugelassener Abgasruckfuhrung, so dass das Ende der NOx-Regeneratιon bereits zu einem Zeitpunkt t2' erreicht wird Die sehr lange Regenerationsdauer bei gleichzeitiger Abgasruckfuhrung (Verlauf 32) ist ein Resultat der standigen Abgasentnahme, so dass lediglich ein verringerter Reduktionsmittelmassenstrom zur Verfügung steht, um die Stickoxide des NOx-Speιcherkatalysators zu konvertierenThe lambda curve 34 (solid line) measured according to the invention without exhaust gas recirculation shows considerable deviations from the curve 32 explained above, measured with the exhaust gas recirculation switched on. Without exhaust gas recirculation, the lambda curve 34 exhibits an almost immediately after switching of the internal combustion engine 10 into the rich operating mode at time tg and is relatively steep falling course, so that the lambda fat specification λf already at a time t- | In addition, the regeneration time that must be applied for a complete emptying of the memory of the NO x storage catalytic converter 16 is considerably shorter than in the case of approved exhaust gas recirculation, so that the end of the NO x regeneration is already reached at a point in time t 2 a very long regeneration period with simultaneous exhaust gas recirculation (curve 32) is a result of the constant exhaust gas extraction, so that only a reduced reducing agent mass flow is available to convert the nitrogen oxides of the NO x storage catalytic converter
Insgesamt ist die Regenerationsdauer ohne Abgasruckfuhrung gegenüber der mit gleichzeitiger Abgasruckfuhrung notwendigen Regenerationsdauer annähernd um die Hälfte verkürzt Die erfmdungsgemaß bevorzugten Abgasruckfuhrraten von maximal 15 Vol -% weisen Lambdaverlaufe auf, die einen Zwischenzustand zwischen den erläuterten Verlaufen repräsentierenOverall, the regeneration time without exhaust gas recirculation is reduced by almost half compared to the regeneration time required with simultaneous exhaust gas recirculation. The exhaust gas recirculation rates preferred according to the invention of a maximum of 15 vol.% Have lambda curves which represent an intermediate state between the courses described
Durch die Zuschaltung der Abgasruckfuhrung beziehungsweise Erhöhung der Abgasruckfuhrrate vor Beendigung der NOx-Regeneratιon wird zwar die Regenerationsdauer geringfügig erhöht Dieser Nachteil wird aber durch den Vorteil eins weitestgehend momentenneutralen Überganges im Betriebsmodus der Verbrennungskraftmaschine aufgewogen BEZUGSZEICHENLISTEBy switching on the exhaust gas recirculation or increasing the exhaust gas recirculation rate before the end of the NO x regeneration, the regeneration time is increased slightly. This disadvantage is offset by the advantage of a largely torque-neutral transition in the operating mode of the internal combustion engine LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Verbrennungskraftmaschine10 internal combustion engine
12 Abgaskanal12 exhaust duct
14 Vorkatalysator14 pre-catalytic converter
16 NOx-Speicherkatalysator16 NO x storage catalytic converter
18 Lambdasonde 0 Motorsteuergerät 2 Steuereinheit 4 Drosselklappe 6 Ansaugrohr18 Lambda sensor 0 Engine control unit 2 Control unit 4 Throttle valve 6 Intake pipe
28 Abgasrückführleitung28 Exhaust gas recirculation line
30 Abgasruckfuhrventil30 exhaust gas recirculation valve
32 Lambdaverlauf mit Abgasrückführung32 Lambda curve with exhaust gas recirculation
34 Lambdaverlauf ohne Abgasrückführung λf Lambdafettvorgabe λm Lambdamagervorgabe 34 Lambda curve without exhaust gas recirculation λf Lambda grease specification λ m Lambda giver specification

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zur Durchfuhrung einer NOx-Regeneratιon eines in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten NOx-Speιcherkatalysators, wobei die Verbrennungskraftmaschine in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden kann und bei mindestens einem der Betriebsmodi eine Abgasruckfuhrung in eine Ansaugluft der Verbrennungskraftmaschine erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die NOx-Regeneratιon wahrend wenigstens eines Teils ihrer Regenerationsdauer bei einer verminderten Abgasruckfuhrrate oder ohne Abgasruckfuhrung durchgeführt wird und einem Ende der NOx-Regeneratιon eine Erhöhung oder Zuschaltung einer Abgasruckfuhrung vorausgehtA method for carrying out a NO x -Regeneratιon one in an exhaust passage of an internal combustion engine arranged NO x -Speιcherkatalysators, wherein the internal combustion engine can be operated in various modes and carried out an exhaust gas recirculation into an intake air of the internal combustion engine at least one of the operating modes, characterized in that the NO x regeneration is carried out during at least part of their regeneration duration at a reduced exhaust gas recirculation rate or without exhaust gas recirculation and one end of the NO x regeneration is preceded by an increase or activation of an exhaust gas recirculation
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die NOx- Regeneration einer Abgasruckfuhrrate von 0 bis 15 Vol -%, insbesondere bei 0 bis 10 Vol -%, durchgeführt wirdA method according to claim 1, characterized in that the NO x regeneration of an exhaust gas recirculation rate of 0 to 15 vol%, in particular at 0 to 10 vol%, is carried out
Verfahren einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasruckfuhrrate vor dem Ende der NOx-Regeneratιon auf 5 bis 25 Vol -%, insbesondere 15 Vol -%, erhöht wirdMethod according to one of claims 1 or 2, characterized in that the exhaust gas recirculation rate is increased to 5 to 25% by volume, in particular 15% by volume, before the end of the NO x regeneration
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasruckfuhrrate stufenweise oder kontinuierlich vor dem Ende der NOx- Regeneration erhöht wirdMethod according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas recirculation rate is increased gradually or continuously before the end of the NO x regeneration
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasruckfuhrrate 5 bis 0,5 s, insbesondere 2 s, vor Beendigung der NOx-Regeneratιon erhöht wirdMethod according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas recirculation rate is increased 5 to 0.5 s, in particular 2 s, before the NO x regeneration has ended
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt der Erhöhung der Abgasruckfuhrrate vor dem Ende der NOx-Regeneratιon in Abhängigkeit von der vor und/oder nach der Erhöhung vorliegenden Abgasruckfuhrrate bemessen wird Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die NOx-Regeneratιon bei einem stochiometπschen oder fetten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt wirdA method according to claim 5, characterized in that the time of the increase in the exhaust gas recirculation rate before the end of the NO x regeneration is measured depending on the exhaust gas recirculation rate present before and / or after the increase Method according to one of the preceding claims, characterized in that the NO x regeneration is carried out with stochiometric or rich operation of the internal combustion engine
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die NOx-Regeneratιon bei einem homogenen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt wirdMethod according to one of the preceding claims, characterized in that the NO x regeneration is carried out during homogeneous operation of the internal combustion engine
Vorrichtung zur Durchfuhrung einer NOx-Regeneratιon eines in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten NOx-Speιcherkatalysators, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, mit welchen die Verfahrensschritte Durchfuhrung der NOx-Regeneratιon bei einer verminderten Abgasruckfuhrrate oder ohne Abgasruckfuhrung und Erhöhung einer Abgasruckfuhrrate vor Beendigung der NOx-Regeneratιon ausfuhrbar sindApparatus for carrying out a NO x -Regeneratιon one in an exhaust passage of an internal combustion engine arranged NO x -Speιcherkatalysators, characterized in that means are provided with which the method steps of carrying out the NO x -Regeneratιon at a reduced exhaust jerk transit rate or without exhaust gas recirculation and increase an exhaust jerk transit rate before Termination of the NO x regeneration are executable
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine Steuereinheit (22) umfassen, in der eine Prozedur zur Steuerung der Verfahrensschritte zur Durchfuhrung einer NOx-Regeneratιon eines NOx- Speicherkatalysators in digitaler Form hinterlegt istApparatus according to claim 9, characterized in that the means comprise a control unit (22) in which a procedure for controlling the method steps for carrying out a NO x regeneration of a NO x storage catalytic converter is stored in digital form
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) in ein Motorsteuergerat (20) integriert ist Apparatus according to claim 10, characterized in that the control unit (22) is integrated in an engine control unit (20)
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