DE102006025050B4

DE102006025050B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Abgasnachbehandlungsanlage

Info

Publication number: DE102006025050B4
Application number: DE102006025050.8A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schnitzler; Andreas Wiartalla; Christopher Severin
Original assignee: FEV GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2006-05-27
Filing date: 2006-05-27
Publication date: 2014-04-03
Anticipated expiration: 2026-05-28
Also published as: CN101454547A; DE102006025050A1; EP2024615A1; CN101454547B; US20090151323A1; WO2007137783A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage (1), bei dem einem Sauerstoffspeicher (8) einer Abgasnachbehandlungskomponente (7) Sauerstoff zugeführt und entnommen wird und der Sauerstoffspeicher einen ersten und einen zweiten Teil aufweisen kann, die in zumindest zwei verschiedenen Abgasnachbehandlungskomponenten angeordnet sind, wobei
– zumindest ein durch den Sauerstoffspeicher und seinen Sauerstoffgehalt bestimmter, sich ändernder Parameter ermittelt und bei einer Betriebsweise der Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage (1) genutzt wird,
– eine Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher mittels einer Sauerstoffbilanz um den Sauerstoffspeicher berechnet wird, wobei eine Ermittlung des jeweils aktuellen Sauerstoffgehaltes im Sauerstoffspeicher in einer Betriebsstrategie implementiert ist, so dass eine vollständige Entleerung des Sauerstoffspeichers vermieden wird, und im Rahmen einer Steuerung unter Nutzung des Sauerstoffspeichers zumindest ein Schwellwert angepasst wird an eine Alterung, wobei ein Hystereseverhalten bei einem Zykluswechsel in die Schwellwertanpassung miteingeht, wobei auf eine Messsonde zur Ermittlung einer Temperatur des Sauerstoffspeichers zurückgegriffen wird, womit eine direkte Kopplung der gemessenen Temperatur bei einer Berechnung des Sauerstoffgehalts des Sauerstoffspeichers eingeht und dieser ermittelte Wert über die Temperatur zur Überprüfung des über die Sauerstoffbilanz festgestellten Sauerstoffgehalts genutzt wird, wobei die Ermittlung der Temperatur des Sauerstoffspeichers genutzt wird, einen oder mehrere Schwellwerte zur Beeinflussung eines Fett-Mager-Zyklusses gemäß der temperaturabhängigen Sauerstoffspeicherkapazität zu verändern,
und wobei
– 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 oder
– ein unterer (25) und ein oberer (26) Schwellwert bezüglich der Sauerstoffmenge festgelegt wird und bei Überschreiten bzw. Unterschreiten der jeweiligen Schwellwerte ein Zykluswechsel zwischen Mager-Betrieb und Fett-Betrieb ausgelöst wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage sowie eine Abgasnachbehandlungsanlage mit einer angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine.
Aus US 6 843 052 ist bekannt, dass ein Fett-Mager-Zyklus genutzt werden kann, um den Sauerstoffspeicher einer Abgasnachbehandlungskomponente zur Oxidation von H_sS 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 unterstöchiometrisches Luftverhältnis erkannt, wird ein Magersprung eingeleitet. Bei einem überstöchiometrischen 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.
Aus DE 101 13 382 A1 geht ein Verfahren zum Aufheizen eines in Strömungsrichtung nachgeordneten Katalysators bei einem Abgasanlagensystem eines Verbrennungsmotors mit mehreren in Abgasströmungsrichtung hintereinander angeordneten Katalysatoren hervor.
In DE 103 41 930 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem einem Katalysator zeitweise ein fetter Abgasstrom zugeführt wird und die unverbrannten Abgaskomponenten mit einem im Sauerstoffspeicher des Katalysators gespeicherten Sauerstoff reagieren und die dabei freiwerdende Wärmeenergie den Katalysator auf Regenerationstemperatur erhizt.
Die aus obigen Dokumenten hervorgehenden Regelungs- oder Steuerungskonzepte beziehen sich auf ein Lambda-Sondensignal stromab einer sauerstoffspeichernden Komponente 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 15 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 und der Sauerstoffspeicher einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweisen kann, die in zumindest zwei verschiedenen Abgasnachbehandlungskomponenten angeordnet sind, wobei zumindest ein durch den Sauerstoffspeicher und seinen Sauerstoffgehalt beeinflusster, sich ändernder Parameter ermittelt und bei einer Betriebsweise der Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage genutzt wird. Weitere Merkmale gehen aus dem Anspruch 1 hervor.
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 Gesamtkomponente 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 Kraftfahrzeugabgasnachbehandlungsanlage 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 Sauerstoffspeicher 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 Sauerstoffgehalt 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 Abgasnachbehandlungskomponente 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 Desulfatisierung 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 500°C eingestellt. Wird beispielsweise ein unbeschichteter Partikelfilter genutzt, wird eine Temperatur oberhalb von 600°C genutzt. Bei einem katalytisch beschichteten Filter wird beispielsweise eine Temperatur oberhalb von 550°C Abgastemperatur am Partikelfilter eingestellt. Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zu einer Temperaturerhöhung 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 vorzugsweise 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 oder aber auch bei Betrieb einer Turbine am Austritt der Turbine angehoben wird. Beispielsweise 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 Reformierung 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 Aufladungseinrichtung 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, insbesondere, 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 Desulfatisierung 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. Vielmehr 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 Sauerstoffmassenstroms bestimmt. Der Sauerstoffmassenstrom wird hierzu anhand einer Differenz der Sonden, insbesondere der Lambda-Sonden sowie dem Abgasmassenstrom berechnet. Dazu dient die folgende Formel:
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. Beispielsweise 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 Nutzung 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 Alterung 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 vorhanden 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 zusätzlich 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 Abgasnachbehandlungskomponente ändert. Im Falle einer Temperaturregelung über die Nutzung des Sauerstoffspeichers kann beispielsweise ein PI-Regler eingesetzt werden.
Zusätzlich wie auch getrennt davon kann eine Betriebsweise der Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage vorsehen, dass während einer Desulfatisierung eines Oxid-, 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 insbesondere 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 Bauelement 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. Weitere Merkmale gehen aus Anspruch 15 hervor.
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 temperaturabhängigen 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:
1: eine erste schematische Ansicht einer ersten Abgasnachbehandlungsanlage,
2: eine schematische Ansicht einer zweiten Abgasnachbehandlungsanlage mit einer Temperaturregelung,
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,
4: eine schematische Ansicht eines Regelkreises zur Einstellung einer Temperaturänderung durch eine Veränderung einer Ausnutzung eines Sauerstoffspeichers,
5: eine schematische Ansicht einer dritten Abgasnachbehandlungsanlage, die beispielsweise über eine Berechnung einer gespeicherten Sauerstoffmenge eine Verhinderung eines Fettdurchbruches ermöglicht,
6: eine schematische Darstellung des Stands der Technik einer konventionellen Regelung eines Katalysators auch konventionell mit Sauerstoffspeicher mittels einer Lambdasonde, die an einem Austritt des Katalysators angeordnet ist, und
7: eine gegenüber dem aus 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.
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 Berechnung 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.
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 Ansteuersignale 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.
3 zeigt in schematischer Ansicht eine beispielhafte Ausnutzung des aus 2 hervorgehenden Sauerstoffspeichers bei einer Einstellung einer Temperaturänderung des Sauerstoffspeichers 8 aus 1 bzw. 2. Dargestellt ist in einer oberen ersten Darstellung der 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 3 sind einander gegenübergestellt zwei verschiedene Fett-Mager-Zyklen. Ein erster Fett-Mager-Zyklus A ist mit durchgestrichener Linie in der obersten Darstellung der 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 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 II dargestellt. Durch Einstellung einer hohen Amplitude, wie es beispielsweise im zweiten Fett-Mager-Zyklus B dargestellt ist, wird in jeder Fett-Phase II 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 3 wiedergegeben. Während eine Temperatur 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 3 hervorgeht. Diesen Zusammenhang ausnutzend, kann die Temperatur des Sauerstoffspeichers und damit beispielsweise eines Katalysators gesteuert bzw. geregelt werden.
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 Regelabweichung 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 entsprechende 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 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.
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 charakterisierenden 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 Sauerstoffspeicher 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 H₂S-Emissionen insbesondere bei einer Desulfatisierung zu verhindern.
6 zeigt in schematischer Darstellung eine konventionelle Regelung eines Katalysators des Stands der Technik, der eine Lambda-Sonde an einem Austritt angeordnet nutzt. In der oberen Darstellung der 6 ist wiederum das Luftverhältnis dargestellt, in der unteren Darstellung der 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 Darstellung 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 Darstellung der 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 Luftverhältnis 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 Einspeicherung 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 II 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 Regelstrecke 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 5 hervorgehenden Vorrichtung hingegen besteht die Möglichkeit, einen derartigen Austritt zu verhindern und insbesondere eine andere Art der Regelung zu ermöglichen.
7 zeigt die gegenüber der aus 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. Bevorzugt 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 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 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

Verfahren zum Betrieb einer Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage (1), bei dem einem Sauerstoffspeicher (8) einer Abgasnachbehandlungskomponente (7) Sauerstoff zugeführt und entnommen wird und der Sauerstoffspeicher einen ersten und einen zweiten Teil aufweisen kann, die in zumindest zwei verschiedenen Abgasnachbehandlungskomponenten angeordnet sind, wobei – zumindest ein durch den Sauerstoffspeicher und seinen Sauerstoffgehalt bestimmter, sich ändernder Parameter ermittelt und bei einer Betriebsweise der Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage (1) genutzt wird, – eine Sauerstoffmenge im Sauerstoffspeicher mittels einer Sauerstoffbilanz um den Sauerstoffspeicher berechnet wird, wobei eine Ermittlung des jeweils aktuellen Sauerstoffgehaltes im Sauerstoffspeicher in einer Betriebsstrategie implementiert ist, so dass eine vollständige Entleerung des Sauerstoffspeichers vermieden wird, und im Rahmen einer Steuerung unter Nutzung des Sauerstoffspeichers zumindest ein Schwellwert angepasst wird an eine Alterung, wobei ein Hystereseverhalten bei einem Zykluswechsel in die Schwellwertanpassung miteingeht, wobei auf eine Messsonde zur Ermittlung einer Temperatur des Sauerstoffspeichers zurückgegriffen wird, womit eine direkte Kopplung der gemessenen Temperatur bei einer Berechnung des Sauerstoffgehalts des Sauerstoffspeichers eingeht und dieser ermittelte Wert über die Temperatur zur Überprüfung des über die Sauerstoffbilanz festgestellten Sauerstoffgehalts genutzt wird, wobei die Ermittlung der Temperatur des Sauerstoffspeichers genutzt wird, einen oder mehrere Schwellwerte zur Beeinflussung eines Fett-Mager-Zyklusses gemäß der temperaturabhängigen Sauerstoffspeicherkapazität zu verändern, und wobei – 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 oder – ein unterer (25) und ein oberer (26) Schwellwert bezüglich der Sauerstoffmenge festgelegt wird und bei Überschreiten bzw. Unterschreiten der jeweiligen Schwellwerte ein Zykluswechsel zwischen Mager-Betrieb und Fett-Betrieb ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein amoniakhaltiges Mittel gezielt über eine Steuergerät (13) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zyklische Änderung einer gespeicherten Sauerstoffmenge zur definierten Beeinflussung einer Temperatur eines Abgases oder des Sauerstoffspeichers genutzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Sauerstoffzufuhr in die Kraftfahrzeug-Abgasnachbehandlungsanlage (1) in Abhängigkeit von der ermittelten Sauerstoffmenge erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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.
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.
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.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung eines Beginns der Desulfatisierung und/oder der Regeneration die ermittelte Sauerstoffmenge als Parameter eingeht.
Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung einer Zeitdauer der Desulfatisierung und/oder der Regeneration die ermittelte Sauerstoffmenge als Parameter eingeht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zyklische Nutzung des Sauerstoffspeichers zur Temperaturerhöhung vor einer Dieselpartikelfilter-Regeneration genutzt wird.
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.
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 gespeicherte Sauerstoffmenge beeinflussender Betriebsparameter in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur geändert wird.
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.
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 Überstöchiometrie des Luftverhältnisses hinter dem Oxid-Speicherkatalysator zu vermeiden.
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 Signalübertragung 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, wobei eine Sauerstoffmenge mittels einer Sauerstoffbilanz der Parameter dargestellt ist und wobei in einem Steuergerät ein Schwellwert bezogen auf eine im Sauerstoffspeicher (8) gespeicherte Sauerstoffmenge vorhanden ist, wobei die Verbrennungskraftmaschine ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 implementiert aufweist.
Abgasbehandlungsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sonde (11) eine Temperatursonde ist, deren Parameter in eine Steuerung oder Regelung eines Lambda-Wertes der Motorsteuerung (12) eingeht.
Abgasbehandlungsanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fett-Mager-Zyklus als Sollwert in eine Lamda-Regelung der Verbrennungskraftmaschine (2) eingeht.
Abgasnachbehandlungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (6) und die zweite (11) Sonde jeweils ein einen Sauerstoffgehalt charakterisierenden ersten Parameter ermitteln, und eine Signalübertragung 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 Motorsteuerung (12) mit einer Vorrichtung zur Einstellung eines Luftverhältnisses in der Abgasnachbehandlungsanlage (1) gekoppelt ist, wobei eine Anpassung des Luftverhältnisses in Abhängigkeit vom zweiten Parameter über die Vorrichtung vorgesehen ist.
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.
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.
Abgasnachbehandlungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffspeicher (8) Bestandteil eines NOx-Katalysator ist.
Abgasnachbehandlungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffspeicher (8) Bestandteil eines Partikelfilters ist.
Abgasnachbehandlungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messsonde zur Ermittlung einer Temperatur des Sauerstoffspeichers (8) vorgesehen ist.
Abgasnachbehandlungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Steuerung hinterlegt ist, die auf den zweiten Parameter abstellt, um einen Wechsel zwischen Fett- und Magerbetrieb auszulösen.
Abgasnachbehandlungsanlage (1) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung hinterlegt ist, die auf den zweiten Parameter abstellt.
Abgasnachbehandlungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Motorsteuerung (12), mit einer Steuerung eines Fett-Mager-Zyklus durch Regelung eines Sauerstoffgehaltes eines Sauerstoffspeichers.