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DE102004022814A1 - Verfahren zum Betreiben einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einem Magerbetriebsbereich, in dem von der Brennkraftmaschine erzeugte Stickoxide in einen Stickoxidspeicher, der Bestandteil einer Katalysatoreinrichtung ist, eingespeichert werden und in dem im Abgasstrom enthaltener Sauerstoff in einen Sauerstoffspeicher der Katalysatoreinrichtung eingespeichert wird, sowie mit einem Regenerationsbetriebsbereich, in dem durch Zugabe eines Regenerationsmittels die in den Stickoxidspeicher eingespeicherten Stickoxide und der in den Sauerstoffspeicher eingespeicherte Sauerstoff ausgespeichert werden, wobei das Umschalten von dem Magerbetriebsbereich in den Regenerationsbetriebsbereich für eine vorgebbare Regenerationsbetriebszeit mittels einer Steuereinrichtung bei Erreichen eines Stickoxidemmisions-Grenzwertes durchgeführt wird. Erfindungsgemäß wird von der Steuereinrichtung die während der Regenerationsbetriebszeit benötigte Stickoxid-Regenerationsmittelmenge für die Regeneration des Stickoxidspeichers ermittelt, und zwar unter Berücksichtigung der während jeder Regenerationsbetriebsphase konstanten Sauerstoffspeicher-Regenerationsmittelmenge, die für die Regeneration des am Ende der Magerbetriebsphase voll beladenen Sauerstoffspeichers benötigt wird. Die während der vorangegangenen Magerbetriebsphase im Abgasmassenstrom vorhandene Stickoxidmenge als Stickoxid-Rohmassenstrom wird in ...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Es ist allgemein bekannt, dass bei magerlauffähigen Brennkraftmaschinen aufgrund der Abgaszusammensetzung während der Magerbetriebsbereiche, in denen die Brennkraftmaschine mit einem Luftüberschuss betrieben wird, in der Abgasanlage in Verbindung mit einer Katalysatoreinrichtung ein Stickoxidspeicher benötigt wird, um die dort verstärkt auftretenden Stickoxide einspeichern bzw. zwischenspeichern zu können. Gleichzeitig werden während derartiger Magerbetriebsphasen einer Brennkraftmaschine die vorhandenen Sauerstoffspeicher einer Katalysatoreinrichtung mit Sauerstoff beladen. Sobald der Stickoxidspeicher der Katalysatoreinrichtung soweit beladen ist, dass ein die Katalysatoreinrichtung und damit den Stickoxidspeicher verlassender Abgasstrom einen vorgegebenen Stickoxidemissions-Grenzwert überschreitet, kann daraus geschlossen werden, dass keine weitere Einspeicherung von Stickoxid im Stickoxidspeicher mehr möglich ist bzw. der Stickoxidspeicher bereits einen hohen Befüllungsgrad aufweist, so dass dann mittels einer Steuereinrichtung, vorzugsweise einer Motorsteuereinrichtung von dem Magerbetriebsbereich in einen sogenannten Regenerationsbetriebsbereich umgeschalten wird, in dem für eine vorgegebene Regenerationsbetriebszeit eine Regeneration des Stick oxidspeichers und des Sauerstoffspeichers durch Zugabe von Kraftstoff als Regenerationsmittel erfolgt. D. h., dass durch diese Zugabe eines Regenerationsmittels die in dem Stickoxidspeicher eingespeicherten Stickoxide sowie der in den Sauerstoffspeicher eingespeicherte Sauerstoff wieder ausgespeichert werden. Sobald der Stickoxidspeicher und der Sauerstoffspeicher entsprechend einem vorgegebenen Umsetzungsgrad entladen sind, möglichst vollständig entladen sind, wird wiederum von der Regenerationsbetriebsphase auf eine andere Betriebsphase, wie z. B. die Magerbetriebsphase umgeschalten.
  • Ein Problem in Verbindung mit einem derartigen Betrieb einer Brennkraftmaschine ist jedoch, dass zwar hier, z. B. durch den Einsatz eines dem Stickoxidspeicher nachgeschalteten Stickoxidsensors sichergestellt ist, dass es zu keiner Überschreitung der vorgegebenen Stickoxid-Emissionsgrenzwerte kommen kann, wobei es jedoch nicht möglich ist, bei einem festgestellten früheren Erreichen des Stickoxidemissions-Grenzwertes zu unterscheiden, ob dieses frühzeitige Erreichen auf einer Verschlechterung des Stickoxidspeichers, d. h. des Stickoxidkatalysators oder einer Erhöhung der Stickoxid-Rohemissionen, d. h. des Stickoxid-Rohmassenstroms der Brennkraftmaschine beruht, d. h., dass in beiden Fällen ein frühzeitiges Erreichen des vorgegebenen Stickoxidemissions-Grenzwertes als vorzeitiger Stickoxid-Schlupf erkannt wird, jedoch keine Unterscheidung zwischen diesen beiden Fällen möglich ist, wie dies wünschenswert wäre.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betreiben einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, zur Verfügung zu stellen, mit dem bei einem vorzeitigen Erreichen eines Stickoxidemissions-Grenzwertes als Stickoxid-Schlupf eine Unterscheidung zwischen einer Verschlechterung des Stickoxidspeichers und einer Erhöhung der Stickoxid-Rohemissionen möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Gemäß Anspruch 1 wird von der Steuereinrichtung die während der Regenerationsbetriebszeit benötigte Stickoxid-Regenerationsmittelmenge für die Regeneration des Stickoxidspeichers ermittelt, und zwar unter Berücksichtigung der während jeder Regenerationsbetriebsphase konstanten Sauerstoffspeicher-Regenerationsmittelmenge, die für die Regeneration des am Ende der Magerbetriebsphase voll beladenen Sauerstoffspeichers benötigt wird, wobei die während der vorangegangenen Magerbetriebsphase im Abgasmassenstrom vorhandene Stickoxidmenge als Stickoxid-Rohmassenstrom in Abhängigkeit von der benötigten Stickoxid-Regenerationsmittelmenge ermittelt wird.
  • Durch diese Proportionalität zwischen der Stickoxid-Regenerationsmittelmenge und dem Stickoxid-Rohmassenstrom, d. h. den Stickoxid-Rohemissionen wird vorteilhaft eine Aussage über den tatsächlichen Stickoxid-Rohmassenstrom während der vorangegangenen Magerbetriebsphase auf einfache Weise möglich, so dass eine differenzierte Aussage darüber getroffen werden kann, ob ein vorzeitiger Stickoxid-Schlupf auf einer Verschlechterung des Stickoxidspeichers, d. h. einer Alterung des Stickoxid-Speicherkatalysators oder auf einer z. B. motorbedingten Erhöhung der Stickoxid-Rohemissionen beruht. Damit wird auf einfache Weise eine Möglichkeit der Detektion der Stickoxid-Rohemissionsveränderungen möglich.
  • Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass die Stickoxid-Regenerationsmittelmenge mit einer Vergleichs-Regenerationsmittelmenge verglichen wird, die in Abhängigkeit von einer bestimmten, im Abgasmassenstrom vorhandenen Stickoxidmenge als Stickoxid-Rohmassenstrom vorgegeben wird, wobei eine Abweichung der tatsächlich benötigten Stickoxid-Regenerationsmittelmenge von der Vergleichs-Regenerationsmittelmenge ein Maß für den tatsächlichen Stickoxid-Rohmassenstrom während der vorangegangenen Magerbetriebsphase darstellt. Bevorzugt ist hierbei nach Anspruch 3 vorgesehen, dass die Vergleichs-Regenerationsmittelmenge auf eine neuwertige Brennkraftmaschine bezogen ist, so dass jede brennkraftmaschinenbedingte Verschlech terung der Stickoxid-Rohemissionen auf einfache Weise erfasst werden kann. Ggf. kann im Laufe des Betriebs der Brennkraftmaschine auch eine Adaption der Vergleichs-Regenerationsmittelmenge erfolgen, z. B. durch Übernahme der zuletzt ermittelten Stickoxid-Regenerationsmittelmenge als Vergleichs-Regenerationsmittelmenge.
  • Alternativ und ggf. auch zusätzlich ist nach Anspruch 4 vorgesehen, dass die Abhängigkeit zwischen dem Stickoxid-Rohmassenstrom und dem Stickoxid-Regenerationsmittelbedarf in einem Kennfeld der Motorsteuereinrichtung abgelegt ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Verfahrensführung ist vorgesehen, dass als Regenerationsmittel Kraftstoff zugegeben wird.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 den schematischen Aufbau einer einer Brennkraftmaschine nachgeschalteten Abgasanlage, und
  • 2 schematisch den Regenerationsmittelbedarf über der Zeit.
  • In 1 ist schematisch der Aufbau einer der Brennkraftmaschine 1 nachgeschalteten Abgasanlage 2 gezeigt, die einen brennkraftmaschinennahen 3-Wege-Katalysator 3 sowie einen diesem nachgeschalteten Stickoxid-Speicherkatalysator 4 als Stickoxid-Absorber bzw. -Speicher aufweist. Im Bereich des 3-Wege-Katalysators 3 ist jeweils stromauf und stromab ein Sauerstoffsensor 5, 6 vorgesehen, während dem Stickoxid-Speicherkatalysator 4 ein Temperatursensor 7 vorgeschaltet und ein Stickoxidsensor 8 nachgeschaltet ist. Der 3-Wege-Katalysator 3 und der Stickoxid-Speicherkatalysator 4 bilden zusammen eine Katalysatoreinrichtung 9, die auch mehr als einen der beiden genannten Katalysatoren umfassen kann, wie dies allgemein bekannt ist.
  • In der 2 ist nunmehr schematisch der Regenerationsmittelbedarf während eines Regenerationsbetriebsbereiches der Brennkraftmaschine zur Regeneration des Sauerstoffspeichers und des Stickoxidspeichers der Katalysatoreinrichtung 9 in Abhängigkeit von der Magerzeit aufgetragen. Diesem Diagramm ist zu entnehmen, dass aufgrund der schnellen und frühzeitigen vollständigen Beladung des Sauerstoffspeichers während des Magerbetriebsbereiches im anschließenden Regenerationsbetriebsbereich stets in etwa die gleiche Regenerationsmittelmenge zur Regeneration des Sauerstoffspeichers benötigt wird. Dies ist in der 2 durch die Kurve 10 dargestellt. Wie dies dem Diagramm der 2 anhand der Kurven 11a, 11b und 11c zu entnehmen ist, ändert sich jedoch mit dem Stickoxid-Rohmassenstrom der Regenerationsmittelbedarf zur Regeneration des Stickoxidspeichers, so dass, wie die Summenkurven 12a bis 12c zeigen bei hohen Stickoxid-Rohemissionen gemäß Kurve 12a höhere Regenerationsmittelmengen benötigt werden als dies bei geringeren Stickoxid-Rohemissionen gemäß der Kurven 12b und 12c der Fall ist. Die Kurve 12b kann dabei ebenso wie die Kurve 11b als Vergleichs-Regenerationsmittelmengenkurve dienen, die mit einer im Betrieb der Brennkraftmaschine tatsächlich benötigten Stickoxid-Regenerationsmittelmenge verglichen wird, wobei eine Abweichung nach oben in Richtung Kurve 11a bzw. 12b ein Maß für einen höheren Stickoxid-Rohmassenstrom ist, während eine Abweichung in Richtung Kurven 11c bzw. 12c ein Maß für einen geringeren Stickoxid-Rohmassenstrom ist.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Betreiben einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einem Magerbetriebsbereich, in dem von der Brennkraftmaschine erzeugte Stickoxide in einen Stickoxidspeicher, der Bestandteil einer der Brennkraftmaschine im Abgasstrang nachgeschalteten Katalysatoreinrichtung ist, eingespeichert werden und in dem im Abgasstrom enthaltener Sauerstoff in einen Sauerstoffspeicher der Katalysatoreinrichtung eingespeichert wird, und mit einem Regenerationsbetriebsbereich, in dem durch Zugabe eines Regenerationsmittels die in den Stickoxidspeicher eingespeicherten Stickoxide und der in den Sauerstoffspeicher eingespeicherte Sauerstoff ausgespeichert werden, wobei das Umschalten von dem Magerbetriebsbereich in den Regenerationsbetriebsbereich für eine vorgebbare Regenerationsbetriebszeit mittels einer Steuereinrichtung bei Erreichen eines Stickoxidemissions-Grenzwertes durchgeführt wird, der in Abhängigkeit von einer die Katalysatoreinrichtung während des Magerbetriebsbereiches verlassenden Stickoxidmenge vorgegeben wird, und wobei das Ende der Regenerationsbetriebszeit durch die für die Ausspeicherung der Stickoxide und des Sauerstoffs zur Regeneration des Stickoxidspeichers und des Sauerstoffspeichers benötigte Zeitdauer vorgegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuereinrichtung die während der Regenerationsbetriebszeit benötigte Stickoxid-Regenerationsmittelmenge für die Regeneration des Stickoxidspeichers ermittelt wird, und zwar unter Berücksichtigung der während jeder Regenerationsbetriebsphase konstanten Sauerstoff speicher-Regenerationsmittelmenge, die für die Regeneration des am Ende der Magerbetriebsphase voll beladenen Sauerstoffspeichers benötigt wird, und dass die während der vorangegangenen Magerbetriebsphase im Abgasmassenstrom vorhandene Stickoxidmenge als Stickoxid-Rohmassenstrom in Abhängigkeit von der benötigten Stickoxid-Regenerationsmittelmenge ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stickoxid-Regenerationsmittelmenge mit einer Vergleichs-Regenerationsmittelmenge verglichen wird, die in Abhängigkeit von einer bestimmten, im Abgasmassenstrom vorhandenen Stickoxidmenge als Stickoxid-Rohmassenstrom vorgegeben wird, wobei eine Abweichung der tatsächlich benötigten Stickoxid-Regenerationsmittelmenge von der Vergleichs-Regenerationsmittelmenge ein Maß für den tatsächlichen Stickoxid-Rohmassenstrom während der vorangegangenen Magerbetriebsphase darstellt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichs-Regenerationsmittelmenge auf eine neuwertige Brennkraftmaschine bezogen und ggf. im Betrieb der Brennkraftmaschine adaptierbar ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhängigkeit zwischen dem Stickoxid-Rohmassenstrom und dem Stickoxid-Regenerationsmittelbedarf in einem Kennfeld der Motorsteuereinrichtung abgelegt ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Regenerationsmittel Kraftstoff zugegeben wird.
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