DE19963624A1 - Verfahren zum Betrieb eines NOx-Speicherkatalysators bei Brennkraftmaschinen - Google Patents
Verfahren zum Betrieb eines NOx-Speicherkatalysators bei BrennkraftmaschinenInfo
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Abstract
Vorgestellt wird ein Verfahren zur Regeneration eines NOx-Speichers im Abgas von Brennkraftmaschinen, der bei Sauerstoffüberschuß im Abgas NOx aus dem Abgas aufnimmt und der sich bei Sauerstoffmangel im Abgas durch Abgabe von Stickstoff regeneriert, bei welchem Verfahren abwechselnd zwischen ersten Phasen mit Sauerstoffüberschuß und zweiten Phasen mit Sauerstoffmangel im Abgas umgesteuert wird und bei dem der Sauerstoffmangel im Abgas zur Regeneration des Speicherkatalysators durch eine bestimmte, konstant zu haltende Masse an Kraftstoffüberschuß im Abgas vor dem NOx-Speicher erzeugt wird.
Description
Die Erfindung betrifft den Betrieb eines NOx-
Speicherkatalysators bei Brennkraftmaschinen, die mit einem
mageren Kraftstoff/Luft-Gemisch betrieben werden. Beispiele
solcher Brennkraftmaschinen sind mager betriebene
Ottomotoren oder Dieselmotoren.
Bei der Verbrennung magerer Kraftstoff/Luft-Gemische kommen
zur Abgasnachbehandlung NOx-Speicherkatalysatoren zum
Einsatz, welche die im mageren Motorbetrieb emittierten
Stickoxide in einer ersten Betriebsphase speichern, deren
Länge in der Größenordnung von Minuten liegt. In einer
zweiten kürzeren Betriebsphase, deren Länge im
Sekundenbereich liegt, erfolgt eine Entleerung des Speichers
durch Zufuhr von Abgas mit Reduktionsmittel zu dem
Speicherkatalysator.
Die Speicherfähigkeit des NOx-Katalysators ist
beladungsabhängig und nimmt kontinuierlich ab. Dauert die
erste Phase zu lange, kommt es zu unerwünschten
Stickoxidemissionen. Eine zu lang andauernde zweite Phase
hat erhöhte HC- und CO-Emissionen zur Folge.
Es besteht daher das Problem, den Wechsel zwischen beiden
Phasen so vorzunehmen, daß weder erhöhte NOx- noch HC- und
CO-Emissionen auftreten.
In diesem Zusammenhang ist es aus der DE 197 39 848 bekannt,
den jeweiligen Grad der Füllung des NOx-Speichers mit NOx zu
modellieren. Dabei wird der NOx-Eintrag in den Speicher aus
Betriebsarten des Motors wie Ansaugluftmassenstrom und
Gemischzusammensetzung bestimmt. Ist ein bestimmter
Füllungsgrad erreicht, wird von der ersten Phase in die
zweite Phase gewechselt. Der in der zweiten Phase abnehmende
Füllungsgrad wird ebenfalls modelliert oder es erfolgt eine
Beendigung der zweiten Phase dann, wenn eine Abgassonde
hinter dem Speicherkatalysator eine vollständige
Regenerierung signalisiert.
Die Modellierung in einer oder beiden Phasen erfordert einen
sehr hohen rechnerischen Aufwand und stellt damit hohe
Anforderungen an die Motorsteuerung. Darüber hinaus wird der
Katalysator durch Alterungsprozesse in seinem Speicher- und
Konvertierungsverhalten verändert.
Bei manchen Fahrzeuganwendungen, speziell bei
Dieselfahrzeugen mit NOx-Katalysator wird die Regenerierung
vorzugsweise durch das Einspritzen von Kraftstoff in den
Abgasstrang vor den Katalysator erreicht. In dieser Variante
ist der Übergang von mager nach fett und die gesamte
Regenerierphase besonders kritisch, da die variierenden
Strömungsverhältnisse die passende Dosierung zur Erzeugung
einer homogenen Reduktionsmittelverteilung im Abgas vor dem
Speicherkatalysator erschweren. Unter den wechselnden
Strömungsverhältnissen im Abgas erscheint diese
Übergangsphase mit sinnvollem Aufwand nicht modellierbar zu
sein.
Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung das Problem,
den Wechsel zwischen beiden Phasen zu steuern.
Dieses Problem wird durch die Merkmalskombination des
Anspruchs gelöst.
Ein Vorteil der Erfindung liegt in den wesentlich
einheitlicheren Bedingungen der Regenerierphase.
Als weiterer Vorteil ergibt sich ein deutlich verringerter
Rechenaufwand bei der Steuerung der Beladung und
Regenerierung des Katalysators.
Als weiterer Vorteil ergibt sich eine einfache Möglichkeit
zur Überprüfung des Abgasbehandlungssystems sowie in der
verfahrensbedingten Anpassung der Steuerstrategie an ein
bspw. durch Alterung verursachtes Katalysatorverhalten.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
näher erläutert, wobei die DE 197 29 848 zur Offenbarung
des technischen Umfeldes mit einbezogen sein soll.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die
Regenerierphase nicht rechnerisch modelliert und damit
variabel gehalten. Statt dessen wird jeweils zur
Regenerierung eine vorbestimmte, konstante Masse an
Kraftstoff in den Abgasstrang vor den Katalysator
eingebracht. Die Einspeicherphase wird dann in ihrer Dauer
an die Regenerierphase angepaßt. Fehlanpassungen werden
durch eine hinter dem Katalysator angeordnete Abgassonde
festgestellt und durch Beeinflussung der Länge der
Einspeicherphase verringert. Dazu wird die Einspeicherphase
verkürzt, wenn eine Abgassonde gegen Ende der
Regenerierphase keine ausreichende Änderung der
Konzentration einer Abgaskomponente signalisiert. Tritt eine
solche Änderung dagegen zu früh auf, wird die
Einspeicherphase verlängert.
Der Vorteil der wesentlich einheitlicheren Bedingungen der
Regenerierphase ergibt sich dann dadurch, daß nur noch der
Massenstrom des einzuspritzenden Kraftstoffes an den
Abgasmassenstrom angepaßt werden muß, um ein fettes Abgas
mit einem bestimmten gewünschten Lambdawert zu generieren.
Der Vorteil eines deutlich verringerten Rechenaufwandes
ergibt sich durch den möglichen Verzicht auf eine
Modellierung einer zur vollständigen Regenerierung des NOx-
Speichers notwendigen Gesamtkraftstoffmasse.
Der weitere Vorteil einer einfachen Möglichkeit zur
Überprüfung des Abgasbehandlungssystems ergibt sich wie
folgt: Weichen die Einspeicherzeiten, die sich bei der
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einstellen, zu
sehr von plausiblen vorgegebenen Werten ab, so liegt eine
Fehlfunktion vor.
Der weitere Vorteil der verfahrensbedingten Anpassung der
Steuerstrategie an ein bspw. durch Alterung verursachtes
Katalysatorverhalten ergibt sich wie folgt: Übersteigt die
in der Einspeicherphase in den NOx-Speicher einzuspeichernde
Menge dessen alterungsbedingt abnehmende Speicherfähigkeit,
wird dies durch eine Reaktion der Abgassonde in der
nachfolgenden Regenerierphase bemerkt und bei der
Steuerstrategie berücksichtigt.
Claims (1)
- Verfahren zur Regeneration eines NOx-Speichers im Abgas von Brennkraftmaschinen, der bei Sauerstoffüberschuß im Abgas NOx aus dem Abgas aufnimmt und der sich bei Sauerstoffmangel im Abgas durch Abgabe von Stickstoff regeneriert, bei welchem Verfahren abwechselnd zwischen ersten Phasen mit Sauerstoffüberschuß und zweiten Phasen mit Sauerstoffmangel im Abgas umgesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffmangel im Abgas zur Regeneration des Speicherkatalysators durch eine bestimmte, konstant zu haltende Masse an Kraftstoffüberschuß im Abgas vor dem NOx- Speicher erzeugt wird.
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