WO2007137783A1 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb einer abgasnachbehandlungsanlage - Google Patents

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oxygen storage
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Christopher Severin
Jürgen Schnitzler
Andreas Wiartalla
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Fev Motorentechnik Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a motor vehicle exhaust aftertreatment system and an exhaust aftertreatment system with a connected internal combustion engine.
  • a rich-lean cycle can be used to utilize the oxygen storage of an exhaust aftertreatment component to oxidize H 5 S.
  • the reservoir is filled in a lean phase and at least partially emptied in a fatty phase.
  • a lambda probe located downstream of the exhaust gas aftertreatment component is used. If a sub-stoichiometric air ratio is detected here, a lean skip is initiated. With a superstoichiometric air ratio, a fat jump is initiated.
  • an oxygen storage downstream of a NOx storage catalyst (NSK) is used to supply oxygen for H 2 S oxidation.
  • DE 101 26 455 A1 describes a process for the desulfurization of a NSK, which adjoins the regeneration of a particle filter, as a result of which the heating to a desulfating temperature is omitted or shortened.
  • the control or control concepts resulting from the above documents relate to a lambda probe signal downstream of an oxygen-storing component in the exhaust gas system.
  • the lambda probe only shows unity if one oxygen reservoir is completely filled ( ⁇ > 1). or completely emptied ( ⁇ ⁇ 1).
  • fat breaks with concomitant H 2 S emission can occur in the case of desulfation, for example.
  • Object of the present invention is to provide an improvement in the performance of an exhaust aftertreatment system, which in particular takes into account the actual conditions in an exhaust aftertreatment system and allows a quick and safe response.
  • a method for operating a motor vehicle exhaust aftertreatment system in which oxygen is supplied to an exhaust gas aftertreatment component oxygen and removed, wherein at least one influenced by the oxygen storage and its oxygen-flowed, changing parameters determined and used in a mode of operation of the motor vehicle exhaust aftertreatment system becomes.
  • an amount of oxygen in the oxygen storage is determined and influenced according to a development of a fat-lean cycle as a function of the determined amount of oxygen.
  • an amount of oxygen in the oxygen storage may be included as a size in setting a rich-lean cycle.
  • An exemplary embodiment provides that the amount of oxygen is used as a control or control variable for a rich-lean cycle.
  • an amount of oxygen in the oxygen storage is regulated by means of at least one fat-lean cycle, preferably by means of different fat-lean cycles.
  • One possible implementation involves a motor controller that controls or regulates the fat-lean cycles, with the oxygen content in the oxygen storage being controlled or regulated.
  • the engine control for example, resort to a variety of maps or an oxygen determination that is continuous or discontinuous.
  • a degree of filling of the oxygen storage is taken into account.
  • a lambda probe signal is taken into account in controls or regulations relating to individual components or the total component exhaust aftertreatment system. Rather, it is lifted to the current state of the oxygen storage and taken into account how it is able, for example, at To give oxygen to an operation in a rich portion of the lean-fat cycle, or vice versa, to still be able to absorb oxygen in a lean region of the fat-lean cycle.
  • an additional supply of oxygen into the motor vehicle exhaust aftertreatment system can be provided as a function of the determined oxygen quantity of the oxygen storage device.
  • Such an oxygen supply can take place, for example, via an air feed as well as an oxygen feed into the exhaust aftertreatment system. It is also possible, for example, additionally or independently thereof to change the air supply in the exhaust aftertreatment system by a corresponding valve overlap in a connected internal combustion engine.
  • the amount of oxygen is calculated by means of an oxygen balance around the oxygen storage.
  • This can be done for example by means of a first probe and a second probe.
  • the first probe is preferably arranged in the flow direction in front of the oxygen storage, preferably at least immediately in front of the oxygen storage.
  • the second probe is preferably arranged downstream in the immediate vicinity of the oxygen storage.
  • at least one of the two probes is arranged directly on an opening of the oxygen storage.
  • at least one of the probes is arranged in the oxygen storage. For example, it is then possible to deduce the total storage behavior of the entire oxygen storage unit via a partial behavior of the oxygen storage device.
  • a first probe is used for a continuous measurement of the oxygen content before the oxygen storage.
  • the air content in front of the oxygen storage can be determined and deduced therefrom on the oxygen content.
  • the second probe preferably determines the oxygen content at least at time intervals behind the oxygen storage. It is preferred that a permanent measurement of the oxygen content or the air ratio takes place.
  • at least the upstream of the two probes is a broadband lambda probe.
  • the other of the two probes may be a jump probe.
  • two broadband lambda probes can also be used.
  • at least one of the probes is capable of additionally receiving a temperature.
  • the exhaust aftertreatment system is equipped with its own control unit.
  • the control unit is preferably not only a control or regulation with respect to the oxygen storage stored.
  • further components of the exhaust aftertreatment component are also included in the control unit. This may be in addition to the oxygen storage additional catalysts, particulate filters, injectors in the exhaust aftertreatment system, for example, ammonia-containing agent or the like.
  • An embodiment provides that such functionality is implemented in an engine control unit.
  • Another embodiment provides that the control unit is arranged separately from the engine control.
  • the method is used to achieve a targeted influencing of the rich-lean cycle with the amount of oxygen stored in the oxygen storage. For example, it is possible to be able to change a quantity of heat released per unit of time by a specific filling and emptying of the oxygen storage. This makes it possible, for example, to be able to influence a temperature of the oxygen storage or of a component which has the oxygen storage.
  • a regeneration of an exhaust gas purification component of the motor vehicle has to take place in a specific temperature range. This is the case, for example, in the case of regeneration of a diesel particulate filter as well as desulphurisation of a nitrogen oxide storage catalytic converter.
  • a temperature of above 500 0 C is set. If, for example, an uncoated particle filter is used, a temperature above 600 ° C. is used. In a catalytically coated filter a temperature above 55O 0 C exhaust gas temperature is set, for example on the particulate filter.
  • a fat-lean cycle is used for a temperature increase during the regeneration.
  • an oxygen storage is cyclically at least partially filled and emptied.
  • a successful conversion of the oxygen storage generates heat, which is used to increase the temperature.
  • the increase in temperature can, for example, take place even before the actual regeneration, so that only a small enthalpy must be provided to trigger the actual regeneration.
  • the amount of oxygen present in the oxygen storage can be used to at least a necessary temperature and / or Temepraturererhöhung for regeneration partly to produce.
  • the oxygen storage takes on oxygen in corresponding phases of oxygen supply, which it can deliver in phases of a regeneration.
  • the temperature increase can be achieved by raising an exhaust gas temperature at the internal combustion engine or during operation of a turbine at the outlet of the turbine. For example, this can be done in a combustion engine by reducing the air ratio, for example by a post-injection, by changing a injection angle as well as by throttling the engine or a turbine air supplied.
  • incomplete or burnt fuel can not be supplied to the oxygen storage.
  • a late post-injection of fuel into an expansion stroke of the internal combustion engine can be used for this purpose.
  • the oxygen to be stored in the oxygen storage is fed, for example, from residual oxygen from the engine combustion.
  • an external air supply for example, a secondary air blower can be used.
  • a charging device of an internal combustion engine for this purpose.
  • a combustible gas component can be converted in the exhaust aftertreatment system by sufficient provision of oxygen, for example by means of exclusively from the oxygen storage, in addition from the oxygen storage, in particular additionally supplied oxygen from the oxygen storage.
  • oxygen storage for example, in addition from the oxygen storage, in particular additionally supplied oxygen from the oxygen storage.
  • the determined amount of oxygen of the oxygen storage as a parameter in a desulfation of an oxide memory is preferably received to influence a fat-lean cycle.
  • the oxide storage can be, for example, a nitrogen oxide storage catalyst and / or a sulfur oxide storage.
  • an oxygen supply from the oxygen storage is used to oxidize, for example, in substoichiometric operation created H 2 S in SO 2 .
  • determining the respective current oxygen content in the oxygen storage is preferably implemented in the corresponding operating strategy that a complete emptying of the oxygen storage is avoided, especially in rich operation. This prevents a risk of H 2 S leakage. If, in particular, it is provided as an operating strategy that the oxygen reservoir may never be completely emptied, a jump probe may be provided instead of a lambda probe behind the oxygen reservoir, in particular.
  • a determination of an onset of desulfation and / or regeneration can be determined via the considered amount of oxygen.
  • the determined amount of oxygen is included as a parameter for determining a duration of the desulfurization and / or the regeneration.
  • a determination of an onset of desulfation and / or regeneration can be determined via the considered amount of oxygen.
  • the determined amount of oxygen is taken as a parameter to determine a duration of desulfurization and / or regeneration.
  • the amount of oxygen in the oxygen reservoir necessary for the process is determined according to an embodiment by integration of the oxygen mass flow exchanged with the reservoir.
  • the oxygen mass flow is calculated on the basis of a difference between the probes, in particular the lambda probes and the exhaust gas mass flow.
  • the result of such or other calculation may be erroneous, for example due to inaccurate lambda signals or an inaccurate exhaust mass flow, such that the calculated oxygen content does not correspond to the actual oxygen content.
  • the integration can make a mistake grow over time. It is then possible that unwanted fat or lean breakthroughs occur. Should such a breakthrough occur, this breakthrough can be used to detect the actual state of the memory and reset the calculation to a specific value.
  • a targeted breakthrough situation can be created in order to achieve a calibration of the measurement. It is also possible to derive a calibration from the operating behavior of the oxygen storage device. For example, a maximum storage state can also be checked by appropriate supply of air or oxygen, and preferably a calibration for the storage capacity and the storage state of the oxygen storage device can be determined therefrom.
  • a refinement provides that, within the scope of a control or regulation using the oxygen storage, preferably also its oxygen storage capacity and in particular the currently determined stored oxygen amount, at least one threshold value is established, at the exceeding of which a cycle change between lean and rich operation is triggered ,
  • the threshold can be fixed. However, there is also the possibility that the threshold value can be adapted to, for example, an aging of the oxygen storage. For example, in a calibration of the oxygen storage capacity or the calculation of the oxygen storage capacity also an increase or decrease of the threshold value can be caused.
  • the threshold is stored in the control unit of the exhaust aftertreatment system. However, it may also be present in the engine control system, for example.
  • a lower and an upper threshold value with respect to the amount of oxygen is determined and when the threshold value is exceeded, a cycle change between lean and rich operation is triggered.
  • a triggering time for the cycle change can be provided here when reaching the threshold value as well as only after exceeding the threshold value.
  • a hysteresis behavior is triggered during a cycle change. This means that, after reaching the respective threshold value, the oxygen storage device either continues to absorb oxygen further in an additional manner before a release of the oxygen takes place or, in the opposite case, a decrease in the oxygen release is slowed down before an oxygen accumulation takes place again in the oxygen reservoir.
  • the threshold value can be exceeded in terms of the amount of oxygen in the oxygen storage, once upon reaching the threshold value and subsequently, after the cycle change has been completed and the operating behavior with respect to the oxygen decrease or absorption of the oxygen storage has reversed.
  • an internal combustion engine is operated in a rich-lean cycle, wherein a temperature of the oxygen storage is determined and an operating parameter influencing the stored oxygen quantity is changed as a function of the determined temperature.
  • a temperature control or temperature control of the exhaust gas aftertreatment component having the oxygen storage device changes an oxygen quantity which is released from the oxygen storage per unit time to a temperature adaptation of the exhaust gas aftertreatment component.
  • a PI controller can be used.
  • an operating mode of the motor vehicle exhaust aftertreatment system can provide that during a desulfurization of an oxide, in particular a nitrogen oxide storage catalytic converter, at least partially a rich-lean cycle is driven and an air ratio behind the oxide, in particular the nitrogen oxide, Storage catalyst is recorded, wherein the amount of oxygen is determined and used to avoid under- and / or Studentsstöichometrie the air ratio behind the oxide, in particular the nitrogen oxide storage catalyst.
  • one or more threshold values which can be predetermined with regard to the storage amount of oxygen in the oxygen storage, are used. For example, there is the possibility that not only one threshold, but several thresholds are present. This gives rise to the possibility of being able to operate the oxygen storage with different temperatures or oxygen deliveries or oxygen intakes.
  • the oxygen storage is integrated into the exhaust aftertreatment concept of the motor vehicle. Therefore, the oxygen storage can be used as a single construction be arranged element in the exhaust aftertreatment system. However, it is preferred that the oxygen storage is part of a component of the exhaust aftertreatment system. This may be a catalyst, particulate filter, or other element in the exhaust after-treatment system.
  • an exhaust aftertreatment system with a connected internal combustion engine wherein the internal combustion engine has an engine controller and the exhaust aftertreatment system at least one regulated catalyst and an oxygen storage, wherein a first probe is disposed in front of the oxygen storage and a second probe is disposed behind the oxygen storage in which the first probe determines a first parameter characterizing an oxygen content, and a signal transmission of the parameters recorded by the first and the second probe to an evaluation unit is provided, and the evaluation unit is coupled with a motor controller to a control or control unit which generates a rich -Mager-cycle based on the determined parameters considered.
  • a further treatment provides that the second probe is a temperature probe whose parameters are included in a control or regulation of a lambda value of the engine control.
  • a rich-lean cycle enters as the desired value in a lambda control of the internal combustion engine.
  • a further refinement of the exhaust aftertreatment system provides that the first and the second probe each determine a first parameter characterizing an oxygen content, and a signal transmission of the first parameter from the first and the second probe to an evaluation unit is provided, and the evaluation unit from the first parameters a determination of a second parameter characterizing an oxygen content of the oxygen storage, and the engine control is coupled to an apparatus for adjusting an air ratio in the exhaust aftertreatment system, wherein an adjustment of the air ratio in dependence on the second parameter is provided via the device.
  • the oxygen reservoir has a first part and a second part, which are arranged in at least two different exhaust aftertreatment components.
  • the oxygen storage can be formed from a NOx catalyst as well as from a particulate filter.
  • a three-way catalyst may also include an oxygen reservoir or a portion thereof. It is preferred if a measuring probe is provided for determining a temperature of the oxygen storage. This allows a direct coupling of the measured temperature in a calculation of the oxygen content of the oxygen storage. For example, this determined value can be used via the temperature for checking the oxygen content determined, for example, via the oxygen balance. Alternatively or additionally, the determination of the temperature of the oxygen storage device also allows one or more of the above-mentioned threshold values for influencing the rich-lean cycle to be changed according to the temperature-dependent oxygen storage capacity.
  • FIG. 1 shows a first schematic view of a first exhaust aftertreatment system
  • FIG. 2 shows a schematic view of a second exhaust aftertreatment system with a temperature control
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a temperature change by changing an operation of an internal combustion engine taking into account the amount of oxygen submitted per unit time in an oxygen storage of the exhaust aftertreatment system connected to the internal combustion engine
  • 4 is a schematic view of a control circuit for adjusting a temperature change by a change in utilization of an oxygen storage
  • 5 shows a schematic view of a third exhaust aftertreatment system, which enables, for example, via a calculation of a stored amount of oxygen, a prevention of fat breakdown
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a conventional control of a catalytic converter also conventionally with oxygen storage by means of a Lambda probe, which is arranged at an outlet of the catalyst, and
  • Fig. 7 a comparison with the resulting from Fig. 6 changed operation of
  • Catalyst which acts as an oxygen storage taking into account a calculated oxygen content, based on a two-point control according to the proposed operating method.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a first exhaust aftertreatment system 1 in an exemplary embodiment.
  • An internal combustion engine 2 the exhaust aftertreatment system 1 is arranged downstream. This has an exhaust line 3, in which, for example, an additional air supply 4 as well as an additional fuel supply 5 is provided. Both feeds 4, 5 are arranged in front of a first probe 6, in particular a lambda probe.
  • the first probe 6 in turn is connected upstream of an exhaust gas aftertreatment component 7 in the direction of flow.
  • the exhaust aftertreatment component 7 has an oxygen reservoir 8.
  • the exhaust aftertreatment component 7 may comprise a catalyst, in particular a controlled catalyst, a NOx storage catalyst, a particulate trap, a sulfur trap and / or another component which is capable of changing an exhaust gas originating from the internal combustion engine 2.
  • the oxygen storage 8 has a first part 9 and a second part 10. These are, for example, arranged separately from one another in different regions of the exhaust gas aftertreatment component 7.
  • the first part of the oxygen storage 8 may be arranged in a particle filter, while the second part 10 of the oxygen storage 8 is arranged in a NOx storage catalytic converter.
  • the particulate filter and the NOx storage catalytic converter together form, for example, the exhaust aftertreatment component 7.
  • a second probe 11 which may be, for example, also a lambda probe.
  • a further exhaust aftertreatment component which may also have an oxygen storage.
  • the second probe 11 can not only by balancing the oxygen content for the exhaust aftertreatment component 7 by determination the corresponding air ratio or the oxygen content behind the exhaust aftertreatment component 7 serve.
  • the second probe 11 can preferably use the same signal as an input parameter for the oxygen content or the air ratio for the subsequent exhaust-gas aftertreatment component in the context of a calculation or balancing.
  • a further probe not shown here is preferably arranged behind the subsequent exhaust gas aftertreatment component.
  • one or more further probes are present.
  • one or more of these probes can also form a replacement of the second probe 11, if it is possible to deduce the oxygen content of the region outside the balance limits via the determined balancing.
  • the air ratio in the exhaust gas line, taking into account the oxygen storage 8, can be changed via an engine controller 12.
  • the engine control unit 12 is connected, for example, to a separate control unit 13 of the first exhaust aftertreatment system 1.
  • the control unit 13 receives the measured values present from the various probes and uses them in a separate evaluation unit 14.
  • the currently existing stored oxygen quantity can be ascertained, for example via an oxygen balance via the oxygen storage 8.
  • This value can be passed on to the engine controller 12, for example.
  • the control unit 13 in turn is able to adapt, for example, taking into account the determined current amount of oxygen of an exhaust strategy in coupling with the engine controller 12. This may include, for example, that an ammonia-containing agent is selectively supplied via the control unit 13.
  • control unit 13 together with the engine control unit 12 is able to set a switchover between rich operation and lean operation in the first exhaust aftertreatment system 1 taking into account the oxygen storage 8.
  • a functionality of the control device 13 shown separately may also be implemented in an engine control unit of the engine control unit 12.
  • FIG. 2 shows a schematic view of a second exhaust aftertreatment system 15.
  • a control / regulation unit 16 Connected thereto is a control / regulation unit 16, which in turn is coupled to the internal combustion engine 2.
  • the control unit 16 is preferably an engine control unit, but may also be a separate from the engine control unit control unit.
  • Control signals 17 as well as sensor signals 18 can be exchanged between the control unit 16 and the internal combustion engine 2.
  • a lambda probe 19 is upstream of the internal combustion engine 2 and a catalyst 20, which contains an oxygen storage 8, in the flow direction. About the lambda probe 19, a signal characterizing an oxygen content in front of the catalyst 20 is supplied to the control unit 16.
  • a temperature signal is also fed to the control / regulation unit 16 via a temperature sensor 21, which is arranged behind the catalyst 20, viewed in the flow direction.
  • this device allows the second exhaust aftertreatment system 15 and internal combustion engine 2, that a fat-lean cycle can be driven, which is influenced by a change in air ratio and / or time, a rich and / or lean phase so that the per Time unit from the oxygen storage 8 originating amount of oxygen can be changed and thereby a temperature of the oxygen storage 8 and thus also the catalyst 20 is controlled or controlled.
  • FIG. 3 shows a schematic view of an exemplary utilization of the oxygen storage unit proceeding from FIG. 2 with an adjustment of a temperature change of the oxygen storage unit 8 from FIG. 1 or FIG. 2.
  • the air ratio is shown in an upper first representation of FIG Lambda plotted on the y-axis versus time plotted on the x-axis.
  • FIG Lambda plotted on the y-axis versus time plotted on the x-axis.
  • the course of a stored amount of oxygen in the oxygen storage is indicated, wherein the parallel to the x-axis, the time axis, extending solid line indicates a maximum oxygen storage capacity of the oxygen storage.
  • a converted amount of oxygen from the oxygen storage is also plotted over time on the x-axis.
  • a temperature profile of the oxygen storage or of the catalyst, which contains the oxygen storage by way of example, is indicated over time.
  • FIG. 3 are facing each other two different fat-lean cycles.
  • a first fat-lean cycle A is indicated by a crossed line in the uppermost illustration of FIG.
  • a second rich-lean cycle B is shown with a dash-and-dot line.
  • the two fat-lean cycles A, B differ in each case by an amplitude of a change in the respective air ratio delta lambda. Both cycles have in common that the oxygen storage is neither completely filled nor completely emptied.
  • a temperature remains constant at an inlet of the oxygen storage, this changes at the outlet depending on the set air ratio or the change in the air ratio, as can be seen from the top view of FIG. 3. Taking advantage of this relationship, the temperature of the oxygen storage and thus, for example, a catalyst can be controlled or regulated.
  • Fig. 4 shows a schematic view of a possibility of implementing a temperature control based on an action plan for the utilization of the oxygen storage.
  • the action plan provides the internal combustion engine 2, which supplies a time-varying air ratio lambda as the actual state.
  • the value of the actual state of the air ratio is on the one hand in an oxygen storage 8. From this, a temperature T is detected via a corresponding temperature sensor.
  • the temperature of the oxygen storage 8 and / or a temperature of an exhaust gas stream at an outlet from the oxygen storage 8, for example, a catalyst, a particulate trap or other exhaust aftertreatment component, are detected.
  • the temperature value is used as a controlled variable.
  • a temperature value can be specified, which indicates a desired value of the temperature to be set of the oxygen storage or the exhaust gas aftertreatment component.
  • This setpoint value is predetermined, for example, via the engine control or else via a separate control unit. From the comparison of the control variable with the setpoint, the control deviation is determined, which is supplied as input to a controller 15. From this, the regulator generates an amplitude of the air ratio, preferably in the form of an air ratio change.
  • a desired value of the air ratio can be formed from the change in the air ratio delta lambda. This means that the corresponding rich-lean cycle supplies the desired value of the air ratio, which together with the actual value of the air ratio enters into a lambda controller 16 of the internal combustion engine 2.
  • FIG. 5 shows an exemplary schematic view of a third exhaust aftertreatment system 22 with an internal combustion engine 2 and a control / regulation unit 16, between which control signals 17 and sensor signals 18 can be exchanged.
  • An oxygen storage 8, for example in the form of a catalyst is a broadband lambda probe 23 upstream.
  • the control probe 24 may be a broadband lambda probe or a jump probe.
  • an air ratio or an oxygen content in the exhaust gas flow is transferred to the control unit 16 on the basis of a characterizing parameter.
  • an air ratio or an oxygen-characterizing signal value is also forwarded to the control unit 16.
  • This signal can also represent a jump signal based on the probe used.
  • Fig. 6 shows a schematic representation of a conventional control of a catalyst, which uses a lambda probe disposed at an exit.
  • the air ratio is again shown in the upper illustration of FIG. 6, in the lower representation of FIG. 6 the stored amount of oxygen in the catalytic converter is shown. The values are plotted over time. If it is determined via the lambda probe that the air ratio behind the catalyst is greater than 1, a switching point is set by jumping from lean operation to rich operation. If, on the other hand, it is determined via the lambda probe that there is an air ratio of less than 1 behind the catalytic converter, the system switches from rich operation to lean operation. From the lower diagram, the respective switching points are drawn down in dashed lines from the upper illustration.
  • the substoichiometric or superstoichiometric air ratios are preferably set by the fact that the respective stored amount of oxygen in the oxygen storage has been completely removed from the oxygen storage or the storage capacity of the oxygen storage was exceeded.
  • the setpoint value of the air ratio in front of the catalyst is shown as a solid line c.
  • dashed lines represent the air ratio after the catalyst b is also registered.
  • oxygen storage is not controlled during this phase, oxygen will not pass through the reservoir and the lambda signal received as an oxygen reservoir after the catalyst will remain at the value of 1. Only when the oxygen reservoir is completely filled , an oxygen breakthrough can be detected based on the lambda signal and a fat jump can be initiated. In this fat phase II, the memory empties. If a sufficiently high temperature is present here, almost all the reducing agent is converted so that the lambda signal remains at 1 again. After a complete emptying of the oxygen storage, however, there is a reductant breakthrough, which is indicated by the probe. Only when this has been detected by the lambda probe, a lean jump can take place again.
  • FIG. 7 shows the configuration of a 2-point control of the oxygen storage device which is possible with respect to the catalyst control resulting from FIG.
  • the fat-lean cycle is controlled by the stored amount of oxygen, for example, in the catalyst. This allows to prevent fat as well as lean breakthroughs. It is preferable for this purpose, for example, to use a 2-point control with a hysteresis. If a certain oxygen threshold is exceeded, a fat jump is initiated. When falling below another threshold, a lean jump occurs. In the case of desulfurization, sufficient oxygen is thus present at all times, which can serve for the oxidation of H 2 S.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage (1), bei dem einem Sauerstoffspeicher (8) einer Abgasnachbehandlungskomponente (7) Sauerstoff zugeführt und entnommen wird, wobei eine Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher (8) bestimmt und ein Fett-Mager-Zyklus in Abhängigkeit von der ermittelten Sauerstoffmenge beeinflusst wird. Des Weiteren wird eine Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage (1) vorgeschlagen, mittels der eine Temperaturregelung des Sauerstoffspeichers (8) und/oder eine Desulfa- tisierung ohne einen Durchbruch während eines Wechsels zwischen Fettbetrieb und Magerbetrieb ermöglicht wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Abgasnachbehandlungsanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftfahrzeug- Abgasnachbehandlungsanlage sowie eine Abgasnachbehandlungsanlage mit einer ange- schlossenen Verbrennungskraftmaschine.
Aus US 6 843 052 ist bekannt, dass ein Fett-Mager-Zyklus genutzt werden kann, um den Sauerstoffspeicher einer Abgasnachbehandlungskomponente zur Oxidation von H5S zu nutzen. Der Speicher wird in einer Magerphase gefüllt und in einer Fettphase zumindest teilweise geleert. Zur Regelung eines O2-Gehaltes wird eine stromab von der Abgasnachbehandlungskomponente gelegene Lambda-Sonde genutzt. Wird hier ein unterstöchio- metrisches Luftverhältnis erkannt, wird ein Magersprung eingeleitet. Bei einem überstö- chiometrischen Luftverhältnis wird ein Fettsprung eingeleitet. Auch in EP 0 893 154 B1 wird ein einem NOx-Speicher-Katalysator (NSK) nachgeschalteter Sauerstoffspeicher zur Zufuhr von Sauerstoff zur H2S-Oxidation verwendet.
Aus DE 197 47 222 C1 ist eine Verbrennungsmotorenanlage mit NSK und Sekundärlufteinblasung mit einem Verfahren zur Desulfatisierung des NSK bekannt. Bei diesem System wird die Desulphatisierungssteuerung vom Ausgangssignal einer stromab gelegenen Lambda-Sonde geregelt.
Aus DE 198 27 195 A1 ist bekannt, dass bei einem Mager-Fett-Sprung zunächst kurz SO2 entsteht und eine Bildung von H2S zeitverzögert folgt. Eine H2S-Emission kann daher durch einen frühzeitigen Fett-Mager-Sprung unterdrückt werden.
In DE 101 26 455 A1 ist ein Verfahren zur Desulfatisierung eines NSK beschrieben, welches sich an die Regeneration eines Partikelfilters anschließt, wodurch die Aufheizung auf eine Desulfatisierungstemperatur entfällt oder verkürzt wird.
Aus DE 199 22 962 C2 ist bekannt, dass das Luftverhältnis im Abgas während einer NSK- Desulphatisierung durch Sekundärluftzufuhr eingestellt werden kann.
Die aus obigen Dokumenten hervorgehenden Regelungs- oder Steuerungskonzepte beziehen sich auf ein Lambda-Sondensignal stromab einer sauerstoffspeichernden Kompo- nente im Abgasstrang. Insbesondere bei hohen Temperaturen zeigt die Lambda-Sonde hier jedoch nur dann ungleich eins, wenn ein Sauerstoffspeicher komplett gefüllt (λ>1 ) oder komplett entleert ist (λ<1 ). Dadurch können bei z.B. einer Desulfatisierung Fettdurchbrüche mit begleitender H2S-Emission auftreten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbesserung eines Betriebsverhaltens einer Abgasnachbehandlungsanlage zu schaffen, die insbesondere den tatsächlichen Gegebenheiten in einer Abgasnachbehandlungsanlage Rechnung trägt und eine schnelle sowie sichere Reaktion ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie mit einer Abgasnachbehandlungsanlage mit den Merkmalen des Anspruches 19 gelöst. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftfahrzeug- Abgasnachbehandlungsanlage vorgeschlagen, bei welchem einem Sauerstoffspeicher einer Abgasnachbehandlungskomponente Sauerstoff zugeführt und entnommen wird, wobei zumindest ein durch den Sauerstoffspeicher und seinen Sauerstoffgehalt beein- flusster, sich ändernder Parameter ermittelt und bei einer Betriebsweise der Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage genutzt wird.
Vorzugsweise wird eine Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher bestimmt und gemäß einer Weiterbildung ein Fett-Mager-Zyklus in Abhängigkeit von der ermittelten Sauerstoffmenge beeinflusst. Beispielswiese kann eine Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher als Größe bei einer Einstellung eines Fett-Mager-Zyklusses eingehen. Eine beispielhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Sauerstoffmenge als Regel- oder Steuergröße für einen Fett-Mager-Zyklus genutzt wird. Eine weitere beispielhafte Ausgestaltung sieht vor, dass eine Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher mittels zumindest eines Fett-Mager-Zyklus, vorzugsweise mittels verschiedener Fett-Mager-Zyklen geregelt wird. Eine mögliche Umsetzung weist eine Motorsteuerung auf, die die Fett-Mager-Zyklen steuert oder regelt, wobei der Sauerstoffgehalt im Sauerstoffspeicher gesteuert oder geregelt wird. Hierzu kann die Motorsteuerung beispielsweise auf eine Vielzahl an Kennfelder zurückgreifen oder auf eine Sauerstoffbestimmung, die kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgt.
Insbesondere wird ein Füllungsgrad des Sauerstoffspeichers berücksichtigt. Somit wird bei Steuerungen bzw. Regelungen bezüglich einzelner Komponenten oder der Gesamt- komponente Abgasnachbehandlungsanlage nicht nur beispielsweise ein Lambda- Sondensignal berücksichtigt. Vielmehr wird auf den aktuellen Zustand des Sauerstoffspeichers abgehoben und berücksichtigt, inwiefern dieser in der Lage ist, beispielsweise bei einem Betrieb in einem fetten Abschnitt des Fett-Mager-Zyklusses Sauerstoff abzugeben bzw. umgekehrt, in einem mageren Bereich des Fett-Mager-Zyklusses noch Sauerstoff aufnehmen zu können.
Außerdem kann eine zusätzliche Sauerstoffzufuhr in die Kraftfahrzeugabgasnachbehand- lungsanlage in Abhängigkeit von der ermittelten Sauerstoffmenge des Sauerstoffspeichers vorgesehen werden. Eine derartige Sauerstoffzufuhr kann beispielsweise über eine Luftzuführung wie auch eine Sauerstoffzuführung in die Abgasnachbehandlungsanlage erfolgen. Auch besteht die Möglichkeit, beispielsweise zusätzlich oder auch unabhängig hiervon durch eine entsprechende Ventilüberschneidung bei einer angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine das Luftangebot in der Abgasnachbehandlungsanlage zu ändern.
Bevorzugt wird die Sauerstoffmenge mittels einer Sauerstoffbilanz um den Sauerstoff- Speicher berechnet. Dieses kann beispielsweise mittels einer ersten Sonde und einer zweiten Sonde erfolgen. Die erste Sonde ist bevorzugt in Strömungsrichtung vor dem Sauerstoffspeicher angeordnet, vorzugsweise zumindest unmittelbar vor dem Sauerstoffspeicher. Die zweite Sonde ist bevorzugt stromabwärts in unmittelbarer Nähe vom Sauerstoffspeicher angeordnet. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass zumindest eine der beiden Sonden direkt an einer Öffnung des Sauerstoffspeichers angeordnet ist. Auch besteht die Möglichkeit, dass zumindest eine der Sonden in dem Sauerstoffspeicher angeordnet ist. Beispielsweise kann über ein Teilverhalten des Sauerstoffspeichers dann auf das Gesamtspeicherverhalten des gesamten Sauerstoffspeichers rückgeschlossen werden.
Bevorzugt wird eine erste Sonde zu einer kontinuierlichen Messung des Sauerstoffgehaltes vor dem Sauerstoffspeicher eingesetzt. Hierbei kann anstelle des Sauerstoffgehaltes auch der Luftgehalt vor dem Sauerstoffspeicher ermittelt werden und daraus auf den Sauerstoffgehalt geschlossen werden. Die zweite Sonde ermittelt bevorzugt den Sauer- stoffgehalt zumindest in Zeitintervallen hinter dem Sauerstoffspeicher. Bevorzugt ist, dass eine Permanentmessung des Sauerstoffgehaltes bzw. des Luftverhältnisses erfolgt. Beispielsweise ist vorgesehen, dass zumindest die in Strömungsrichtung vorne liegende der beiden Sonden eine Breitband-Lambda-Sonde ist. Die andere der beiden Sonden kann hingegen eine Sprungsonde sein. Es können jedoch auch zwei Breitband-Lambda- Sonden eingesetzt werden. Vorzugsweise ist zumindest ist eine der Sonden in der Lage, zusätzlich eine Temperatur aufzunehmen. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Abgasnachbehandlungsanlage mit einem eigenen Steuergerät ausgestattet ist. Im Steuergerät ist vorzugsweise nicht nur eine Steuerung bzw. Regelung hinsichtlich des Sauerstoffspeichers hinterlegt. Vorzugsweise sind in dem Steuergerät auch weitere Komponenten der Abgasnachbehandlungs- komponente mitumfasst. Dieses können neben dem Sauerstoffspeicher zusätzliche Katalysatoren, Partikelfilter, Einspritzvorrichtungen in die Abgasnachbehandlungsanlage, beispielsweise von ammoniakhaltigem Mittel oder Ähnliches sein. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass eine derartige Funktionalität in einem Motorsteuergerät implementiert ist. Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass das Steuergerät von der Motorsteuerung getrennt angeordnet ist.
Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Verfahren eingesetzt wird, um mit der im Sauerstoffspeicher gespeicherten Sauerstoffmenge eine gezielte Beeinflussung des Fett-Mager-Zyklusses zu erzielen. Beispielsweise ist es möglich, durch eine gezielte Befüllung und Entleerung des Sauerstoffspeichers eine pro Zeiteinheit freigesetzte Wärmemenge verändern zu können. Damit besteht die Möglichkeit, beispielsweise eine Temperatur des Sauerstoffspeichers bzw. einer Komponente, die den Sauerstoffspeicher aufweist, beeinflussen zu können.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass eine Regeneration einer Abgasreinigungskomponente des Kraftfahrzeuges in einem bestimmten Temperaturbereich zu erfolgen hat. Dieses ist beispielsweise bei einer Regeneration eines Dieselpartikelfilters wie auch einer Desul- fatisierung eines Stickoxid-Speicherkatalysators der Fall. Wird beispielsweise bei einem Partikelfilter eine Verbrennungskraftmaschine in einem Magerbetrieb betrieben, sammelt sich Ruß ab. Zum Rußabbrand wird vorzugsweise eine Temperatur von oberhalb von 5000C eingestellt. Wird beispielsweise ein unbeschichteter Partikelfilter genutzt, wird eine Temperatur oberhalb von 6000C genutzt. Bei einem katalytisch beschichteten Filter wird beispielsweise eine Temperatur oberhalb von 55O0C Abgastemperatur am Partikelfilter eingestellt. Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zu einer Temperaturerhö- hung während der Regeneration ein Fett-Mager-Zyklus verwendet wird. Dabei wird ein Sauerstoffspeicher zyklisch zumindest teilweise befüllt und entleert. Ein hierbei erfolgender Umsatz des Sauerstoffspeichers erzeugt eine Wärme, die zur Temperaturerhöhung genutzt wird. Die Temperaturerhöhung kann beispielsweise schon vor der eigentlichen Regeneration erfolgen, so dass zum Auslösen der eigentlichen Regeneration vorzugswei- se nur noch eine geringe Enthalpie zur Verfügung gestellt werden muss. Beispielsweise kann die im Sauerstoffspeicher vorhandene Sauerstoffmenge dazu genutzt werden, eine notwendige Temperatur und/oder Temepraturererhöhung zur Regeneration zumindest teilweise zu erzeugen. Dazu nimmt der Sauerstoffspeicher in Phasen eines Sauerstoffüberangebots entsprechenden Sauerstoff auf, den er in Phasen einer Regenration abgeben kann.
Eine derartige Betriebsweise des Sauerstoffspeichers im Zusammenspiel mit einer Regeneration wird beispielsweise über die Motorsteuerung und/oder das separate Steuergerät auf verschiedene Arten unterstützt. Beispielsweise kann die Temperaturerhöhung dadurch erzielt werden, dass eine Abgastemperatur an der Verbrennungskraftmaschine o- der aber auch bei Betrieb einer Turbine am Austritt der Turbine angehoben wird. Bei- spielsweise kann dieses bei einer Verbrennungskraftmaschine durch eine Verkleinerung des Luftverhältnisses beispielsweise durch eine Nacheinspritzung erfolgen, durch eine Änderung eines Einspritzwinkels wie auch durch eine Androsselung der dem Motor bzw. einer Turbine zugeführten Luft. Um eine Verstärkung der Temperaturanhebung zu ermöglichen, kann nicht oder nur unvollständig verbrannter Kraftstoff dem Sauerstoffspeicher zugeführt werden. Beispielsweise kann dazu eine späte Nacheinspritzung von Kraftstoff in einen Expansionstakt der Verbrennungskraftmaschine genutzt werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, eine Einspritzung von Kraftstoff in einen Ausschiebetakt vorzusehen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit einer direkten Kraftstoffzufuhr in den Abgasstrom, zum Beispiel über eine zusätzliche Einspritzung. Auch besteht die Möglichkeit einer Re- formierung von Kraftstoff und Zufuhr als Synthesegas. Beispielsweise ist ebenfalls die Möglichkeit vorhanden, dass bei einem Kraftfahrzeug, das einen bivalenten Antrieb aufweist, beispielsweise zusätzlich einen Flüssiggasspeicher, einen Erdgasspeicher oder Vergleichbares genutzt wird, um daraus eine entsprechende Fluideinströmung in die Abgasnachbehandlungsanlage zu ermöglichen.
Der im Sauerstoffspeicher anzulagernde Sauerstoff wird beispielsweise aus Restsauerstoff aus der motorischen Verbrennung gespeist. Es besteht jedoch zusätzlich die Möglichkeit, eine externe Luftzufuhr in das Abgas vorzusehen. Dazu kann beispielsweise ein Sekundärluftgebläse eingesetzt werden. Auch besteht die Möglichkeit, eine Aufladungs- einrichtung einer Verbrennungskraftmaschine hierzu nutzen zu können. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, an anderen Orten der Abgasnachbehandlungsanlage gespeicherten Sauerstoff zur Anreicherung des von diesem abgegebenen Sauerstoffs im Sauerstoffspeicher zu nutzen.
Eine brennbare Gaskomponente kann in der Abgasnachbehandlungsanlage durch ausreichende zur Verfügung Stellung von Sauerstoff umgesetzt werden, beispielsweise mittels ausschließlich aus dem Sauerstoffspeicher, zusätzlich aus dem Sauerstoffspeicher, insbesondere ergänzend aus dem Sauerstoffspeicher zugeführten Sauerstoff. Beim Betrieb der Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage wird gezielt darauf abgestellt, den vorhandenen Sauerstoffspeicher kontrolliert einzusetzen. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, eine Temperatursteuerung oder -regelung des Partikelfilters vorzunehmen, ins- besondere, wenn der Partikelfilter die Möglichkeit aufweist, selbst als Sauerstoffspeicher zu fungieren.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die ermittelte Sauerstoffmenge des Sauerstoffspeichers als Parameter bei einer Desulfatisierung eines Oxid-Speichers vorzugsweise zur Beeinflussung eines Fett-Mager-Zyklusses eingeht. Der Oxid-Speicher kann beispielsweise ein Stickoxid-Speicherkatalysator und/oder ein Schwefeloxid- Speicher sein. Bei einer Desulfatisierung wird eine Sauerstoffzufuhr aus dem Sauerstoffspeicher genutzt, um beispielsweise im unterstöchiometrischen Betrieb geschaffenes H2S in SO2 zu oxidieren. Durch die Ermittlung des jeweils aktuellen Sauerstoffgehaltes im Sauerstoffspeicher ist vorzugsweise in der entsprechenden Betriebsstrategie implementiert, dass ein vollständiges Entleeren des Sauerstoffspeichers insbesondere im Fettbetrieb vermieden wird. Damit wird eine Gefahr eines H2S-Austrittes unterbunden. Ist insbesondere als Betriebsstrategie vorgesehen, dass der Sauerstoffspeicher niemals vollständig geleert werden darf, kann anstatt einer Lambda-Sonde hinter dem Sauerstoffspeicher insbesondere auch eine Sprungsonde vorgesehen sein.
Vorzugsweise kann über die berücksichtigte Sauerstoffmenge nicht nur eine Bestimmung eines Beginns einer Desulfatisierung und/oder einer Regeneration ermittelt werden. Vielmehr besteht zusätzlich die Möglichkeit, dass zur Bestimmung einer Zeitdauer der Desul- fatisierung und/oder der Regeneration die ermittelte Sauerstoffmenge als Parameter eingeht.
Vorzugsweise kann über die berücksichtigte Sauerstoffmenge nicht nur eine Bestimmung eines Beginns einer Desulfatisierung und/oder einer Regeration ermittelt werden. Viel- mehr besteht zusätzlich die Möglichkeit, dass zur Bestimmung einer Zeitdauer der Desulfatisierung und/oder Regeneration die ermittelte Sauerstoffmenge als Parameter eingeht.
Die für das Verfahren notwendige Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher wird gemäß einer Ausgestaltung durch Integration des mit dem Speicher ausgetauschten Sauerstoff- massenstroms bestimmt. Der Sauerstoffmassenstrom wird hierzu anhand einer Differenz der Sonden, insbesondere der Lambda-Sonden sowie dem Abgasmassenstrom berechnet. Dazu dient die folgende Formel: /ήθ2 = ήlA - L - (λvorKat ~ λnachKat)
Figure imgf000009_0001
mo2 - GespeicherteSauerstoffmasse mo2 - Ausgetauschter Sauerstoffmasssenstrom rho2 - Abgasmassenstrom L - stöchiometrischer Faktor λ - Luftverhältnis
Das Ergebnis einer derartigen oder anderen Berechnung kann fehlerbehaftet sein, zum Beispiel aufgrund ungenauer Lambda-Signale oder eines ungenauen Abgasmassenstroms, so dass der berechnete Sauerstoffgehalt nicht dem tatsächlichen Sauerstoffgehalt entspricht. Auch kann durch die Integration ein Fehler über die Zeit weiter anwachsen. Es ist dann möglich, dass unerwünschte Fett- oder Magerdurchbrüche erfolgen. Sollte ein derartiger Durchbruch auftreten, kann anhand dieses Durchbruches der tatsächliche Zustand des Speichers erkannt und die Berechnung auf einen bestimmten Wert zurückgesetzt werden. Des Weiteren kann eine gezielte Durchbruchssituation geschaffen werden, um darüber eine Eichung der Messung zu erreichen. Auch besteht die Möglichkeit, aus dem Betriebsverhalten des Sauerstoffspeichers heraus eine Eichung abzuleiten. Bei- spielsweise kann auch ein maximaler Speicherzustand durch entsprechende Luft- beziehungsweise Sauerstoffzuführung überprüft und vorzugsweise daraus eine Eichung für die Speicherkapazität und den Speicherzustand des Sauerstoffspeichers ermittelt werden.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass im Rahmen einer Steuerung bzw. Regelung unter Nut- zung des Sauerstoffspeichers, vorzugsweise auch dessen Sauerstoffspeicherkapazität und insbesondere der aktuell jeweils ermittelten gespeicherten Sauerstoffmenge zumindest ein Schwellwert festgelegt wird, bei dessen Überschreitung ein Zykluswechsel zwischen Mager- und Fettbetrieb ausgelöst wird. Der Schwellwert kann fixiert sein. Es besteht jedoch ebenfalls die Möglichkeit, dass der Schwellwert an beispielsweise eine Alte- rung des Sauerstoffspeichers angepasst werden kann. Beispielsweise kann bei einer Eichung der Sauerstoffspeicherkapazität bzw. der Berechnung der Sauerstoffspeicherkapazität ebenfalls eine Anhebung oder Absenkung des Schwellwertes veranlasst werden. Beispielsweise ist der Schwellwert in dem Steuergerät der Abgasnachbehandlungsanlage hinterlegt. Er kann jedoch ebenfalls in der Motorsteuerung beispielsweise zusätzlich vor- handen sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein unterer und ein oberer Schwellwert bezüglich der Sauerstoffmenge festgelegt wird und bei Überschreiten des Schwellwertes ein Zykluswechsel zwischen Mager- und Fettbetrieb ausgelöst wird. Ein Auslösezeitpunkt zum Zykluswechsel kann hierbei beim Erreichen des Schwellwertes wie aber auch erst nach dem Überschreiten des Schwellwertes vorgesehen sein. Bevorzugt wird bei einem Zykluswechsel ein Hystereseverhalten ausgelöst. Das bedeutet, dass nach Erreichen des jeweiligen Schwellwertes der Sauerstoffspeicher entweder noch Sauerstoff weiter zusätz- lieh verlangsamt aufnimmt, bevor eine Abgabe des Sauerstoffes erfolgt bzw. im umgekehrten Falle eine Abnahme der Sauerstoffabgabe verlangsamt wird, bevor wieder eine Sauerstoffanreicherung im Sauerstoffspeicher erfolgt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Schwellwert hinsichtlich der Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher überschritten werden kann, einmal bei Erreichen des Schwellwertes und anschließend, nachdem der Zykluswechsel vollzogen wurde und das Betriebsverhalten hinsichtlich der Sauerstoffabnahme bzw. Aufnahme des Sauerstoffspeichers sich umgekehrt hat.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass ein Verbrennungsmotor in einem Fett-Mager- Zyklus betrieben wird, wobei eine Temperatur des Sauerstoffspeichers ermittelt wird und ein die gespeicherte Sauerstoffmenge beeinflussender Betriebsparameter in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur geändert wird. Insbesondere besteht darüber die Möglichkeit, dass eine Temperaturregelung oder Temperatursteuerung der den Sauerstoffspeicher aufweisenden Abgasnachbehandlungskomponente eine pro Zeiteinheit aus dem Sauerstoffspeicher abgebende Sauerstoffmenge zu einer Temperaturanpassung der Ab- gasnachbehandlungskomponente ändert. Im Falle einer Temperaturregelung über die Nutzung des Sauerstoffspeichers kann beispielsweise ein Pl-Regler eingesetzt werden.
Zusätzlich wie auch getrennt davon kann eine Betriebsweise der Kraftfahrzeug- Abgasnachbehandlungsanlage vorsehen, dass während einer Desulfatisierung eines O- xid-, insbesondere eines Stickoxid-Speicherkatalysators zumindest teilweise ein Fett- Mager-Zyklus gefahren und ein Luftverhältnis hinter dem Oxid-, insbesondere dem Stickoxid-Speicherkatalysator aufgenommen wird, wobei die Sauerstoffmenge ermittelt und eingesetzt wird, eine Unter- und/oder Überstöichometrie des Luftverhältnisses hinter dem Oxid-, insbesondere dem Stickoxid-Speicherkatalysator zu vermeiden. Hierbei wird insbe- sondere auf ein oder mehrere Schwellwerte, die hinsichtlich der Speichermenge an Sauerstoff im Sauerstoffspeicher vorgebbar sind, zurückgegriffen. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, dass nicht nur ein Schwellwert, sondern mehrere Schwellwerte vorhanden sind. Hierbei ergibt sich die Möglichkeit, mit unterschiedlichen Temperaturen bzw. Sauerstoffabgaben bzw. Sauerstoffaufnahmen den Sauerstoffspeicher betreiben zu können.
Die Betriebsweise des Sauerstoffspeichers ist eingebunden in das Abgasnachbehandlungskonzept des Kraftfahrzeuges. Daher kann der Sauerstoffspeicher als einzelnes Bau- element in der Abgasnachbehandlungsanlage angeordnet sein. Bevorzugt ist es jedoch, dass der Sauerstoffspeicher Bestandteil einer Komponente der Abgasnachbehandlungsanlage ist. Dieses kann ein Katalysator, ein Partikelfilter, oder ein sonstiges Element in der Abgasnachbehandlungsanlage sein.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird eine Abgasnachbehandlungsanlage mit einer angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, wobei die Verbrennungskraftmaschine eine Motorsteuerung und die Abgasnachbehandlungsanlage zumindest einen geregelten Katalysator und einen Sauerstoffspeicher aufweist, wobei eine erste Sonde vor dem Sauerstoffspeicher angeordnet ist und eine zweite Sonde hinter dem Sauerstoffspeicher angeordnet ist, wobei die erste Sonde ein einen Sauerstoffgehalt charakterisierenden ersten Parameter ermittelt, und eine Signalübertragung der von der ersten und der zweiten Sonde aufgenommenen Parameter zu einer Auswerteeinheit vorgesehen ist, und die Auswerteeinheit mit einer Motorsteuerung mit einer Regel- oder Steuerungseinheit gekoppelt ist, die einen Fett-Mager-Zyklus auf Basis der ermittelten Parameter berücksichtigt.
Mittels einer derartigen Abgasnachbehandlungsanlage mit angeschlossener Verbrennungskraftmaschine wird bevorzugt das oben beschriebene Verfahren zum Betrieb einer Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage ausgeführt.
Eine Weiterbehandlung sieht vor, dass die zweite Sonde eine Temperatursonde ist, deren Parameter in eine Steuerung oder Regelung eines Lambda-Wertes der Motorsteuerung eingeht. Vorzugsweise geht ein Fett-Mager-Zyklus als Sollwert in eine Lambda-Regelung der Verbrennungskraftmaschine ein.
Eine weitere Ausgestaltung der Abgasnachbehandlungsanlage sieht vor, dass die erste und die zweite Sonde jeweils eine einen Sauerstoffgehalt charakterisierenden ersten Parameter ermitteln, und eine Signalübertragung des ersten Parameters von der ersten und der zweiten Sonde zu einer Auswerteeinheit vorgesehen ist, und die Auswerteeinheit aus den ersten Parametern eine Ermittlung eines einen Sauerstoffgehalt des Sauerstoffspeichers charakterisierenden zweiten Parameter aufweist, und die Motorsteuerung mit einer Vorrichtung zur Einstellung eines Luftverhältnisses in der Abgasnachbehandlungsanlage gekoppelt ist, wobei eine Anpassung des Luftverhältnisses in Abhängigkeit vom zweiten Parameter über die Vorrichtung vorgesehen ist. Eine Weiterbildung der Abgasnachbehandlungsanlage sieht vor, dass der Sauerstoffspeicher einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweist, die in zumindest zwei verschiedenen Abgasnachbehandlungskomponenten angeordnet sind. Beispielsweise kann der Sauerstoffspeicher aus einem NOx-Katalysator wie auch aus einem Partikelfilter gebildet werden. Auch können diese jeweils getrennt voneinander vorliegen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass ein Drei-Wege-Katalysator ebenfalls einen Sauerstoffspeicher oder einen Teil davon mit umfasst. Bevorzugt ist es, wenn eine Messsonde zur Ermittlung einer Temperatur des Sauerstoffspeichers vorgesehen ist. Dieses erlaubt eine direkte Koppelung der gemessenen Temperatur bei einer Berechnung des Sauerstoffgehaltes des Sauerstoffspeichers. Beispielsweise kann dieser ermittelte Wert über die Temperatur zur Überprüfung des beispielsweise über die Sauerstoffbilanz festgestellten Sauerstoffgehaltes genutzt werden. Alternativ oder auch zusätzlich erlaubt die Ermittlung der Temperatur des Sauerstoffspeichers auch, einen oder mehrere der insbesondere oben genannten Schwellwerte zur Beeinflussung des Fett-Mager-Zyklusses gemäß der temperaturab- hängigen Sauerstoffspeicherkapazität zu verändern.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Nachfolgenden Zeichnungen angegeben. Die daraus hervorgehenden jeweiligen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen beschränkt. Vielmehr können einzelne Merkmale mit denjenigen anderer Ausgestaltungen der Zeichnungen wie auch mit Merkmalen der obigen Beschreibung zu Weiterbildungen kombiniert werden. Es zeigen:
Fig. 1 : eine erste schematische Ansicht einer ersten Abgasnachbehandlungsanlage,
Fig. 2: eine schematische Ansicht einer zweiten Abgasnachbehandlungsanlage mit einer Temperaturregelung,
Fig. 3: in schematischer Darstellung eine Temperaturänderung durch Änderung eines Betriebes einer Verbrennungskraftmaschine unter Berücksichtigung der jeweils pro Zeiteinheit eingereichten Sauerstoffmenge in einem Sauerstoffspeicher der an die Verbrennungskraftmaschine angeschlossene Abgasnachbehandlungsanlage,
Fig. 4: eine schematische Ansicht eines Regelkreises zur Einstellung einer Temperaturänderung durch eine Veränderung einer Ausnutzung eines Sauerstoffspeichers, Fig. 5: eine schematische Ansicht einer dritten Abgasnachbehandlungsanlage, die beispielsweise über eine Berechnung einer gespeicherten Sauerstoffmenge eine Verhinderung eines Fettdurchbruches ermöglicht,
Fig. 6: eine schematische Darstellung einer konventionellen Regelung eines Katalysators auch konventionell mit Sauerstoffspeicher mittels einer Lambda- sonde, die an einem Austritt des Katalysators angeordnet ist, und
Fig. 7: eine gegenüber dem aus Fig. 6 hervorgehenden geänderten Betrieb des
Katalysators, der unter Berücksichtigung eines berechneten Sauerstoffgehaltes als Sauerstoffspeicher wirkt, auf Basis einer Zwei-Punkt-Regelung entsprechend des vorgeschlagenen Betriebsverfahrens.
Fig. 1 zeigt in schematischer Ansicht eine erste Abgasnachbehandlungsanlage 1 in einer beispielhaften Ausgestaltung. Einer Verbrennungskraftmaschine 2 ist die Abgasnachbehandlungsanlage 1 nachgeordnet. Diese weist einen Abgasstrang 3 auf, in dem beispielsweise eine Zusatzluftzuführung 4 wie auch eine Zusatzbrennstoffzuführung 5 vorgesehen ist. Beide Zuführungen 4,5 sind vor einer ersten Sonde 6 insbesondere einer Lambdasonde vorgeordnet. Die erste Sonde 6 wiederum ist einer Abgasnachbehandlungskomponente 7 in Strömungsrichtung betrachtet vorgeschaltet. Die Abgasnachbehandlungskomponente 7 weist einen Sauerstoffspeicher 8 auf. Darüber hinaus kann die Abgasnachbehandlungskomponente 7 einen Katalysator, insbesondere einen geregelten Katalysator, einen NOx-Speicherkatalysator, eine Partikelfalle, eine Schwefelfalle und/oder eine sonstige Komponente aufweisen, die in der Lage ist, ein von der Verbrennungskraftmaschine 2 stammendes Abgas zu ändern. Der Sauerstoffspeicher 8 weist einen ersten Teil 9 und einen zweiten Teil 10 auf. Diese sind beispielsweise getrennt voneinander in verschiedenen Bereichen der Abgasnachbehandlungskomponente 7 angeordnet. Beispielsweise kann der erste Teil des Sauerstoffspeichers 8 in einem Partikelfilter angeordnet sein, während der zweite Teil 10 des Sauerstoffspeichers 8 in einem NOx- Speicherkatalysator angeordnet ist. Der Partikelfilter und der NOx-Speicherkatalysator bilden zusammen beispielsweise die Abgasnachbehandlungskomponente 7. Dieser ist eine zweite Sonde 11 nachgeordnet, die beispielsweise auch eine Lambdasonde sein kann. Hinter der zweiten Sonde 11 in Strömungsrichtung betrachtet, kann eine weitere Abgasnachbehandlungskomponente vorliegen, die ebenfalls einen Sauerstoffspeicher aufweisen kann. Beispielsweise kann die zweite Sonde 11 nicht nur bei einer Bilanzierung des Sauerstoffgehaltes für die Abgasnachbehandlungskomponente 7 durch Ermittlung des entsprechenden Luftverhältnisses bzw. des Sauerstoffgehaltes hinter der Abgasnachbehandlungskomponente 7 dienen. Die zweite Sonde 11 kann gleichzeitig bevorzugt das gleiche Signal als Eingangsparameter für den Sauerstoffgehalt bzw. das Luftverhältnis für die nachfolgende Abgasnachbehandlungskomponente im Rahmen einer Berech- nung bzw. Bilanzierung genutzt werden. Hierzu ist bevorzugt hinter der nachfolgenden Abgasnachbehandlungskomponente noch eine weitere, nicht hier näher dargestellte Sonde angeordnet. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass in der Abgasnachbehandlungskomponente 7 ein oder mehrere weitere Sonden vorhanden sind. Beispielsweise können ein oder mehrere dieser Sonden auch einen Ersatz der zweiten Sonde 11 bilden, wenn über die ermittelte Bilanzierung auf den Sauerstoffgehalt des Bereiches außerhalb der Bilanzgrenzen geschlossen werden kann. Über eine Motorsteuerung 12 kann insbesondere das Luftverhältnis im Abgasstrang unter Beachtung des Sauerstoffspeichers 8 verändert werden. Die Motorsteuerung 12 ist beispielsweise mit einem separaten Steuergerät 13 der ersten Abgasnachbehandlungsanlage 1 verbunden. Das Steuergerät 13 nimmt beispielsweise die von den verschiedenen Sonden vorhandenen Messwerte auf und nutzt diese in einer eigenen Auswerteeinheit 14. Mittels dieser kann beispielsweise über eine Sauerstoffbilanzierung über den Sauerstoffspeicher 8 die aktuell vorhandene gespeicherte Sauerstoffmenge festgestellt werden. Dieser Wert kann beispielsweise an die Motorsteuerung 12 weitergegeben werden. Das Steuergerät 13 wiederum ist in der Lage, beispielsweise auch unter Berücksichtigung der ermittelten aktuellen Sauerstoffmenge einer Abgasstrategie in Koppelung mit der Motorsteuerung 12 anpassen zu können. Diese kann beispielsweise beinhalten, dass ein ammoniakhaltiges Mittel gezielt über das Steuergerät 13 zugeführt wird. Insbesondere ist das Steuergerät 13 zusammen mit der Motorsteuerung 12 in der Lage, eine Umschaltung zwischen fettem Betrieb und magerem Betrieb in der ersten Abgasnachbehandlungsanlage 1 unter Berücksichtigung des Sauerstoffspeichers 8 einstellen zu können. Eine Funktionalität des separat dargestellten Steuergeräts 13 kann gemäß einer anderen Ausgestaltung jedoch auch in einem Motorsteuergerät der Motorsteuerung 12 implementiert vorliegen.
Fig.2 zeigt in schematischer Ansicht eine zweite Abgasnachbehandlungsanlage 15. Mit dieser ist eine Steuer-/Regeleinheit 16 verbunden, die wiederum mit der Verbrennungskraftmaschine 2 gekoppelt ist. Die Steuer-/Regeleinheit 16 ist bevorzugt ein Motorsteuergerät, kann aber auch ein getrennt vom Motorsteuergerät angeordnetes Steuergerät sein. Zwischen der Steuer-/Regeleinheit 16 und der Verbrennungskraftmaschine 2 können An- Steuersignale 17 wie auch Sensorsignale 18 ausgetauscht werden. Eine Lambda-Sonde 19 ist zwischen der Verbrennungskraftmaschine 2 und einem Katalysator 20, der einen Sauerstoffspeicher 8 enthält, in Strömungsrichtung vorgelagert. Über die Lambda-Sonde 19 wird ein Signal charakterisierend einen Sauerstoffgehalt vor dem Katalysator 20 der Steuer-/Regeleinheit 16 zugeführt. Über einen Temperaturfühler 21 , der in Strömungsrichtung betrachtet hinter dem Katalysator 20 angeordnet ist, wird ein Temperatursignal ebenfalls der Steuer-/Regeleinheit 16 zugeführt. Mittels dieser nur schematisch die wichtigsten Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage 15 zeigenden Vorrichtung ist es möglich, eine Temperaturregelung des Sauerstoffspeichers 8 auszuführen. Insbesondere erlaubt diese Vorrichtung aus zweiter Abgasnachbehandlungsanlage 15 und Verbrennungskraftmaschine 2, dass ein Fett-Mager-Zyklus gefahren werden kann, der durch eine Änderung eines Luftverhältnisses und/oder einer Zeit, einer Fett- und/oder Magerphase so beeinflusst wird, dass sich die pro Zeiteinheit aus dem Sauerstoffspeicher 8 stammende Sauerstoffmenge verändert werden kann und dadurch eine Temperatur des Sauerstoffspeichers 8 und damit auch des Katalysators 20 geregelt oder gesteuert wird.
Fig. 3 zeigt in schematischer Ansicht eine beispielhafte Ausnutzung des aus Fig. 2 her- vorgehenden Sauerstoffspeichers bei einer Einstellung einer Temperaturänderung des Sauerstoffspeichers 8 aus Fig.1 bzw. Fig. 2. Dargestellt ist in einer oberen ersten Darstellung der Fig. 3 das Luftverhältnis Lambda, aufgetragen auf der y-Achse über die Zeit, die auf der x-Achse aufgetragen ist. Darunter ist der Verlauf einer gespeicherten Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher angegeben, wobei die parallel zur x-Achse, der Zeitachse, verlaufende durchgezogene Linie eine maximale Sauerstoffspeicherkapazität des Sauerstoffspeichers angibt. Darunter ist ebenfalls über die Zeit auf der x-Achse eine umgesetzte Sauerstoffmenge aus dem Sauerstoffspeicher aufgetragen. Darunter wiederum ist ein Temperaturverlauf des Sauerstoffspeichers bzw. des Katalysators, der den Sauerstoffspeicher beispielhaft enthält, über die Zeit angegeben. In den Darstellungen der Fig. 3 sind einander gegenübergestellt zwei verschiedene Fett-Mager-Zyklen. Ein erster Fett- Mager-Zyklus A ist mit durchgestrichener Linie in der obersten Darstellung der Fig. 3 gekennzeichnet. Ein zweiter Fett-Mager-Zyklus B ist mit einer Strich-Punkt-Linie dargestellt. Eine parallel zur x-Achse verlaufende dünne Linie gibt das Luftverhältnis Lambda = 1 in der obersten Darstellung der Fig. 3 an. Die beiden Fett-Mager-Zyklen A, B unterscheiden sich jeweils durch eine Amplitude einer Änderung des jeweiligen Luftverhältnisses Delta Lambda. Beiden Zyklen ist gemeinsam, dass der Sauerstoffspeicher weder vollständig gefüllt noch vollständig entleert wird. Dieses geht aus dem Verlauf der gespeicherten Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher hervor, die zu keinem Zeitpunkt die maximale Sauerstoffspeicherkapazität überschreitet. In einer Magerphase steigt eine gespeicherte Sauerstoffmenge an. Diese liegt im Zeitabschnitt I vor. In einer anschließenden Fettphase wird der im Sauerstoffspeicher vorhandene Sauerstoff mit brennbaren Abgasbestandteilen umgesetzt. Dieses ist in der Zeitphase Il dargestellt. Durch Einstellung einer hohen Amplitude, wie es beispielsweise im zweiten Fett-Mager-Zyklus B dargestellt ist, wird in jeder Fett-Phase Il mehr Sauerstoff umgesetzt. Dadurch liegt ein höherer Wärmestrom vor, so dass sich ein höherer Temperaturanstieg über den Sauerstoffspeicher einstellt. Dieses wird in der untersten Darstellung der Fig. 3 wiedergegeben. Während eine Tempe- ratur an einem Eintritt des Sauerstoffspeichers konstant bleibt, ändert sich diese am Austritt in Abhängigkeit von dem eingestellten Luftverhältnis bzw. der Änderung des Luftverhältnisses, wie es aus der obersten Darstellung der Fig. 3 hervorgeht. Diesen Zusammenhang ausnutzend, kann die Temperatur des Sauerstoffspeichers und damit beispielsweise eines Katalysators gesteuert bzw. geregelt werden.
Fig. 4 zeigt in schematischer Ansicht eine Möglichkeit einer Implementierung einer Temperaturregelung anhand eines Wirkungsplanes zur Ausnutzung des Sauerstoffspeichers. Der Wirkungsplan sieht die Verbrennungskraftmaschine 2 vor, die ein zeitlich sich änderndes Luftverhältnis Lambda als Ist-Zustand liefert. Der Wert des Ist-Zustandes des Luftverhältnisses geht einerseits in einen Sauerstoffspeicher 8 ein. Von diesem wird eine Temperatur T über einen entsprechenden Temperatursensor erfasst. Hierbei kann die Temperatur des Sauerstoffspeichers 8 und/oder eine Temperatur eines Abgasstromes an einem Austritt aus dem Sauerstoffspeicher 8, beispielsweise einem Katalysator, einer Partikelfalle oder einer anderen Abgasnachbehandlungskomponente, erfasst werden. Der Temperaturwert wird als Regelgröße genutzt. Dieses ermöglicht, dass ein Temperaturwert vorgegeben werden kann, der einen Soll-Wert der einzustellenden Temperatur des Sauerstoffspeichers bzw. der Abgasnachbehandlungskomponente angibt. Dieser Soll-Wert wird beispielsweise über die Motorsteuerung oder auch über ein separates Steuergerät vorgegeben. Aus dem Vergleich der Regelgröße mit dem Sollwert wird die Regelabwei- chung bestimmt, die als Eingangsgröße einem Regler 15 zugeführt wird. Der Regler erzeugt hieraus eine Amplitude des Luftverhältnisses, vorzugsweise in Form einer Luftverhältnisänderung. Über einen entsprechenden Generator, beispielsweise mittels eines Pulsweiten-Modulations-Generators, kann aus der Änderung des Luftverhältnisses Delta Lambda ein Soll-Wert des Luftverhältnisses gebildet werden. Das bedeutet, der entspre- chende Fett-Mager-Zyklus liefert den Soll-Wert des Luftverhältnisses, der zusammen mit dem Ist-Wert des Luftverhältnisses in einen Lambda-Regler 16 der Verbrennungskraftmaschine 2 eingeht.
Alternativ zu der aus Fig. 4 hervorgehenden schematischen Temperaturregelung in einem geschlossenen Regelkreis mit der dazu erforderlichen Temperaturmessung besteht ebenfalls die Möglichkeit eine reine Steuerung einzusetzen, bei der eine Änderung des Luftverhältnisses in einem Kennfeld oder einer Kennlinie abgelegt ist. Fig. 5 zeigt in beispielhafter schematischer Ansicht eine dritte Abgasnachbehandlungsanlage 22 mit einer Verbrennungskraftmaschine 2 sowie einer Steuer-/Regeleinheit 16, zwischen denen Ansteuersignale 17 und Sensorsignale 18 ausgetauscht werden können. Einem Sauerstoffspeicher 8, beispielsweise in Form eines Katalysators ist eine Breitband- Lambda-Sonde 23 vorgeordnet. In Strömungsrichtung betrachtet hinter dem Sauerstoffspeicher 8 befindet sich eine Kontrollsonde 24. Die Kontrollsonde 24 kann eine Breitband- Lambda-Sonde oder auch eine Sprung-Sonde sein. Mittels der Breitband-Lambda-Sonde 23 wird ein Luftverhältnis bzw. ein Sauerstoffgehalt im Abgasstrom anhand eines charak- terisierenden Parameters an die Steuer-/Regeleinheit 16 übergeben. Von der Kontrollsonde 24 wird ebenfalls ein Luftverhältnis bzw. ein sauerstoffcharakterisierender Signalwert an die Steuer-/Regeleinheit 16 weitergegeben. Dieses Signal kann dabei ebenfalls auch ein Sprungsignal auf Basis der genutzten Sonde darstellen. Mittels dieser Ausgestaltung besteht die Möglichkeit, einerseits über eine Bilanzierung über den Sauerstoffspei- eher 8 eine Ermittlung der gespeicherten Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher 8 zu ermöglichen. Zum anderen ist der Aufbau dazu geeignet, einen Fettdurchbruch durch den Sauerstoffspeicher 8 und damit beispielsweise den damit verbundenen Katalysator mit den sich daraus ergebenen HaS-Emissionen insbesondere bei einer Desulfatisierung zu verhindern.
Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung eine konventionelle Regelung eines Katalysators, der eine Lambda-Sonde an einem Austritt angeordnet nutzt. In der oberen Darstellung der Fig. 6 ist wiederum das Luftverhältnis dargestellt, in der unteren Darstellung der Fig. 6 ist die gespeicherte Sauerstoffmenge im Katalysator wiedergegeben. Die Werte sind jeweils über die Zeit aufgetragen. Wird über die Lambda-Sonde festgestellt, dass das Luftverhältnis hinter dem Katalysator größer 1 wird, wird ein Schaltpunkt festgesetzt, indem ein Sprung von Magerbetrieb in Fettbetrieb erfolgt. Wird hingegen über die Lambda- Sonde festgestellt, dass hinter dem Katalysator ein Luftverhältnis von kleiner 1 vorliegt, wird aus dem Fettbetrieb in einen Magerbetrieb umgeschaltet. Aus der unteren Darstel- lung sind die jeweiligen Schaltpunkte gestrichelt aus der oberen Darstellung hinuntergezogen. Die unterstöchiometrischen bzw. überstöchiometrischen Luftverhältnisse stellen sich vorzugsweise dadurch ein, dass die jeweils gespeicherte Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher vollständig aus dem Sauerstoffspeicher entnommen worden ist oder aber die Speicherkapazität des Sauerstoffspeichers überschritten wurde. Aus der oberen Dar- Stellung der Fig. 6 geht hierzu als durchgezogene Linie c der Soll-Wert des Luftverhältnisses vor dem Katalysator hervor. In gepunkteter Darstellung a ist der Ist-Wert des Luftverhältnisses vor dem Katalysator dargestellt, während gestrichelt dargestellt das Luftver- hältnis nach dem Katalysator b ebenfalls mit eingetragen ist. Hieraus ergibt sich folgender Zusammenhang hinsichtlich des Fett-Mager-Zyklusses, welcher anhand des Lambda- Signals hinter dem Katalysator kontrolliert wird: In der Magerphase I mit Lambda größer 1 vor dem Katalysator wird dieser und damit der Sauerstoffspeicher gefüllt. Wenn eine Ein- speicherung des Sauerstoffes in dieser Phase nicht kontrolliert wird, gelangt kein Sauerstoff durch den Speicher hindurch und das Lambda-Signal, das nach dem Katalysator als Sauerstoffspeicher aufgenommen wird, verbleibt bei dem Wert von 1. Erst wenn der Sauerstoffspeicher komplett gefüllt ist, kann ein Sauerstoffdurchbruch anhand des Lambda- Signals erkannt werden und ein Fettsprung eingeleitet werden. In dieser Fettphase Il leert sich der Speicher. Liegt hier eine ausreichend hohe Temperatur vor, wird nahezu sämtliches Reduktionsmittel umgesetzt, so dass das Lambda-Signal erneut bei 1 verharrt. Nach einer kompletten Leerung des Sauerstoffspeichers erfolgt jedoch ein Reduktionsmitteldurchbruch, welcher über die Sonde angezeigt wird. Erst wenn dieses durch die Lambda- Sonde detektiert wurde, kann ein Magersprung wiederum erfolgen. Durch die in der Re- gelstrecke und in den jeweiligen Stellgliedern vorhandenen Trägheiten tritt hierbei für eine bestimmte Zeit Reduktionsmittel aus. Bei einer Desulfatisierung kann das bedeuten, dass H2S austritt. Mit der aus Fig. 5 hervorgehenden Vorrichtung hingegen besteht die Möglichkeit, einen derartigen Austritt zu verhindern und insbesondere eine andere Art der Regelung zu ermöglichen.
Fig. 7 zeigt die gegenüber der aus Fig. 6 hervorgehenden Katalysatorregelung mögliche Ausgestaltung einer 2-Punkt-Regelung des Sauerstoffspeichers. Hierbei wird der Fett- Mager-Zyklus anhand der gespeicherten Sauerstoffmenge beispielsweise im Katalysator kontrolliert. Dieses erlaubt, Fett- als auch Magerdurchbrüche verhindern zu können. Be- vorzugt ist es hierzu beispielsweise eine 2-Punkt-Regelung mit einer Hysterese zu verwenden. Bei Überschreitung einer bestimmten Sauerstoffschwelle wird ein Fettsprung eingeleitet. Bei Unterschreitung einer anderen Schwelle erfolgt ein Mager-Sprung. Im Falle einer Desulfatisierung ist somit zu jedem Zeitpunkt ausreichend Sauerstoff vorhanden, welcher zur Oxidation von H2S dienen kann. Die aus Fig. 7 in der unteren Darstellung eingezeichnete obere Schwelle 25 und untere Schwelle können somit bei ausreichender Beabstandung gegenüber einer maximalen Sauerstoffaufnahmekapazität des Sauerstoffspeichers bzw. einem entleerten Zustand des Sauerstoffspeichers eine sichere Betriebsweise in allen Betriebspunkten der Abgasnachbehandlungsanlage sicherstellen. Aus der oberen Darstellung der Fig. 7 ist zu entnehmen, dass wiederum der Soll-Wert vor dem Katalysator, dargestellt als durchgestrichene Linie c, wie auch der Ist-Wert des Luftverhältnisses vor dem Katalysator, dargestellt als gepunktete Linie a, zu einem Luftverhältnis von Lambda = 1 nach dem Katalysator bei Berücksichtigung der Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher und damit in der Abgasnachbehandlungskomponente führen kann. Insbesondere erlaubt dieses ein konstantes Luftverhältnis b von Lambda = 1 nach dem Katalysator bzw. der Abgasnachbehandlungskomponente zuverlässig einstellen zu können.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage (1 ), bei dem einem Sauerstoffspeicher (8) einer Abgasnachbehandlungskomponente (7) Sauerstoff zugeführt und entnommen wird, wobei zumindest ein durch den Sauerstoffspeicher und seinen Sauerstoffgehalt bestimmter, sich ändernder Parameter ermittelt und bei einer Betriebsweise der Kraftfahrzeug- Abgasnachbehandlungsanlage (1 ) genutzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher (8) als Größe bei einer Einstellung eines Fett- Mager-Zyklusses eingeht.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zyklische Änderung einer gespeicherten Sauerstoffmenge zur definierten Beeinflussung einer Temperatur eines Abgases oder des Sauerstoffspeichers genutzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Sauerstoffzufuhr in die Kraftfahrzeug- Abgasnachbehandlungsanlage (1 ) in Abhängigkeit von der ermittelten Sauerstoffmenge erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffmenge mittels einer Sauerstoffbilanz um den Sauerstoffspeicher (8) berechnet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Sonde (6) eine kontinuierliche Messung eines Sauerstoffgehaltes vor dem Sauerstoffspeicher (8) ermittelt, während eine zweite Sonde (11), insbesondere eine Sprungsonde, ermittelt, ob ein Abgas fett oder mager ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Regeneration eines Partikelfilters und/oder eines NOx- Speicherkatalysators die ermittelte Sauerstoffmenge als Parameter eingeht.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Desulfatisierung eines Oxid-Speichers, insbesondere eines Stickoxid-Speichers, die ermittelte Sauerstoffmenge als Parameter eingeht.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung eines Beginns der Desulfatisierung und/oder der Regeneration die ermittelte Sauerstoffmenge als Parameter eingeht.
11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung einer Zeitdauer der Desulfatisierung und/oder der Regeneration die ermittelte Sauerstoffmenge als Parameter eingeht.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zyklische Nutzung des Sauerstoffspeichers zur Temperaturerhöhung vor einer Dieselpartikelfilter-Regeneration genutzt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Schwellwert (25, 26) bezüglich der ermittelten gespeicherten Sauerstoffmenge festgelegt wird, bei dessen Überschreitung ein Zykluswechsel zwischen Mager-Betrieb und Fett-Betrieb ausgelöst wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein unterer (25) und ein oberer (26) Schwellwert bezüglich der Sauerstoff- menge festgelegt wird und bei Überschreiten des Schwellwertes ein Zykluswechsel zwischen Mager-Betrieb und Fett-Betrieb ausgelöst wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbrennungskraftmaschine in einem Fett-Mager-Zyklus betrieben wird, wobei eine Temperatur des Sauerstoffspeichers (8) ermittelt wird und ein eine Geschwindigkeit einer Sauerstoffspeicherung und/oder einer Sauerstoffauslagerung beeinflussender Betriebsparameter in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur geändert wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbrennungskraftmaschine in einem Fett-Mager-Zyklus betrieben wird, wobei eine Temperatur des Sauerstoffspeichers (8) ermittelt wird und ein die ge- speicherte Sauerstoffmenge beeinflussender Betriebsparameter in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur geändert wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturregelung oder Temperatursteuerung bezüglich die den Sauerstoffspeicher (8) aufweisende Abgasnachbehandlungskomponente (7) eine pro Zeiteinheit aus dem Sauerstoffspeicher (8) abgebende oder aufnehmende Sauerstoffmenge zu einer Temperaturanpassung der Abgasnachbehandlungskomponente (7) ändert.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Desulfatisierung eines Oxid-Speicherkatalysators zumindest teilweise ein Fett-Mager-Zyklus gefahren und ein Luftverhältnis vor und hinter dem Oxid-Speicherkatalysator aufgenommen wird, wobei die Sauerstoffmenge ermittelt und der Sauerstoffspeicher (8) eingesetzt wird, eine Unter- und/oder Überstöchio- metrie des Luftverhältnisses hinter dem Oxid-Speicherkatalysator zu vermeiden.
19. Abgasnachbehandlungsanlage (1 ) mit einer angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine (2), wobei die Verbrennungskraftmaschine (2) eine Motorsteuerung (12) und die Abgasnachbehandlungsanlage (1 ) zumindest einen geregelten Katalysator und einen Sauerstoffspeicher (8) aufweist, wobei eine erste Sonde (6) vor dem Sauerstoffspeicher (8) angeordnet ist und eine zweite Sonde (11 ) hinter dem Sauerstoffspeicher (8) angeordnet ist, wobei zumindest die erste Sonde (6) einen Sauerstoffgehalt charakterisierenden ersten Parameter ermittelt, und eine Signal- Übertragung der von der ersten (6) und der zweiten (11 ) Sonde aufgenommenen
Parameter zu einer Auswerteeinheit (14) vorgesehen ist, und die Auswerteeinheit (14) mit einer Motorsteuerung (12) mit einer Regel- oder Steuerungseinheit gekoppelt ist, die einen Fett-Mager-Zyklus auf Basis der ermittelten Parameter berücksichtigt.
20. Abgasbehandlungsanlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sonde (11 ) eine Temperatursonde ist, deren Parameter in eine Steuerung oder Regelung eines Lambda-Wertes der Motorsteuerung (12) eingeht.
21. Abgasbehandlungsanlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Fett-Mager-Zyklus als Sollwert in eine Lamda-Regelung der Verbrennungskraftmaschine (2) eingeht.
22. Abgasnachbehandlungsanlage (1 ) nach Anspruch 19, 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste (6) und die zweite (11 ) Sonde jeweils ein einen Sauerstoffgehalt charakterisierenden ersten Parameter ermitteln, und eine Signalüber- tragung des ersten Parameter von der ersten (6) und der zweiten (11 ) Sonde zu einer Auswerteeinheit (14) vorgesehen ist, und die Auswerteeinheit (14) aus den ersten Parametern eine Ermittlung eines einen Sauerstoffgehalt des Sauerstoffspeichers (8) charakterisierenden zweiten Parameter aufweist, und die Motorsteu- erung (12) mit einer Vorrichtung zur Einstellung eines Luftverhältnisses in der Ab- gasnachbehandlungsanlage (1) gekoppelt ist, wobei eine Anpassung des Luftverhältnisses in Abhängigkeit vom zweiten Parameter über die Vorrichtung vorgesehen ist.
23. Abgasnachbehandlungsanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sonde (6) eine Breitband-Lambda-Sonde ist und die zweite Sonde (11 ) eine Sprung-Sonde ist.
24. Abgasnachbehandlungsanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffspeicher (8) einen ersten Teil (9) und einen zweiten Teil (10) aufweist, die in einer oder zumindest zwei verschiedenen
Abgasnachbehandlungskomponenten (7) angeordnet sind.
25. Abgasnachbehandlungsanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffspeicher (8) Bestandteil eines NOx- Katalysator ist.
26. Abgasnachbehandlungsanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffspeicher (8) Bestandteil eines Partikelfilters ist.
27. Abgasnachbehandlungsanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messsonde zur Ermittlung einer Temperatur des Sauerstoffspeichers (8) vorgesehen ist.
28. Abgasnachbehandlungsanlage (1 ) nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Steuerung hinterlegt ist, die auf den zweiten Parameter abstellt, um einen Wechsel zwischen Fett- und Magerbetrieb auszulösen.
29. Abgasnachbehandlungsanlage (1 ) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung hinterlegt ist, die auf den zweiten Parameter abstellt.
30. Motorsteuerung (12) vorzugsweise für eine Abgasnachbehandlungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Steuerung eines Fett-Mager- Zyklus durch Regelung eines Sauerstoffgehaltes eines Sauerstoffspeichers.
31. Anwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Nutzung an einer Abgasnachbehandlungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Vermeidung eines H2S-Durchbruchs durch die Abgasnachbehandlungsanlage.
32. Anwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Nutzung an einer Abgasnachbehandlungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Vermeidung einer Überhitzung des Sauerstoffspeichers (8).
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