DE10302700A1 - Process for diagnosing a nitrogen oxides storage catalyst arranged in exhaust gas tract of a lean-burn combustion engine, comprises determining and evaluating a storage value for differential diagnosis during deactivation of the catalyst - Google Patents
Process for diagnosing a nitrogen oxides storage catalyst arranged in exhaust gas tract of a lean-burn combustion engine, comprises determining and evaluating a storage value for differential diagnosis during deactivation of the catalyst Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose eines im Abgastrakt eines magerlauffähigen Verbrennungsmotors angeordneten NOx-Speicherkatalysators nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a method and a device for diagnosing an internal combustion engine capable of running in a lean exhaust gas system arranged NOx storage catalyst according to the preambles of independent Expectations.
Für
NOx-Speicherkatalysatoren und andere Kraftfahrzeugkomponenten wird
zunehmend gesetzlich eine On-Board-Diagnose gefordert, um eine ausreichend
hohe Emissionsstabilität
der Fahrzeugflotten bzw. der einzelnen Fahrzeuge zu gewährleisten. So
ist aus der Offenlegungsschrift
Ferner ist aus der
Aus der WO 00/77355 ist ein Verfahren bekannt, bei dem aus einem Verlauf von Lambda-Werten stromauf und stromab eines NOx-Speicherkatalysators eine Abnahme der absoluten NOx-Speicherfähigkeit bestimmt werden kann, die einerseits durch thermische Schädigungen und andererseits durch Verschwefelung verursacht sein kann. Ferner ist aus diesem Dokument ein Verfahren bekannt, bei dem aus dem Signalverlauf eines stromab eines NOx-Speicherkatalysators angeordneten NOx-Sensors eine Unterscheidung von Schädigungen in Folge thermischer Alterung und in Folge einer Schwefelvergiftung vorgenommen werden kann. Dieses Verfahren erfordert eine genaue Untersuchung der Schädigungsmuster, d.h. des Signalverlaufs in Abhängigkeit von der Zeit, aber insbesondere nach einem Wechsel des Arbeitsmodus des Verbrennungsmotors.A method is known from WO 00/77355 is known in which upstream and downstream of a NOx storage catalytic converter from a profile of lambda values a decrease in the absolute NOx storage capacity can be determined, on the one hand due to thermal damage and on the other hand through sulfurization can be caused. There is also a procedure from this document is known in which from the waveform of a downstream of a NOx storage catalyst arranged NOx sensor differentiation of damage as a result of thermal aging and as a result of sulfur poisoning can be made. This procedure requires an accurate one Investigation of damage patterns, i.e. of the signal curve depending by time, but especially after a change of work mode of the internal combustion engine.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, mit denen genauere Informationen über den Zustand eines in einem NOx-Einspeicher- und Regenerationszyklus betriebenen NOx-Katalysators erhalten werden können, insbesondere die eine Unterscheidung zwischen einer Deaktivierung des NOx-Katalysators aufgrund einer Verschwefelung einerseits oder einer thermischen Alterung andererseits ermöglichen.Object of the present invention is therefore the creation of a method and a device with more accurate information about the condition of one in one NOx store-in and regeneration cycle operated NOx catalyst can be obtained can, in particular the distinction between deactivation of the NOx catalyst due to sulfurization on the one hand or thermal On the other hand, allow aging.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.According to the invention, this object is achieved by Characteristics of the independent Claims resolved.
Wenn, wie nach den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs vorgesehen ist, zur Differentialdiagnose zwischen einer auf thermischer Alterung oder Verschwefelung beruhenden Deaktivierung des NOx-Speicherkatalysators ein NOx-Einspeicherwert ermittelt und bewertet wird, kann auf einfache Weise eine genaue Bestimmung der Deaktivierung bzw. Aktivierung des NOx-Speicherkatalysators erfolgen. Zur Unterscheidung zwischen einer Deaktivierung aufgrund einer Verschwefelung oder einer thermischen Alterung geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass bei einer als schlecht bewerteten NOx-Einspeicherung die NOx-Regenerationsdauer lang bei Verschwefelung und kurz bei thermischer Alterung des Katalysators ist. Es wird daher bei einer langen NOx-Regenerationsdauer eine Verschwefelung und bei einer relativ kurzen NOx-Regenerationsdauer eine thermische Alterung des Katalysators zugeordnet, falls eine Deaktivierung, d.h. ein als schlecht bewertetes NOx-Einspeicherverhalten festgestellt wurde. Die NOx-Regenerationsdauer des Katalysators wird als Parameter des NOx-Einspeicher- und Regenerationszyklus vorzugsweise während des normalen Betriebs des Verbrennungsmotors bestimmt.If, as per the characteristics of the independent Method claim is provided for differential diagnosis between deactivation based on thermal aging or sulfurization of the NOx storage catalytic converter determines a NOx storage value and is assessed, a precise determination of the Deactivation or activation of the NOx storage catalytic converter take place. To differentiate between deactivation due to sulfurization or thermal aging, the invention proceeds from the knowledge from that, if the NOx storage was rated as poor, the NOx regeneration period long for sulfurization and short for thermal aging of the catalyst is. If there is a long NOx regeneration period, sulfurization will occur and with a relatively short NOx regeneration period a thermal aging of the catalyst assigned, if one Deactivation, i.e. NOx storage behavior assessed as poor has been. The NOx regeneration period of the catalyst is used as a parameter of the NOx storage and Regeneration cycle preferably during normal operation of the internal combustion engine determined.
Da die NOx-Einspeicherung in Abhängigkeit von einer Abgas- und/oder Katalysatortemperatur sowie von einem Abgasmassenstrom und/oder einer Motordrehzahl variiert, erfolgt bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Bewertung des NOx-Einlagerungswerts nur innerhalb vorgegebener Grenzen von Abgas- und/oder Katalysatortemperatur und/oder eines Abgasmassenstroms und/oder einer Motordrehzahl. Hiermit wird eine minimale Trennschärfe der Diagnose gewährleistet. In analoger Weise wird bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung für die NOx-Regenerationsdauer vorgegangen.Since the NOx storage depends on an exhaust gas and / or catalyst temperature and an exhaust gas mass flow and / or an engine speed varies, takes place in a preferred embodiment of the invention the evaluation of the NOx storage value only within predetermined limits of exhaust gas and / or catalyst temperature and / or an exhaust gas mass flow and / or an engine speed. Hereby minimal selectivity the diagnosis is guaranteed. Analogously, in a further embodiment of the invention, the NOx regeneration period proceed.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Erhöhung der Trennschärfe die Bewertung nur für ein Maximum oder einen Bereich um dieses Maximum des NOx-Einspeicherwerts vorgenommen. Dieses Maximum kann in Abhängigkeit von Werten des Abgasmassenstroms und/oder der Motorlast oder von Werten einer Katalysator- und/oder Abgastemperatur bestimmt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Optimum des NOx-Einspeicherwertes in Abhängigkeit von der Abgas- und/oder Katalysatortemperatur und dem Abgasmassenstrom oder der Motorlast bestimmt.In a preferred embodiment of the invention, in order to increase the selectivity, the evaluation is carried out only for a maximum or a range around this maximum of the NOx storage value. This maximum can be dependent on values of the exhaust gas mass flow and / or the Engine load or from values of a catalytic converter and / or exhaust gas temperature can be determined. In a preferred embodiment of the invention, an optimum of the NOx storage value is determined as a function of the exhaust gas and / or catalyst temperature and the exhaust gas mass flow or the engine load.
Bevorzugt wird zur Ermittlung des NOx-Einspeicherwerts das Signal eines stromab des NOx-Speicherkatalysators angeordneten NOx-Sensors herangezogen. Aus diesem Signal kann auf einfache Weise eine NOx-Speicherbeladung bestimmt werden, der wiederum charakteristisch für das NOx-Einspeicherverhalten des Katalysators ist.It is preferred to determine the NOx storage value the signal of a downstream of the NOx storage catalytic converter arranged NOx sensor used. From this signal can on a simple way to determine a NOx storage load, which in turn characteristic of is the NOx storage behavior of the catalyst.
Es ist ferner bevorzugt vorgesehen, die NOx-Regenerationsdauer aus dem Signal von zumindest einer stromab des NOx-Speicherkatalysators angeordneten Messeinrichtung zur Bestimmung eines Luftverhältnisses des Abgases zu ermitteln, da sich in diesem Signal die jeweilige Phase des NOx-Einspeicher- und -Regenerationszyklus des Katalysators auf besonders einfache Weise widerspiegelt.It is also preferably provided the NOx regeneration period from the signal of at least one downstream of the NOx storage catalytic converter arranged to determine a air ratio of the exhaust gas, since the respective Phase of the NOx storage and regeneration cycle of the catalyst reflects in a particularly simple manner.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens ist es möglich, auf einfache Weise eine Einhaltung von Emissionsvorschriften zu gewährleisten und andererseits unnötige Desulfatisierungen des NOx-Speicherkatalysators zu vermeiden und damit den Kraftstoffverbrauch zu senken.With the method according to the invention and the device for execution this procedure it is possible compliance with emissions regulations in a simple manner guarantee and on the other hand unnecessary To avoid desulfation of the NOx storage catalyst and thereby reducing fuel consumption.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Verwendung von Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben.The invention is described below Using drawings based on an embodiment explained in more detail which is also independent from their summary in the claims further advantages and features of the invention.
In den Zeichnungen zeigen in schematischer Darstellung:The drawings show in a schematic representation:
Bei den Sensoren
Das Motorsteuergerät
Um einen optimalen Betrieb des Verbrennungsmotors
im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch und die Emission von Schadstoffen
zu erreichen, werden vom Motorsteuergerät
Erfindungsgemäß ist eine Auswertungseinheit
Bekannt ist, dass das NOx-Einspeicherverhalten
in Abhängigkeit
von einer NOx-Rohemission, einem
Abgasmassenstrom und der Abgastemperatur modelliert werden kann.
Zur Erfassung des durch thermische Alterung und/oder Verschwefelung
veränderten
Einspeicherverhaltens wird jedoch bevorzugt der stromab des NOx-Speicherkatalysators
Erfindungsgemäß wird zur Differentialdiagnose
bei einem als schlecht bewerteten NOx-Einspeicherwert die NOx-Regenerationsdauer
ermittelt, mit einem Soll-Wert verglichen und einer langen NOx-Regenerationsdauer
eine Verschwefelung und einer kurzen NOx-Regenerationsdauer eine thermische Alterung
des NOx-Speicherkatalysators zugeordnet. Bevorzugt wird die Regenerationsdauer
mit einer stromab des NOx-Speicherkatalysators angeordneten Messeinrichtung
für ein
Luftverhältnis Lambda
bestimmt. Der Beginn der Regeneration wird durch das Motorsteuergerät
Bei dem in
Die ermittelten Werte der NOx-Regenerationsdauer
werden mit in der Auswertungseinrichtung
Da ein frischer Katalysator einen guten Einspeicherwert und eine lange NOx-Regenerationsdauer aufweist und ein eingelaufener nicht geschädigter Katalysator ebenfalls einen guten Einspeicherwert, aber eine kurze Regenerationsdauer aufweist, wird ferner eine Differenzierung zwischen einem frischen Katalysator und einem eingelaufenen Katalysator ohne Beeinträchtigung der Speicherfähigkeit vorgenommen.Because a fresh catalyst has a good storage value and a long NOx regeneration period and a shrunk undamaged Catalyst also a good injection value, but a short one Has regeneration duration, further differentiation between a fresh catalyst and a run-in catalyst without impairment the storage capacity.
In
Da, wie an sich bekannt, das NOx-Einspeicherverhalten von der Motorlast bzw. einem damit korrelierenden Abgasmassenstrom abhängig ist, ist es für eine hohe Trennschärfe des Diagnoseverfahrens günstig, ein Maximum des NOx-Einspeicherwerts in Abhängigkeit von Werten einer Motorlast oder eines Abgasmassenstroms zu ermitteln und für die Bewertung des NOx-Einspeicherwerts nur das Maximum oder einen Bereich um das Maximum herum heranzuziehen. Ebenso kann die Trennschärfe erhöht werden, wenn ein Maximum des NOx-Einspeicherwerts in Abhängigkeit von Werten einer Katalysator- und/oder Abgastemperatur ermittelt und für die Bewertung des NOx-Einspeicherwerts nur das Maximum oder ein Bereich um das Maximum herum herangezogen wird. Ähnlich kann für die Abhängigkeit des NOx-Einspeicherverhaltens von der NOx-Rohemission des Verbrennungsmotors verfahren werden. Da der NOx-Einspeicherwert von verschiedenen Einflussgrößen abhängig ist, insbesondere wie erwähnt der Katalysator- und/oder Abgastemperatur, der Motorlast und/oder dem Abgasmassenstrom sowie der NOx-Rohemission, ist es besonders günstig, ein Optimum des NOx-Speicherwerts in Abhängigkeit von einer Kombination von zwei oder mehreren dieser Einflussgrößen zu wählen und die Bewertung des NOx-Einspeicherwerts nur für dieses Optimum oder einen Bereich um dieses Optimum herum vorzunehmen.Since, as is known per se, the NOx storage behavior of the engine load or a correlating exhaust gas mass flow dependent is, it is for high selectivity the diagnostic procedure is favorable, a maximum of the NOx stored value depending on values of an engine load or to determine an exhaust gas mass flow and for the evaluation of the NOx storage value to use only the maximum or an area around the maximum. The selectivity can also be increased, if a maximum of the NOx storage value dependent on determined from values of a catalyst and / or exhaust gas temperature and for them Evaluation of the NOx storage value only the maximum or a range around the maximum. Similarly, for dependency of the NOx storage behavior from the raw NOx emission of the internal combustion engine be moved. Since the NOx storage value depends on various influencing factors, especially as mentioned the catalytic converter and / or exhaust gas temperature, the engine load and / or the exhaust gas mass flow and the raw NOx emission, it is special Cheap, an optimum NOx storage value depending on a combination to choose from two or more of these influencing factors and the evaluation of the NOx storage value only for to make this optimum or an area around this optimum.
Die NOx-Regenerationsdauer hängt ebenfalls von der Temperatur des Abgases bzw. des Katalysators ab sowie darüber hinaus vom Betriebspunkt des Verbrennungsmotors und dem Luftverhältnis des in den Katalysator einströmenden Abgases ab. Da mit steigender Temperatur die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators steigt, ist es vorteilhaft, für die Ermittlung der NOx-Regenerationsdauer eine höhere Temperatur als für den NOx- Einspeicherwert anzusetzen, um eine höhere Trennschärfe der Unterscheidung zwischen frischen und gealterten Katalysatoren zu erreichen. Die Ermittlung des NOx-Einspeicherwerts und der NOx-Regenerationsdauer im gleichen NOx-Einspeicher- und NOx-Regenerationsintervall erfordert daher einen Kompromiss bei der Wahl des Temperaturbereichs von Abgas und/oder Katalysator. Eine erhöhte Gesamt -Trennschärfe kann dadurch erreicht werden, dass die Bewertung für den NOx-Einspeicherwert und die NOx-Regenerationsdauer jeweils getrennt und unter optimalen Bedingungen bezüglich Temperatur, Motorlast und dergleichen erfolgt.The NOx regeneration time also depends from the temperature of the exhaust gas or the catalyst and beyond from the operating point of the internal combustion engine and the air ratio of the in inflowing the catalyst Exhaust gas. Because with increasing temperature the oxygen storage capacity of the catalyst rises, it is advantageous to determine the NOx regeneration time a higher one Temperature than for to set the NOx storage value, to a higher one selectivity the distinction between fresh and aged catalysts to reach. The determination of the NOx storage value and the NOx regeneration period in the same NOx storage and NOx regeneration interval is therefore required a compromise in the choice of the temperature range of exhaust gas and / or catalyst. An increased Total selectivity can can be achieved by evaluating the NOx storage value and the NOx regeneration time separately and under optimal conditions in terms of Temperature, engine load and the like takes place.
Um Zwischenzustände der Deaktivierung zu bestimmen, ist es günstig, den NOx-Einspeicherwert und die NOx-Regenerationsdauer verfeinert zu bewerten. Bei dem NOx-Einspeicherwert wird hierzu die Bewertung als gut oder schlecht in drei oder mehr Klassen aufgefächert. Ebenso wird die NOx-Regenerationsdauer nicht binär, sondern in drei oder mehr Klassen aufgeteilt. Den Kombinationen der so erhaltenen Bewertungen des NOx-Einspeicherwerts und der NOx-Regenerationsdauer werden sodann Interpolationswerte der Verschwefelung und der thermischen Alterung zugeordnet.To determine intermediate states of deactivation, is it convenient the NOx storage value and to evaluate the NOx regeneration time in a more refined way. At the NOx storage value the rating as good or bad in three or more classes fanned. Likewise, the NOx regeneration period does not become binary, but in three or more classes divided up. The combinations of the ratings of the NOx Einspeicherwerts and the NOx regeneration period then become interpolation values associated with sulfurization and thermal aging.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Zuordnungen der
Differentialdiagnose werden vorzugsweise zur Anzeige und/oder Abspeicherung
weiterverarbeitet. Im Fall einer Verschwefelung des NOx-Speicherkatalysators
ist die Durchführung
von zumindest einer Desulfatisierung des NOx-Speicherkatalysators
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