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DE102006021303A1 - Exhaust gas treatment system monitoring and/or controlling method for e.g. direct injection diesel engine, involves determining axial temperature distribution in one of exhaust gas treatment systems by dynamic heat model - Google Patents

Exhaust gas treatment system monitoring and/or controlling method for e.g. direct injection diesel engine, involves determining axial temperature distribution in one of exhaust gas treatment systems by dynamic heat model Download PDF

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DE102006021303A1
DE102006021303A1 DE102006021303A DE102006021303A DE102006021303A1 DE 102006021303 A1 DE102006021303 A1 DE 102006021303A1 DE 102006021303 A DE102006021303 A DE 102006021303A DE 102006021303 A DE102006021303 A DE 102006021303A DE 102006021303 A1 DE102006021303 A1 DE 102006021303A1
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exhaust
exhaust gas
aftertreatment system
model
exhaust aftertreatment
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German (de)
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Matthew A. Schneider
Mario Balenovic
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Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung mindestens eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, die mindestens einen Zylinder und mindestens eine Abgasleitung zum Abführen des verschiedene Abgasbestandteile aufweisenden Abgases aus diesem mindestens einen Zylinder aufweist, wobei die axiale Temperaturverteilung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem mittels eines dynamischen Wärmemodells (1) bestimmt wird und die während der Abgasnachbehandlung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem generierte Reaktionswärme ΔH, die aus der Konvertierung mindestens eines im Abgas befindlichen Abgasbestandteils resultiert, mittels eines kinetischen Modells (2) bestimmt wird.
Es soll ein Verfahren der oben genannten Art aufgezeigt werden, mit dem die Bestimmung der Temperaturverteilung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem und die Bestimmung der während der Abgasnachbehandlung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem generierten Reaktionswärme ΔH online ermöglicht wird, und dies mit einer größeren Genauigkeit als bei Einsatz herkömmlicher Verfahren.
Erreicht wird dies mit einem Verfahren, bei dem
- für das dynamische Wärmemodell (1) das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem durch mindestens zwei diskrete Zellen (n ≧ 2), die in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind, dargestellt wird und
- für das kinetische Modell (2) das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem durch ...
The invention relates to a method for monitoring and / or controlling at least one exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine having at least one cylinder and at least one exhaust pipe for discharging the exhaust gas containing various exhaust components from said at least one cylinder, wherein the axial temperature distribution in the at least one exhaust aftertreatment system by means of a dynamic heat model (1) is determined and the during the exhaust aftertreatment in the at least one exhaust aftertreatment system generated reaction heat .DELTA.H resulting from the conversion of at least one exhaust gas constituent in the exhaust gas is determined by means of a kinetic model (2).
It is a method of the above type are shown, with which the determination of the temperature distribution in the at least one exhaust aftertreatment system and the determination of the generated during the exhaust aftertreatment in the at least one exhaust aftertreatment system reaction heat ΔH online is enabled, and this with a greater accuracy than in use conventional methods.
This is achieved by a process in which
- For the dynamic heat model (1) the at least one exhaust aftertreatment system by at least two discrete cells (n ≧ 2), which are arranged one behind the other in the axial direction, is shown, and
- for the kinetic model (2) the at least one exhaust aftertreatment system by ...

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung mindestens eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, die mindestens einen Zylinder und mindestens eine Abgasleitung zum Abführen des verschiedene Abgasbestandteile aufweisenden Abgases aus diesem mindestens einen Zylinder aufweist, wobei die axiale Temperaturverteilung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem mittels eines dynamischen Wärmemodells bestimmt wird und die während der Abgasnachbehandlung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem generierte Reaktionswärme ΔH, die aus der Konvertierung mindestens eines im Abgas befindlichen Abgasbestandteils resultiert, mittels eines kinetischen Modells bestimmt wird.The The invention relates to a method for monitoring and / or control at least one exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine, the at least one cylinder and at least one exhaust pipe to lead away of the different exhaust gas components having exhaust gas from this having at least one cylinder, wherein the axial temperature distribution in the at least one exhaust aftertreatment system by means of a dynamic heat model is determined and during the the exhaust aftertreatment in the at least one exhaust aftertreatment system generated reaction heat ΔH, from the Conversion of at least one exhaust component located in the exhaust gas is determined by means of a kinetic model.

Nach dem Stand der Technik werden Brennkraftmaschinen zur Reduzierung der Schadstoffemissionen mit verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen ausgestattet. Zwar findet auch ohne zusätzliche Maßnahmen während der Expansion und des Ausschiebens der Zylinderfüllung bei einem ausreichenden hohen Temperaturniveau und dem Vorhandensein genügend großer Sauerstoffmengen eine Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) und von Kohlenmonoxid (CO) statt. Diese Reaktionen kommen aber aufgrund der stromabwärts schnell abnehmenden Abgastemperatur und der infolgedessen rapide sinkenden Reaktionsgeschwindigkeit schnell zum Erliegen. Eventueller Sauerstoffmangel kann durch eine Sekundärlufteinblasung kompensiert werden. Jedoch müssen in der Regel besondere Reaktoren und/oder Filter im Abgastrakt vorgesehen werden, um die Schadstoffemissionen unter sämtlichen Betriebsbedingungen spürbar zu reduzieren.To The prior art are internal combustion engines for reduction Pollutant emissions with various exhaust aftertreatment systems fitted. Although finds without additional measures during the expansion and the Pushing out the cylinder filling at a sufficiently high temperature level and the presence enough greater Oxygen levels an oxidation of the unburned hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) instead. These reactions are due to the downstream rapidly decreasing exhaust gas temperature and consequently rapidly sinking reaction rate quickly stops. any Lack of oxygen can be compensated by a secondary air injection become. However, you have to usually special reactors and / or filters provided in the exhaust system be to pollutant emissions under all operating conditions noticeable to reduce.

Thermische Reaktoren versuchen, eine weitgehende Nachoxidation von HC und CO im Abgassystem zu erzielen, indem eine Wärmeisolation und ein ausreichend großes Volumen im Abgasrohr des Abgassystems vorgesehen werden. Die Wärmeisolation soll ein möglichst hohes Temperaturniveau durch Minimierung der Wärmeverluste sicherstellen, wohingegen ein großes Abgasrohrvolumen eine lange Verweildauer der Abgase gewährleistet. Sowohl die lange Verweildauer als auch das hohe Temperaturniveau unterstützen die angestrebte Nachoxidation. Nachteilig sind der schlechte Wirkungsgrad bei unterstöchiometrischer Verbrennung und die hohen Kosten. Für Dieselmotoren sind thermische Reaktoren aufgrund des grundsätzlich niedrigeren Temperaturniveaus nicht zielführend.thermal Reactors try to achieve extensive post-oxidation of HC and CO in the exhaust system, by providing a thermal insulation and sufficient great Volume be provided in the exhaust pipe of the exhaust system. The heat insulation should one possible ensure a high temperature level by minimizing heat losses whereas a big one Exhaust pipe volume ensures a long residence time of the exhaust gases. Both the long residence time and the high temperature level support the desired post-oxidation. Disadvantages are the poor efficiency in substoichiometric combustion and the high costs. For Diesel engines are thermal reactors due to the generally lower temperature level not effective.

Aus den genannten Gründen kommen nach dem Stand der Technik bei Ottomotoren katalytische Reaktoren zum Einsatz, die unter Verwendung katalytischer Materialien, die die Geschwindigkeit bestimmter Reaktionen erhöhen, eine Oxidation von HC und CO auch bei niedrigen Temperaturen sicherstellen. Sollen zusätzlich Stickoxide reduziert werden, kann dies durch den Einsatz eines Dreiwegkatalysators erreicht werden, der dazu aber einen in engen Grenzen ablaufenden stöchiometrischen Betrieb (λ ≈ 1) des Ottomotors erfordert.Out the reasons mentioned come after the state of the art in gasoline engines catalytic reactors used, using catalytic materials, the increase the speed of certain reactions, an oxidation of HC and ensure CO even at low temperatures. Should also nitrogen oxides This can be reduced by using a three-way catalyst be achieved, but to a running within narrow limits stoichiometric Operation (λ ≈ 1) of the gasoline engine requires.

Dabei werden die Stickoxide NOx mittels der vorhandenen nicht oxidierten Abgaskomponenten, nämlich den Kohlenmonoxiden und den unverbrannten Kohlenwasserstoffen, reduziert, wobei gleichzeitig diese Abgaskomponenten oxidiert werden.In this case, the nitrogen oxides NO x are reduced by means of the existing unoxidized exhaust gas components, namely the carbon monoxides and the unburned hydrocarbons, wherein at the same time these exhaust gas components are oxidized.

Bei Brennkraftmaschinen, die mit einem Luftüberschuss betrieben werden, also beispielsweise im Magerbetrieb arbeitende Ottomotoren, insbesondere aber direkteinspritzende Dieselmotoren und direkteinspritzende Ottomotoren, können die im Abgas befindlichen Stickoxide prinzipbedingt – d. h. aufgrund der fehlenden Reduktionsmittel – nicht reduziert werden. Zur Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) und von Kohlenmonoxid (CO) wird daher ein Oxidationskatalysator im Abgassystem vorgesehen. Für eine spürbare d.h. ausreichende Konvertierung ist eine Mindesttemperatur – die sogenannte Anspringtemperatur – erforderlich, die beispielsweise zwischen 120°C bis 250°C betragen kann.at Internal combustion engines operated with excess air So, for example, working in lean-burn gasoline engines, in particular but direct injection diesel engines and direct injection gasoline engines, can the nitrogen oxides in the exhaust gas are inherent in the principle - d. H. due to the lack of reducing agents - can not be reduced. to Oxidation of unburned hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO), therefore, an oxidation catalyst is provided in the exhaust system. For one noticeable i. sufficient conversion is a minimum temperature - the so-called Light-off temperature - required, for example between 120 ° C up to 250 ° C can amount.

Zur Reduzierung der Stickoxide werden selektive Katalysatoren – sogenannte SCR-Katalysatoren – eingesetzt, bei denen gezielt Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht werden, um die Stickoxide selektiv zu vermindern. Als Reduktionsmittel kommen neben Ammoniak und Harnstoff auch unverbrannte Kohlenwasserstoffe zum Einsatz. Letzteres wird auch als HC-Anreicherung bezeichnet, wobei die unverbrannten Kohlenwasserstoffe direkt in den Abgastrakt eingebracht werden oder aber durch innermotorische Maßnahmen, nämlich durch eine Nacheinspritzung von zusätzlichem Kraftstoff in den Brennraum nach der eigentlichen Verbrennung, zugeführt werden. Dabei soll der nacheingespritzte Kraftstoff nicht im Brennraum durch die noch ablaufende Hauptverbrennung oder aber durch die – auch nach Beendigung der Hauptverbrennung – hohen Verbrennungsgastemperaturen gezündet werden, sondern während des Ladungswechsels in den Abgastrakt eingeleitet werden.to Reduction of nitrogen oxides become selective catalysts - so-called SCR catalysts - used, in which reducing agents are introduced into the exhaust gas in a targeted manner, to selectively reduce the nitrogen oxides. Come as a reducing agent In addition to ammonia and urea also unburned hydrocarbons for use. The latter is also referred to as HC enrichment, where the unburned hydrocarbons go directly into the exhaust tract be introduced or by internal engine measures, namely by a post-injection of additional fuel in the Combustion chamber after the actual combustion, to be supplied. The nacheingespritzte fuel should not in the combustion chamber through the still running main combustion or by the - even after completion the main combustion - high Combustion gas temperatures ignited be, but during the charge change into the exhaust tract be initiated.

Brennkraftmaschinen, die von einer Nacheinspritzung Gebrauch machen, sind aber von Hause aus sehr anfällig für eine Verdünnung bzw. Kontaminierung des Öls durch unverbrannte Kohlenwasserstoffe. In Abhängigkeit von der Quantität des nacheingespritzten Kraftstoffes und dem Einspritzzeitpunkt, gelangt ein mehr oder weniger großer Anteil des nacheingespritzten Kraftstoffes auf die Zylinderinnenwand und mischt sich dort mit dem anhaftenden Ölfilm. Anschließend gelangt der Kraftstoff zusammen mit dem Öl und dem Blow-by Gas in das Kurbelgehäuse und trägt so maßgeblich zur Ölverdünnung bei. Die Ölverdünnung nimmt mit steigender Kraftstoffmenge und Verschieben der Nacheinspritzung nach spät zu. Durch die Veränderung der Schmierstoffeigenschaften des Öls hat die Ölverdünnung maßgeblich Einfluss auf den Verschleiß und die Haltbarkeit d.h. die Lebensdauer der Brennkraftmaschine.Internal combustion engines, who make use of a post-injection, but are from home from very vulnerable for one dilution or contamination of the oil by unburned hydrocarbons. Depending on the quantity of post-injection Fuel and the injection timing, arrives more or less greater Share of post-injected fuel on the cylinder inner wall and mixes there with the adhering oil film. Then arrives the fuel together with the oil and the blow-by gas in the crankcase and thus contributes significantly to the oil dilution. The oil dilution decreases with increasing fuel quantity and shifting the post-injection after late to. By the change the lubricant properties of the oil, the oil dilution has a significant influence on the wear and the Durability i. the life of the internal combustion engine.

Grundsätzlich können die Stickoxidemissionen auch mit sogenannten Stickoxidspeicherkatalysatoren (LNT – Lean NOx Trap) reduziert werden. Dabei werden die Stickoxide zunächst – während eines mageren Betriebs der Brennkraftmaschine – im Katalysator absorbiert d. h. gesammelt und gespeichert, um dann während einer Regenerationsphase beispielsweise mittels eines unterstöchiometrischen Betriebs (beispielsweise λ < 0,95) der Brennkraftmaschine bei Sauerstoffmangel reduziert zu werden. Weitere innermotorische Möglichkeiten zur Realisierung eines fetten d.h. eines unterstöchiometrischen Betriebs der Brennkraftmaschine bietet die Abgasrückführung (AGR) und – bei Dieselmotoren – die Drosselung im Ansaugtrakt. Auf innermotorische Maßnahmen kann verzichtet werden, wenn das Reduktionsmittel direkt in den Abgastrakt eingebracht wird, beispielsweise durch Einspritzen von zusätzlichem Kraftstoff. Während der Regenerationsphase werden die Stickoxide freigegeben und im wesentlichen in Stickstoffdioxid (N2), Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O) umgewandelt. Die Häufigkeit der Regenerationsphasen wird durch die Gesamtemission an Stickoxiden und die Speicherkapazität des LNT bestimmt. Die Temperatur des Speicherkatalysators (LNT) sollte vorzugsweise in einem Temperaturfenster zwischen 200°C und 450°C liegen, so dass einerseits eine schnelle Reduktion sichergestellt wird und andererseits keine Desorption ohne Konvertierung der wieder freigegebenen Stickoxide stattfindet, was durch zu hohe Temperaturen ausgelöst werden kann.Basically, the nitrogen oxide emissions can also use so-called nitrogen oxide storage catalysts (LNT - Lean NOx Trap) are reduced. The nitrogen oxides are first - during lean operation of the internal combustion engine - absorbed in the catalyst, ie collected and stored to then during a regeneration phase, for example by means of a substoichiometric operation (for example, λ <0.95) of the engine to be reduced in oxygen deficiency. Further internal engine options for realizing a rich ie a stoichiometric operation of the internal combustion engine provides the exhaust gas recirculation (EGR) and - in diesel engines - the throttling in the intake system. In-engine measures can be dispensed with if the reducing agent is introduced directly into the exhaust tract, for example by injecting additional fuel. During the regeneration phase, the nitrogen oxides are released and converted essentially into nitrogen dioxide (N 2 ), carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O). The frequency of the regeneration phases is determined by the total emission of nitrogen oxides and the storage capacity of the LNT. The temperature of the storage catalyst (LNT) should preferably be in a temperature window between 200 ° C and 450 ° C, so that on the one hand a rapid reduction is ensured and on the other hand no desorption takes place without conversion of the released nitrogen oxides, which can be triggered by excessive temperatures ,

Eine Schwierigkeit bei der Verwendung und insbesondere bei der Anordnung des LNT im Abgastrakt ergibt sich aus dem im Abgas enthaltenen Schwefel, der ebenfalls im LNT absorbiert wird und im Rahmen einer sogenannten Desulfurisation (deSOx) d. h. einer Entschwefelung regelmäßig entfernt werden muss. Hierfür muss der LNT auf hohe Temperaturen, üblicherweise zwischen 600°C und 700 °C, erwärmt und mit einem Reduktionsmittel versorgt werden, was wiederum durch den Übergang zu einem fetten Betrieb der Brennkraftmaschine erreicht werden kann. Die Entschwefelung des LNT kann zur thermischen Alterung des Katalysators beitragen und die gewollte Konvertierung der Stickoxide gegen Ende seiner Lebensdauer nachteilig beeinflussen.Difficulty in the use and in particular in the arrangement of the LNT in the exhaust system results from the sulfur contained in the exhaust gas, which is also absorbed in the LNT and must be removed regularly in a so-called desulfurization (deSO x ) ie a desulfurization. For this purpose, the LNT to high temperatures, usually between 600 ° C and 700 ° C, heated and supplied with a reducing agent, which in turn can be achieved by the transition to a rich operation of the internal combustion engine. The desulfurization of the LNT can contribute to the thermal aging of the catalyst and adversely affect the desired conversion of nitrogen oxides towards the end of its life.

Zur Minimierung der Emission von Rußpartikeln werden nach dem Stand der Technik sogenannte regenerative Partikelfilter eingesetzt, die die Rußpartikel aus dem Abgas herausfiltern und speichern, wobei diese Rußpartikel im Rahmen der Regeneration des Filters intermittierend verbrannt werden. Die Intervalle der Regeneration werden dabei unter anderem durch den Abgasgegendruck, der sich infolge des zunehmenden Strömungswiderstandes des Filters aufgrund der anwachsenden Partikelmasse im Filter einstellt, bestimmt.to Minimizing the emission of soot particles According to the prior art so-called regenerative particle filters used the soot particles Filter out and store the exhaust, these soot particles burned intermittently during the regeneration of the filter become. The intervals of regeneration will be among others by the exhaust back pressure, which is due to the increasing flow resistance of the filter due to the increasing particle mass in the filter, certainly.

Die zur Regeneration des Partikelfilters hohen Temperaturen – etwa 550°C bei nicht vorhandener katalytischer Unterstützung – werden im Betrieb nur bei hohen Lasten und hohen Drehzahlen erreicht. Daher muss auf zusätzliche Maßnahmen zurückgegriffen werden, um eine Regeneration des Filters unter allen Betriebsbedingungen zu gewährleisten.The for the regeneration of the particulate filter high temperatures - about 550 ° C at not existing catalytic support - are only included in the operation high loads and high speeds achieved. Therefore, on additional activities resorted be a regeneration of the filter under all operating conditions to ensure.

Die Verbrennung der Partikel kann dabei durch im Abgastrakt vorgesehene Zusatzbrenner erfolgen oder aber durch eine Nacheinspritzung von zusätzlichem Kraftstoff in den Brennraum, wobei der nacheingespritzte Kraftstoff bereits im Brennraum gezündet wird, was durch die auslaufende Hauptverbrennung oder die gegen Ende der Verbrennung im Brennraum vorliegenden hohen Temperaturen geschehen kann, so dass die Abgastemperatur der in den Abgastrakt ausgeschobenen Abgase innermotorisch angehoben wird. Nachteilig an dieser Vorgehensweise sind insbesondere die im Abgastrakt auf dem Weg zum Filter zu befürchtenden Wärmeverluste und die damit verbundene Temperaturabsenkung der heißen Abgase. Der Filter kann ohne Weiteres einen Meter und mehr vom Auslass des Brennraums entfernt im Abgastrakt angeordnet sein.The Combustion of the particles can thereby by provided in the exhaust system Additional burner done or by a post-injection of additional Fuel in the combustion chamber, with the nacheingespritzte fuel already ignited in the combustion chamber What is caused by the expiring main combustion or the against End of combustion in the combustion chamber present high temperatures can happen so that the exhaust gas temperature in the exhaust tract pushed out exhaust gases inside engine is raised. Disadvantageous This procedure is especially in the exhaust system on the Way to the filter to be feared heat losses and the associated temperature reduction of the hot exhaust gases. The filter can easily be a meter and more from the outlet of the Combustor be located away in the exhaust tract.

Der Komensation der Wärmeverluste durch die Generierung entsprechend hoher Abgastemperaturen sind durch die Temperaturfestigkeit anderer im Abgasstrang vorgesehener Bauteile Grenzen gesetzt, insbesondere der Temperaturbeständigkeit einer im Abgassystem angeordneten Turbine eines Abgasturboladers, eines Dreiwegekatalysators oder eines Speicherkatalysators. Üblicherweise wird die Turbine mit den höchsten Temperaturen beaufschlagt, da sie am nächsten am Auslaß des Brennraums angeordnet ist.Of the Compensation of heat losses by generating correspondingly high exhaust gas temperatures by the temperature resistance of others provided in the exhaust system Components limits, in particular the temperature resistance a arranged in the exhaust turbine of an exhaust gas turbocharger, a Three-way catalyst or a storage catalyst. Usually becomes the turbine with the highest temperatures charged as they are closest at the outlet of Combustion chamber is arranged.

Der nacheingespritzte Kraftstoff kann auch unverbrannt und gegebenenfalls schon aufbereitet in den Abgastrakt ausgeschoben werden und dann gezielt lokal dort im Abgassystem oxidiert werden, wo hohe Abgastemperaturen notwendig sind, nämlich im Partikelfilter bzw. in seiner unmittelbaren Nachbarschaft. Die Verbrennung des nacheingespritzten Kraftstoffes kann katalytisch mittels eines vor dem Filter positionierten Katalysators initiiert werden, wodurch die oben beispielhaft angegebene Regenerationstemperatur von etwa 550°C abgesenkt werden kann. Es kann aber auch eine elektrische Zündung in bzw. an dem Rußfilter vorgesehen werden. Die Nacheinspritzung von Kraftstoff zum Zwecke der Filterregeneration hat die bereits oben beschriebenen Nachteile.Of the Post-injected fuel may also be unburned and possibly already prepared to be pushed out into the exhaust tract and then targeted locally oxidized there in the exhaust system, where high exhaust gas temperatures necessary, namely in the particle filter or in its immediate vicinity. The Combustion of post-injected fuel may be catalytic initiated by means of a catalyst positioned in front of the filter which gives the regeneration temperature exemplified above lowered from about 550 ° C can be. But it can also be an electric ignition in or on the soot filter be provided. The post-injection of fuel for the purpose The filter regeneration has the disadvantages already described above.

Ähnlich wie bereits für die Reduzierung der Stickoxide vorgeschlagen, kann auch Kraftstoff direkt in den Abgastrakt eingebracht werden. Die weitere Vorgehensweise entspricht der zuvor Beschriebenen, bei der der zusätzlich eingespritzte Kraftstoff unverbrannt in das Abgassystem gelangt und gezielt in der Nachbarschaft des Partikelfilters oxidiert wird.Similar to already for The reduction of nitrogen oxides suggested may also be fuel be introduced directly into the exhaust system. The further procedure corresponds to the previously described, in which the additionally injected Unburned fuel enters the exhaust system and targeted in the neighborhood of the particulate filter is oxidized.

Es muss berücksichtigt werden, dass der Einsatz von zusätzlichem Kraftstoff, sei es aufgrund eines Überganges zu einem fetten Motorbetrieb oder aber infolge der Anreicherung des Abgases mit Kraftstoff, prinzipbedingt den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine nachteilig beeinflusst. Insbesondere die Häufigkeit, mit der der Partikelfilter regeneriert oder der LNT gereinigt wird, hat maßgeblichen und direkten Einfluss auf die zu diesen Zwecken eingesetzte Kraftstoffmenge und damit auf den Gesamtverbrauch.It must be considered be that the use of additional Fuel, whether due to a transition to a rich engine operation or due to the enrichment of the exhaust gas with fuel, in principle the fuel consumption of the internal combustion engine adversely affected. In particular, the frequency, with which the particle filter is regenerated or the LNT is cleaned, has authoritative and directly affect the amount of fuel used for these purposes and thus on the total consumption.

Da sowohl die Abgase von Ottomotoren als auch die Abgase von Dieselmotoren – wenn auch in unterschiedlichen Mengen und Qualitäten – unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NOx) als auch Rußpartikel enthalten, kommen nach dem Stand der Technik in der Regel kombinierte Abgasnachbehandlungssysteme zum Einsatz, die einen oder mehrere der oben beschriebenen Katalysatoren, Reaktoren und/oder Filter umfassen.Since both the exhaust gases of gasoline engines and the exhaust gases of diesel engines - albeit in different quantities and qualities - unburned hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NO x ) and soot particles, come in the prior art in the Typically, combined exhaust aftertreatment systems employing one or more of the catalysts, reactors, and / or filters described above are employed.

Untersuchungen haben gezeigt, dass innermotorische Maßnahmen zur Realisierung eines fetteren Betriebs der Brennkraftmaschine – ob zur Erhöhung der Abgastemperatur mit dem Ziel einer Filterregeneration oder aber für eine Anfettung zur Regeneration des LNT – grundsätzlich zu erhöhten Methan-Emissionen (CH4) führen, wobei bei Dieselmotoren nahezu das gesamte Methan die Abgasleitung und die vorgesehenen Abgasnachbehandlungssysteme durchläuft und in die Umgebung austritt, ohne oxidiert zu werden. Die im Abgastrakt bzw. Oxidationskatalysator im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine vorliegenden Temperaturen sind nicht hoch genug, um das im Abgas enthaltene Methan zu konvertieren bzw. zu oxidieren. Hierfür sind Temperaturen von etwa 500°C erforderlich.Investigations have shown that in-engine measures for realizing a richer operation of the internal combustion engine - whether to increase the exhaust gas temperature with the aim of filter regeneration or for enrichment for the regeneration of LNT - basically lead to increased methane emissions (CH 4 ), in diesel engines almost all of the methane passes through the exhaust pipe and the intended exhaust aftertreatment systems and exits into the environment without being oxidized. The present in the exhaust system or oxidation catalyst during normal operation of the internal combustion engine temperatures are not high enough to convert the methane contained in the exhaust or oxidize. For this temperatures of about 500 ° C are required.

Folglich nehmen die HC-Emissionen, welche die Methan-Emissionen mit einschließen, spürbar zu, wenn ein im Abgastrakt vorgesehener Speicherkatalysator gereinigt oder ein Partikelfilter regeneriert werden soll und aus diesem Anlass die Brennkraftmaschine mittels innermotorischer Maßnahmen in den fetten Betrieb überführt wird. Das Methan kann dabei bis zu 90% der unverbrannten Kohlenwasserstoffe ausmachen, die während des fetten Betriebes von der Brennkraftmaschine emittiert und in den Abgastrakt eingeleitet werden.consequently HC emissions, which include methane emissions, are noticeably increasing when a planned in the exhaust system storage catalyst cleaned or a particle filter is to be regenerated and on this occasion the internal combustion engine by means of internal engine measures into the fat operation is transferred. The methane can be up to 90% of the unburned hydrocarbons make out during the of the rich operation emitted by the internal combustion engine and in the exhaust tract be initiated.

Andererseits erhöhen sich die NOx- und Partikelemissionen, wenn mit Blick auf die HC-Emissionen weniger häufig in den fetten Betrieb der Brennkraftmaschine gewechselt wird und dadurch ein im Abgastrakt vorgesehener Speicherkatalysator und/oder Partikelfilter nicht mit der notwendigen Häufigkeit gereinigt bzw. regeneriert wird. Ist die Speicherkapazität des LNT erschöpft, gelangen die Stickoxide ungehindert in die Umgebung. Ein zu hoch beladener Partikelfilter führt zu einem unvorteilhaft hohen Abgasgegendruck, wodurch auch die Qualität der Verbrennung, insbesondere durch einen verschlechterten Ladungswechsel, leidet.On the other hand, the NO x and particulate emissions increase when it is less frequently switched to rich operation of the internal combustion engine with regard to the HC emissions and thus a planned in the exhaust system storage catalyst and / or particulate filter is not cleaned or regenerated with the necessary frequency. When the storage capacity of the LNT is exhausted, the nitrogen oxides pass unhindered into the environment. Too high a loaded particulate filter leads to an unfavorably high exhaust back pressure, which also the quality of the combustion, in particular by a deteriorated gas exchange, suffers.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die beabsichtigte gleichzeitige Reduzierung der maßgeblichen Schadstoffe, nämlich HC und CO einerseits und NOx und Partikel andererseits, in einen Konflikt mündet; wie zuvor dargestellt. Darüber hinaus ergeben sich weitere Konflikte bei der Anordnung der einzelnen Abgasnachbehandlungssysteme – des Oxidationskatalysators, des LNT und des Partikelfilters – im Abgastrakt. Das gleichzeitige Betreiben und Steuern der genannten Abgasnachbehandlungssysteme führt zu weiteren Schwierigkeiten, insbesondere bei der Abstimmung der Systeme aufeinander, da die unterschiedlichen Abgasnachbehandlungssysteme verschiedene und teilweise entgegenstehende Randbedingungen erfordern. Insbesondere die Anforderungen an das bevorzugte Temperaturniveau und das Luftverhältnis λ divergieren stark.In summary, it can be stated that the intended simultaneous reduction of the relevant pollutants, namely HC and CO on the one hand and NO x and particles on the other hand, leads to a conflict; as previously shown. In addition, further conflicts arise in the arrangement of the individual exhaust aftertreatment systems - the oxidation catalyst, the LNT and the particulate filter - in the exhaust system. The simultaneous operation and control of said exhaust aftertreatment systems leads to further difficulties, especially in the coordination of the systems, because the different exhaust aftertreatment systems require different and partially conflicting boundary conditions. In particular, the requirements for the preferred temperature level and the air ratio λ diverge greatly.

Der oben thematisierte Zielkonflikt wird im folgenden anhand eines sogenannten Vier-Wege-Katalysators erörtert. Dabei handelt es sich um ein kombiniertes Abgasnachbehandlungssystem, welches einen Speicherkatalysator (LNT), einen Partikelfilter und einen Oxidationskatalysator als Abgasnachbehandlungssysteme umfasst.The above-discussed conflict of objectives is discussed below with reference to a so-called four-way catalyst. This is a combined exhaust aftertreatment system, which is a Spei catalyser (LNT), a particulate filter and an oxidation catalyst as exhaust aftertreatment systems.

Die einzelnen Abgasnachbehandlungssysteme des Vier-Wege-Katalysators sind in Reihe geschaltet, wobei der Oxidationskatalysator stromaufwärts des Speicherkatalysators bzw. des Partikelfilters angeordnet ist. Der Speicherkatalysator und der Partikelfilter können integral als bauliche Einheit ausgebildet werden. Dies bedeutet im Sinne der vorliegenden Anmeldung beispielsweise, dass sowohl für den Speicherkatalysator als auch für den Partikelfilter ein eigenes Trägersubstrat vorgesehen werden kann, wobei die beiden Trägersubstrate benachbart zueinander angeordnet werden und auf diese Weise eine bauliche Einheit bilden oder aber von Hause aus als zusammenhängendes Trägersubstrat ausgebildet werden. Alternativ kann als Partikelfilter ein Wabenfilter dienen, der gleichzeitig als Trägersubstrat zur Ausbildung eines Speicherkatalysators verwendet wird.The individual exhaust aftertreatment systems of the four-way catalyst are connected in series, with the oxidation catalyst upstream of the Storage catalyst or the particulate filter is arranged. Of the Storage catalyst and the particulate filter can be integrated as structural Unit be formed. This means for the purposes of the present For example, registration for both the storage catalyst and for the Particle filter own carrier substrate can be provided, wherein the two carrier substrates adjacent to each other be arranged and thus form a structural unit or be formed from home as a continuous carrier substrate. Alternatively it can serve as a particle filter, a honeycomb filter, the same time as a carrier substrate is used to form a storage catalyst.

Dadurch, dass der Oxidationskatalysator stromaufwärts der beiden anderen Komponenten vorgesehen wird, ist der Oxidationskatalysator die Abgasnachbehandlungskomponente, die am nächsten am Auslass der Brennkraftmaschine angeordnet ist und zuerst von den heißen Abgasen durchströmt wird. Folglich sind die Wärmeverluste und die damit verbundene Temperaturabsenkung der heißen Abgase vergleichsweise gering. Dementsprechend erreicht der Oxidationskatalysator seine sogenannte Anspringtemperatur auch nach einem Kaltstart innerhalb einer verhältnismäßig kurzen Zeitspanne. Sowohl die für Dieselmotoren verwendeten Oxidationskatalysatoren als auch die bei Ottomotoren eingesetzten Drei-Wege-Katalysatoren benötigen eine bestimmte Betriebstemperatur, um die Schadstoffe in ausreichendem Maße zu konvertieren und die Schadstoffemissionen spürbar zu reduzieren. Die Drei-Wege-Katalysatoren sollen im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu den Oxidationskatalysatoren gezählt werden.Thereby, the oxidation catalyst is upstream of the other two components is provided, the oxidation catalyst is the exhaust aftertreatment component, the closest is arranged at the outlet of the internal combustion engine and first of the hot ones Exhaust gases flowed through becomes. Consequently, the heat losses and the associated temperature reduction of the hot exhaust gases comparatively low. Accordingly, the oxidation catalyst reaches its so-called light-off temperature even after a cold start within a relatively short one Period of time. Both for Diesel engines used oxidation catalysts as well Gasoline engines used three-way catalysts require a certain operating temperature, to convert the pollutants sufficiently and the Pollutant emissions noticeable to reduce. The three-way catalysts are intended as part of the of the present invention are counted among the oxidation catalysts.

Die im Oxidationskatalysator ablaufenden exothermen Reaktionen bewirken eine Erwärmung des hindurchströmenden Abgases und damit eine Erwärmung der nachgeschalteten d.h. stromabwärts des Katalysators angeordneten Abgasnachbehandlungssysteme, was für die diesen Abgasnachbehandlungssystemen zugewiesenen Aufgaben vorteilhaft ist.The effect in the oxidation catalyst expired exothermic reactions a warming of the flowing through Exhaust gas and thus a warming the downstream i. arranged downstream of the catalyst Exhaust aftertreatment systems, what for these exhaust aftertreatment systems assigned tasks is advantageous.

Die Temperatur des Speicherkatalysators (LNT) sollte vorzugsweise in einem Temperaturfenster zwischen 200°C und 450°C liegen, so dass einerseits eine schnelle Reduktion sichergestellt wird und andererseits keine Desorption ohne Konvertierung der wieder freigegebenen Stickoxide stattfindet. Auch die im Speicherkatalysator ablaufenden Reaktionen sind mit einer Wärmeabgabe verbunden und führen auf diese Weise zu einer Erhöhung der Abgastemperatur und der stromabwärts liegenden Abgasnachbehandlungssysteme, aber auch zu einer Erwärmung des Speicherkatalysators selbst.The Temperature of the storage catalyst (LNT) should preferably be in a temperature window between 200 ° C and 450 ° C, so that on the one hand a quick reduction is ensured and on the other hand no Desorption without conversion of the released nitrogen oxides takes place. Also the reactions taking place in the storage catalytic converter are with a heat output connected and lead in this way to an increase the exhaust gas temperature and the downstream exhaust aftertreatment systems, but also to a warming the storage catalyst itself.

Der Partikelfilter erreicht seine Regenerationstemperatur von 550°C üblicherweise nicht während des normalen mageren Motorenbetriebs. Jedoch findet auch bei niedrigeren Temperaturen eine passive Regeneration des Filters statt, bei der im Abgas befindliche Stickoxide (NOx) den Sauerstoff für die Oxidation d.h. die Verbrennung der im Filter gespeicherten Rußpartikel liefern, wobei im wesentlichen Stickstoffmonoxid (NO) und Kohlenmonoxid (CO) gebildet wird.The particulate filter usually does not reach its regeneration temperature of 550 ° C during normal lean engine operation. However, even at lower temperatures, passive regeneration of the filter takes place, where the nitrogen oxides (NO x ) present in the exhaust gas supply the oxygen for the oxidation, ie the combustion of the soot particles stored in the filter, essentially nitrogen monoxide (NO) and carbon monoxide (CO) is formed.

Ein Ziel bei der Entwicklung von kombinierten Abgasnachbehandlungssystemen ist es, die stromaufwärts des Partikelfilters gelegenen Abgasnachbehandlungssysteme in der Art zu betreiben bzw. zu steuern, dass der Partikelfilter ohne weiteres Zutun d.h. allein aufgrund des Betriebes des stromaufwärts vorgesehenen Oxidationskatalysators und des Speicherkatalysators seine Regenerationstemperatur erreicht. Ein derartiger Synergieeffekt würde den Betrieb des in Rede stehenden kombinierten Abgasnachbehandlungssystems sehr vereinfachen und zudem helfen, Kraftstoff einzusparen. Gezielte Filterregenerationen wären nicht mehr oder wesentlich seltener erforderlich als nach dem Stand der Technik üblich.One Target in the development of combined exhaust aftertreatment systems is it the upstream of the particulate filter located exhaust aftertreatment systems in the To operate type or control that the particulate filter easily Action i. solely due to the operation of the upstream oxidation catalyst and the storage catalyst reaches its regeneration temperature. Such a synergy effect would the operation of the combined exhaust aftertreatment system in question simplify and also help save fuel. targeted Filter regeneration would be no more or less often required than by the state the technique usual.

Gemäß einem Verfahren zum Betreiben eines derartigen kombinierten Abgasnachbehandlungssystems wird der Oxidationskatalysator auf eine vorgebare Mindesttemperatur erwärmt und das Abgas bei Erreichen dieser Mindesttemperatur mit Reduktionsmitteln angereichert.According to one Method for operating such a combined exhaust aftertreatment system the oxidation catalyst is at a vorgebare minimum temperature heated and the exhaust gas when reaching this minimum temperature with reducing agents enriched.

Bei Anreicherung des Abgases mittels Einspritzung von Kraftstoff in die Abgasleitung kann eine Mindesttemperatur T ≈ 200°C-250°C ausreichend sein. Diese Temperatur des Oxidationskatalysators sorgt zusammen mit den im Oxidationskatalysator ablaufenden exothermen Reaktionen dafür, dass der stromabwärts gelegene Speicherkatalysator in seinem für die Reinigung bevorzugten Temperaturfenster von 200°C bis 450°C arbeitet.at Accumulation of the exhaust gas by injection of fuel in the exhaust pipe can be sufficient for a minimum temperature T ≈ 200 ° C-250 ° C. This temperature the oxidation catalyst together with those in the oxidation catalyst ongoing exothermic reactions that the downstream Storage catalyst in his for the cleaning preferred temperature window from 200 ° C to 450 ° C works.

Wird die Anreicherung des Abgases mit Reduktionsmittel hingegen mittels innermotorischer Maßnahmen realisiert, wird es erforderlich, große Mengen an Methan zu oxidieren, weshalb die Vorgabe einer höheren Mindesttemperatur erforderlich wird, beispielsweise T ≈ 500°C-550°C. Die Erwärmung des Oxidationskatalysators auf derart hohe Temperaturen kann zu einer zeitlich verzögerten Regeneration des stromabwärts gelegenen Partikelfilters genutzt werden, wenn nach der Erwärmung des Oxidationskatalysators und der Anreicherung des Abgases die Brennkraftmaschine wieder in den mageren Betrieb überführt wird und im Abgas der für die Rußverbrennung erforderliche Sauerstoffüberschuss vorliegt.Becomes the enrichment of the exhaust gas with reducing agent by contrast internal engine measures realized, it becomes necessary to oxidize large quantities of methane, which is why the specification of a higher minimum temperature is required, for example, T ≈ 500 ° C-550 ° C. The warming of the oxidation catalyst to such high temperatures can a time delayed Regeneration of the downstream used particulate filter, if after heating of the Oxidation catalyst and the enrichment of the exhaust gas, the internal combustion engine is again transferred to the lean operation and in the exhaust of the for the soot combustion required oxygen excess is present.

Wird das kombinierte Abgasnachbehandlungssystem wie oben beschrieben betrieben, pflanzt sich ausgehend vom Oxidationskatalysator eine Temperaturwelle in der Abgasleitung fort, so dass die stromabwärts gelegenen Abgasnachbehandlungssysteme, insbesondere der Partikelfilter, seine maximale Temperatur erst zeitverzögert erreicht. Untersuchungen haben gezeigt, dass 20 bis 200 Sekunden nach Beendigung des Reinigungsvorganges des LNT der Partikelfilter seine maximale Temperatur aufweist bzw. erreicht.Becomes the combined exhaust aftertreatment system as described above operated, planted starting from the oxidation catalyst one Temperature wave in the exhaust pipe continues, leaving the downstream Exhaust aftertreatment systems, in particular the particulate filter, its maximum temperature only reached after a time delay. investigations have shown that 20 to 200 seconds after finishing the cleaning process the LNT of the particulate filter has its maximum temperature reached.

Wie aus den Ausführungen ersichtlich wird, ist es für das effektive Betreiben von Abgasnachbehandlungssystemen, insbesondere von kombinierten Abgasnachbehandlungssystemen, erforderlich, die Temperaturen bzw. die lokale und zeitliche Temperaturverteilung in den verwendeten Abgasnachbehandlungssystemen zu kennen, wobei die messtechnische Erfassung dieser Temperaturen schwierig und häufig gar nicht möglich ist. Daher werden nach dem Stand der Technik an verschiedenen Stellen in der mindestens einen Abgasleitung die Temperaturen mittels Sensoren erfasst und als Grundlage für die Abschätzung der Temperaturen in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem verwendet. Diese Vorgehensweise erweist sich aber gerade im Hinblick auf die Überwachung und Steuerung von kombinierten Abgasnachbehandlungssystemen als unzureichend.As from the comments it is clear that it is for the effective operation of exhaust aftertreatment systems, in particular of combined exhaust aftertreatment systems, required Temperatures or the local and temporal temperature distribution in the exhaust aftertreatment systems used, wherein the metrological detection of these temperatures difficult and often even not possible. Therefore, according to the prior art in different places in the at least one exhaust pipe, the temperatures by means of sensors recorded and as a basis for the estimate the temperatures in the at least one exhaust aftertreatment system used. But this procedure proves just in view on the surveillance and controlling combined exhaust aftertreatment systems as insufficient.

Die zuvor gemachten Ausführungen zeigen darüber hinaus, dass es des weiteren erforderlich ist, die Konvertierung der Schadstoffe zu überwachen und beispielsweise Informationen über die Beladung eines Partikelfilters oder die Sättigung eines Speicherkatalysators bereitzustellen, da zum einen diese Betriebsparameter Einfluss auf den Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems haben und zum anderen die Konvertierung der Schadstoffe d.h. die chemischen Reaktionen im Rahmen der Abgasnachbehandlung Wärme freisetzen und Einfluss auf die Temperaturen und die Temperaturverteilung haben.The previously made statements show about it In addition, it further requires the conversion to monitor the pollutants and for example information about the loading of a particulate filter or the saturation to provide a storage catalyst, since on the one hand these operating parameters Have an influence on the operation of the exhaust aftertreatment system and on the other hand, the conversion of pollutants i. the chemical Reactions in the context of exhaust aftertreatment release heat and influence on the temperatures and the temperature distribution.

Aus dem Stand der Technik sind auch Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems bekannt, bei denen die Temperatur im Abgasnachbehandlungssystem mittels eines dynamischen Wärmemodells bestimmt wird und die während der Abgasnachbehandlung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem generierte Reaktionswärme ΔH mittels eines kinetischen Modells bestimmt wird, mit welchem gegebenenfalls der Betriebszustand des Abgasnachbehandlungssystems, beispielsweise die Konvertierungsrate in einem Oxidationskatalysator und/oder die Beladung bzw. Konvertierungsrate in einem Partikelfilter bzw. die Sättigung bzw. Konvertierungsrate in einem Speicherkatalysator, berechnet werden kann.Out The prior art also includes methods for monitoring and / or control an exhaust aftertreatment system known in which the temperature in the exhaust aftertreatment system by means of a dynamic heat model is determined and during the the exhaust aftertreatment in the at least one exhaust aftertreatment system generated reaction heat ΔH by means of a kinetic model is determined, with which, if appropriate the operating state of the exhaust aftertreatment system, for example the conversion rate in an oxidation catalyst and / or the Loading or conversion rate in a particle filter or the saturation or conversion rate in a storage catalytic converter, calculated can be.

Herkömmliche Modelle unterteilen hierzu das Abgasnachbehandlungssystem in diskrete Zellen oder betrachten das Abgasnachbehandlungssystem als ein einziges lineares d.h. eindimensionales Element. Dabei ergibt sich aber ein Konflikt zwischen dem dynamischen Wärmemodell und dem kinetischen Modell. Um die Temperatur bzw. Temperaturverteilung im Abgasnachbehandlungssystem mit Hilfe des dynamischen Wärmemodells ausreichend genau bestimmen zu können, ist eine ausreichend hohe Anzahl n an Zellen erforderlich, beispielsweise n > 20. Eine derart hohe Anzahl an Zellen führt aber bei Einsatz des vergleichsweise komplexen kinetischen Modells zu langen Rechenzeiten, die das herkömmliche Modell für den Online-Betrieb bzw. den Onboard-Einsatz ungeeignet machen.conventional Models subdivide the exhaust aftertreatment system into discrete ones Cells or consider the exhaust aftertreatment system as a single linear i. one-dimensional element. But this results in a Conflict between the dynamic heat model and the kinetic Model. To the temperature or temperature distribution in the exhaust aftertreatment system with the help of the dynamic heat model be able to determine with sufficient accuracy For example, a sufficiently high number n of cells is required n> 20. Such a thing high number of cells leads but when using the comparatively complex kinetic model too long computing times, which is the traditional model for online operation or make onboard use unsuitable.

Daher wird die Anzahl an Zellen nach dem Stand der Technik begrenzt, indem das Abgasnachbehandlungssystem als eine einzige lineare d.h. eindimensionale Zelle betrachtet wird, wodurch die axiale Temperaturverteilung auf einen konkreten Temperaturwert reduziert wird. Eine größere Anzahl an Zellen setzt eine ausreichende Rechnerleistung voraus, weshalb derartige Modelle nur für Simulationen und theoretische Berechung in der Entwicklungsphase zum Einsatz kommen.Therefore The number of cells in the prior art is limited by the exhaust aftertreatment system as a single linear i. dimensional Cell is considered, causing the axial temperature distribution a concrete temperature value is reduced. A larger number Cells require sufficient computing power, which is why such models only for Simulations and theoretical calculation in the development phase be used.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung mindestens eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine aufzuzeigen, mit dem die Bestimmung der Temperaturverteilung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem und die Bestimmung der während der Abgasnachbehandlung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem generierten Reaktionswärme ΔH online ermöglicht wird, und dies mit einer größeren Genauigkeit als bei Einsatz eines herkömmlichen Verfahrens.Against this background, it is the object of the present invention to provide a method for monitoring and / or controlling at least one exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine, with which the determination of the temperature distribution in the at least one exhaust aftertreatment system and the determination of generated during the exhaust aftertreatment in the at least one exhaust aftertreatment system Reaction heat ΔH online allows, and with a larger Accuracy than when using a conventional method.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung mindestens eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, die mindestens einen Zylinder und mindestens eine Abgasleitung zum Abführen des verschiedene Abgasbestandteile aufweisenden Abgases aus diesem mindestens einen Zylinder aufweist, wobei die axiale Temperaturverteilung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem mittels eines dynamischen Wärmemodells bestimmt wird und die während der Abgasnachbehandlung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem generierte Reaktionswärme ΔH, die aus der Konvertierung mindestens eines im Abgas befindlichen Abgasbestandteils resultiert, mittels eines kinetischen Modells bestimmt wird, und bei dem

  • • für das dynamische Wärmemodell das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem durch mindestens zwei diskrete Zellen (n ≥ 2), die in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind, dargestellt wird,
  • • für das kinetische Modell das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem durch mindestens eine diskrete Zelle (N ≥ 1) dargestellt wird, wobei
  • • die mittels des kinetischen Modells bestimmte Reaktionswärme ΔH als Eingangsgröße für das Wärmemodell verwendet wird.
This object is achieved by a method for monitoring and / or controlling at least one exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine, the at least one cylinder and at least one exhaust pipe for discharging the exhaust components comprising different exhaust gas from this at least one cylinder, wherein the axial temperature distribution in the at least one exhaust aftertreatment system is determined by means of a dynamic heat model and the heat of reaction .DELTA.H generated during the exhaust aftertreatment in the at least one exhaust aftertreatment system, resulting from the conversion of at least one exhaust gas constituent in the exhaust gas, is determined by means of a kinetic model;
  • For the dynamic heat model, the at least one exhaust aftertreatment system is represented by at least two discrete cells (n ≥ 2) arranged one behind the other in the axial direction,
  • For the kinetic model, the at least one exhaust aftertreatment system is represented by at least one discrete cell (N ≥ 1), wherein
  • • the heat of reaction ΔH determined by the kinetic model is used as input to the heat model.

Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wird das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem nicht als eine einzelne Zelle betrachtet, sondern zumindest für das dynamische Wärmemodell in mindestens zwei diskrete Zellen unterteilt, so dass die axiale Temperaturvereilung im Online-Betrieb mit einer größeren Genauigkeit bestimmt werden kann als dies nach dem Stand der Technik möglich ist.in the Compared to conventional The method will not be the at least one exhaust aftertreatment system considered as a single cell, but at least for the dynamic one thermal model divided into at least two discrete cells, so that the axial Temperature distribution in online operation with greater accuracy can be determined as this is possible according to the prior art.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Anzahl n der diskreten Zellen für das Wärmemodell größer gewählt wird als die Anzahl N der diskreten Zellen für das kinetische Modell d. h. es gilt: n > N.Advantageous are embodiments of the method in which the number n of discrete cells for the heat model is chosen larger as the number N of discrete cells for the kinetic model d. H. the following applies: n> N.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Zellenanzahl der beiden verwendeten Modelle, nämlich des dynamischen Wärmemodells einerseits und des kinetischen Modells andererseits, differieren.According to the method of the invention can the number of cells of the two models used, namely the dynamic heat model on the one hand and the kinetic model on the other.

Damit wird die Möglichkeit geschaffen, die Anzahl n an Zellen für das dynamische Wärmemodell vergleichsweise hoch zu wählen, um die axiale Temperaturverteilung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem möglichst genau zu bestimmen, wohingegen die Zellenanzahl N für das wesentlich komplexere kinetische Modell kleiner gewählt wird, um die benötigte Rechenzeit bzw. die notwendige Rechnerleistung zu begrenzen und somit das Verfahren für einen Online-Betrieb verwendbar zu machen. Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Qualität der ermittelten Temperaturverteilung nicht durch die Komplexität des kinetischen Modells beschränkt d.h. gemindert.In order to becomes the possibility created the number n of cells for the dynamic heat model to choose comparatively high, about the axial temperature distribution in the at least one exhaust aftertreatment system preferably to determine exactly, whereas the number of cells N for the essential more complex kinetic model is chosen smaller to get the needed computation time or to limit the necessary computer power and thus the process for one To make online operation usable. Unlike from the state The method known in the art is used in the method according to the invention the quality the determined temperature distribution is not due to the complexity of the kinetic Limited model i.e. reduced.

Dadurch wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich ein Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung mindestens eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine aufzuzeigen, welches online einsetzbar ist und gleichzeitig die Bestimmung der Temperaturverteilung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem mit einer größeren Genauigkeit gestattet als dies mittels herkömmlicher Verfahren möglich ist.Thereby the problem underlying the invention is solved, namely a Procedure for monitoring and / or controlling at least one exhaust aftertreatment system an internal combustion engine show, which can be used online is and at the same time determining the temperature distribution in the at least one exhaust aftertreatment system with greater accuracy permitted as this by means of conventional Procedure possible is.

Der Begriff "axiale Temperaturverteilung" charakterisiert dabei die Temperaturverteilung entlang der Hauptströmungsrichtung des Abgases d.h. entlang einer gedachten Wegstrecke, der das Abgas beim Durchströmen des mindestens einen Abgasnachbehandlungssystems folgt. Die gedachte Wegstrecke ergibt sich dabei in der Regel durch Verbinden der Strömungsrichtung des Abgases am Eintritt in das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem und der Strömungsrichtung des Abgases am Austritt aus dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem heraus.Of the Term "axial Temperature distribution "characterizes while the temperature distribution along the main flow direction the exhaust gas i. along an imaginary path that the exhaust when flowing through the at least one exhaust aftertreatment system follows. The thought Distance is usually obtained by connecting the flow direction the exhaust gas at the entrance to the at least one exhaust aftertreatment system and the flow direction the exhaust gas at the exit from the at least one exhaust aftertreatment system out.

Die Temperaturverteilung senkrecht zur Hauptströmungsrichtung ist dabei – zumindest falls es sich bei dem betrachteten Abgasnachbehandlungssystem um einen Oxidationskatalysator oder einen LNT handelt – von untergeordneter Bedeutung, so dass die Temperaturänderung in radialer Richtung erfindungsgemäß vernachlässigt wird, was die Modelle wesentlich vereinfacht und den Online-Einsatz weiter begünstigt. Wird hingegen ein Partikelfilter betrachtet, kann es erforderlich werden die Temperaturverteilung in radialer Richtung in die Betrachtung d.h. in die Modelle mit ein zu beziehen. In der weiteren Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird aber zur Vereinfachung die Temperaturänderung in radialer Richtung grundsätzlich vernachlässigt.The Temperature distribution perpendicular to the main flow direction is - at least if it concerns the considered exhaust aftertreatment system an oxidation catalyst or an LNT is - of minor importance Meaning, so that the temperature change in the radial direction is neglected according to the invention, which greatly simplifies the models and further the online use favored. If, however, a particle filter is considered, it may be necessary become the temperature distribution in the radial direction in the consideration i.e. into the models. In the further description However, for the sake of simplicity, the temperature change will be made to the present invention in the radial direction in principle neglected.

Aus diesem Grund sind Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, bei denen als Zellen lineare d.h. eindimensionale Elemente verwendet werden.Out This is why embodiments are advantageous in the method in which linear, i.e. dimensional Elements are used.

Weitere vorteilhafte Verfahrensvarianten gemäß den Unteransprüchen werden im folgenden erläutert.Further advantageous method variants according to the subclaims explained below.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Anzahl n der diskreten Zellen für das Wärmemodell größer oder gleich einem Vielfachen der Anzahl N der diskreten Zellen für das kinetische Modell ist d.h. es gilt: n > x·N, wobei x einen natürliche Zahl ist.Advantageous are embodiments of the method in which the number n of discrete cells for the heat model bigger or equal to a multiple of the number N of discrete cells for the kinetic model is i. e. it holds: n> x · N, where x a natural one Number is.

Diese Verfahrensvariante bietet Vorteile bei der Berechung, denn es muss berücksichtigt werden, dass die beiden verwendeten Modelle, nämlich das dynamische Wärmemodell einerseits und das kinetische Modell andererseits, in Wechselbeziehung zueinander stehen und jedes Modell Eingangswerte für das jeweils andere Modell liefert.These Process variant offers advantages in the calculation, because it must considered be that the two models used, namely the dynamic heat model on the one hand and the kinetic model, on the other hand, interrelated and each model input values for the other model supplies.

Die mittels des kinetischen Modells bestimmte Reaktionswärme ΔH dient beispielsweise als Eingangsgröße für das Wärmemodell zur Bestimmung der Temperaturverteilung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem. Andererseits liefert das dynamische Wärmemodell die Zellentemperatur Ti d.h. die Temperatur der Zelle i des mindestens einen Abgasnachbehandlungssystems als Eingangsgröße an das kinetische Modell.The reaction heat ΔH determined by means of the kinetic model serves, for example, as an input variable for the heat model for determining the temperature distribution in the at least one exhaust aftertreatment system. On the other hand, the dynamic heat model supplies the cell temperature T i, ie the temperature of the cell i of the at least one exhaust aftertreatment system, as an input to the kinetic model.

Werden nun gemäß der in Rede stehenden Ausführungsform für das dynamische Wärmemodell fünfmal so viele Zellen verwendet wie für das kinetische Modell (x = 5), beispielsweise mit n = 20 und N = 4, so werden die mittels Wärmemodell ermittelten Temperaturen Ti der ersten fünf Zellen (i = 1 bis 5) gemittelt – d.h. addiert und durch fünf dividiert – und diese Durchschnittstemperatur der ersten Zelle (j = 1) des kinetischen Modells als Zellentemperatur bereitgestellt.If, according to the embodiment in question, five times as many cells are used for the dynamic heat model as for the kinetic model (x = 5), for example with n = 20 and N = 4, then the temperatures T i determined by the heat model become the first five Averaged (that is, added and divided by five) cells (i = 1 to 5) and provided this average temperature of the first cell (j = 1) of the kinetic model as a cell temperature.

Andererseits wird die mittels kinetischem Modell ermittelte Reaktionswärme ΔHj=1 der ersten Zelle (j = 1) des kinetischen Modell auf die fünf ersten Zellen des Wärmemodells aufgeteilt und der so ermittelte Anteil jeder der ersten fünf Zellen des Wärmemodells zugewiesen, wobei vereinfachend davon ausgegangen wird, dass in jeder der ersten fünf Zellen (i = 1 .. 5) des Wärmemodells ein gleichgroßer Betrag an Reaktionswärme freigesetzt wird. Im Rahmen dieser Zuweisung ist eine Transformation der mittels kinetischem Modell ermittelten Reaktionswärme ΔHj=1 in einen durch diese Reaktionswärme hervorgerufenen Temperaturanstieg ΔT erforderlich, was die folgende Gleichung zum Ausdruck bringt. ΔTΔH i=1..5 = 0.2·ΔT(ΔHj=1) On the other hand, the kinetic model heat of reaction ΔH j = 1 of the first cell (j = 1) of the kinetic model is divided among the five first cells of the heat model and the proportion thus determined is assigned to each of the first five cells of the heat model, for simplicity's sake in that in each of the first five cells (i = 1 .. 5) of the heat model an equal amount of heat of reaction is released. In the context of this assignment, a transformation of the kinetic model heat of reaction ΔH j = 1 into a temperature increase ΔT caused by this heat of reaction is required, expressing the following equation. .DELTA.T AH i = 1..5 = 0.2 · ΔT (ΔH j = 1 )

Der Temperaturanstieg ΔT ist dabei eine Funktion der Reaktionswärme.Of the Temperature increase ΔT is a function of the heat of reaction.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen im Rahmen der Bestimmung der Temperaturverteilung mittels Wärmemodell für jede Zelle i die Temperatur Ti–1 der benachbarten, stromaufwärts gelegenen Zelle i–1 als Eingangsgröße verwendet wird, wobei für die erste stromaufwärts gelegene Zelle i = 1 die Temperatur am Einlass des mindestens einen Abgasnachbehandlungssystems als Eingangsgröße verwendet wird.Advantageous embodiments of the method are those in which the temperature T i-1 of the adjacent, upstream cell i-1 is used as an input variable in the context of the determination of the temperature distribution by means of heat model for each cell i, wherein i = 1 for the first upstream cell the temperature at the inlet of the at least one exhaust aftertreatment system is used as input.

Die Temperatur Ti der Zelle i kann dabei mittels der folgenden Differentialgleichung bestimmt werden.The temperature T i of the cell i can be determined by means of the following differential equation.

Figure 00150001
Figure 00150001

In dieser Gleichung ist k ein Korrekturfaktor, der in der Regel nahe 1 liegt. ΔTΔH i kennzeichnet die mittels kinetischem Modell ermittelte Reaktionswärme in der Zelle i. M steht für die Masse des Trägersubstrats des mindestens einen Abgasnachbehandlungssystems und mexh für den Abgasmassenstrom, während n die Gesamtanzahl der Zellen des Wärmemodells wiedergibt.In this equation, k is a correction factor which is usually close to 1. ΔT ΔH i denotes the kinetic model determined heat of reaction in the cell i. M stands for the mass of the carrier substrate of the at least one exhaust aftertreatment system and m exh for the exhaust gas mass flow, while n represents the total number of cells of the heat model.

Gemäß der oben stehenden Gleichung wird die Temperatur in der Abgasleitung auch meßtechnisch erfasst (Tsenout) und zwar mittels Temperatursensor am Ausgang des Abgasnachbehandlungssystems. Diese Temperatur Tsenout wird dem Wärmemodell im Rahmen einer Rückführung zur Anpassung des Modells bereitgestellt, so dass vorliegend eine sogenannte Überwachungsstruktur vorgesehen ist. Dabei steht K0 für die Empfindlichkeit bzw. Verstärkung dieser Überwachungsstruktur bzw. Rückführung und Tmodout für die mittels Wärmemodell bestimmte Temperatur am Auslass des Abgasnachbehandlungssystems.According to the above equation, the temperature in the exhaust pipe is also detected by measuring technology (Tsen out ) by means of a temperature sensor at the outlet of the exhaust aftertreatment system. This temperature Tsen out is provided to the heat model in the context of a feedback for adaptation of the model, so that in the present case a so-called monitoring structure is provided. In this case, K 0 stands for the sensitivity or amplification of this monitoring structure or feedback and Tmod out for the temperature determined by means of the heat model at the outlet of the exhaust gas aftertreatment system.

Es gilt: Tmodout = Tn The following applies: Tmod out = T n

Dabei stellt Tn die Temperatur der letzten Zelle n dar.In this case, T n represents the temperature of the last cell n.

Das Vorsehen einer Überwachungsstruktur verbessert die Qualität d.h. die Genauigkeit der mittels Wärmemodell ermittelten Temperaturverteilung, da eine Anpassung des Modells an die tatsächlich vorliegenden Temperaturen erfolgt, die ohne die Messung einer Temperatur Tsen und Rückführung dieser Temperatur nicht möglich wäre.The Provide a monitoring structure improves the quality i.e. the accuracy of the temperature distribution determined by the heat model, as an adaptation of the model to the actual temperatures present This is done without measuring a temperature Tsen and recycling this Temperature not possible would.

Mit dem Term L(Tamb – Ti)wird der Wärmeverlust an die Umgebung berücksichtigt, wobei Tamb für die Umgebungstemperatur steht und L einen Wärmeverlustfaktor darstellt. Soll der Wärmeübergang an die Umgebung nicht mit in die Betrachtung einbezogen werden, kann dieser Term grundsätzlich auch weggelassen werden.With the term L (Tamb - T i ) the heat loss to the environment is taken into account, where Tamb stands for the ambient temperature and L represents a heat loss factor. If the heat transfer to the environment is not included in the consideration, this term can basically be omitted.

Vorteilhaft sind aus den genannten Gründen Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen mindestens eine Temperatur in der mindestens einen Abgasleitung meßtechnisch erfasst wird und im Rahmen einer Rückführung dem dynamischen Wärmemodell als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt wird.Advantageous are for the reasons mentioned embodiments the process in which at least one temperature in the at least an exhaust pipe metrologically and in the context of a return to the dynamic heat model provided as an input becomes.

Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das kinetische Modell dazu verwendet wird, die Konvertierung mindestens einer der folgenden Abgasbestandteile in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem zu bestimmen: Stickoxide (NOx), Rußpartikel, Kohlenmonoxid (CO), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) und/oder Sauerstoff (O2).Also advantageous are embodiments of the method in which the kinetic model is used to determine the conversion of at least one of the following exhaust constituents in the at least one exhaust aftertreatment system: nitrogen oxides (NO x ), soot particles, carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (HC) and / or oxygen (O 2 ).

Umfasst das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem einen Speicherkatalysator, sind Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, bei denen das kinetische Modell dazu verwendet wird, die Sättigung φLNT,rech des Speicherkatalysators zu bestimmen.If the at least one exhaust aftertreatment system comprises a storage catalytic converter, embodiments of the method are advantageous in which the kinetic model is used to determine the saturation φ LNT, right of the storage catalytic converter.

Umfasst das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem einen Partikelfilter, sind Ausführungsformen des Verfahren vorteilhaft, bei denen das kinetische Modell dazu verwendet wird, die Beladung φDPF,rech des Partikelfilters zu bestimmen.If the at least one exhaust aftertreatment system comprises a particulate filter, embodiments of the method are advantageous in which the kinetic model is used to determine the charge φ DPF, right of the particulate filter.

Die beiden zuvor genannten Ausführungsformen liefern zusätzliche Informationen über den Betriebszustand des mindestens einen Abgasnachbehandlungssystems und können zur Überwachung und/oder Steuerung des mindestens einen Abgasnachbehandlungssystems herangezogen werden. Erreicht der mittels kinetischem Modell ermittelte Sättigungsgrad φLNT,rech eine vorgebbare Sättigungsgrenze, kann dies als Signal zur Einleitung der Reinigung des Speicherkatalysators durch Anreicherung des Abgases angesehen und genutzt werden, um zu verhindern, dass der Sättigungsgrad eine maximal zulässige Sättigung überschreitet, was beispielsweise dazu führen kann, dass im Abgas befindliche Stickoxide den Speicherkatalysator ungehindert passieren und in die Umwelt gelangen.The two aforementioned embodiments provide additional information about the operating state of the at least one exhaust aftertreatment system and can be used to monitor and / or control the at least one exhaust aftertreatment system. If the degree of saturation φ LNT determined by the kinetic model reaches a predefinable saturation limit , this can be regarded as a signal for initiating the cleaning of the storage catalytic converter by enriching the exhaust gas and used to prevent the degree of saturation from exceeding a maximum permissible saturation, for example can lead that located in the exhaust gas nitrogen oxides pass through the storage catalyst unhindered and get into the environment.

In analoger Weise kann eine Filterregeneration eingeleitet werden, falls die Filterbeladung φDPF,rech einen vorgebbaren maximal zulässigen Wert für die Beladung erreicht.In a similar manner, a filter regeneration can be initiated if the filter loading φ DPF, rech reaches a predetermined maximum allowable value for the load.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Verfahrensvariante gemäß der 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:In the following the invention with reference to a method variant according to the 1 described in more detail. Hereby shows:

1 schematisch eine erste Ausführungsform des Verfahrens in Gestalt eines Blockdiagramms. 1 schematically a first embodiment of the method in the form of a block diagram.

1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform des Verfahrens in Gestalt eines Blockdiagramms. 1 schematically shows a first embodiment of the method in the form of a block diagram.

Die Anzahl n der Zellen des Wärmemodells 1 ist größer gewählt als die Anzahl N der Zellen für das kinetische Modell 2. Es gilt: n > N.The number n of cells of the heat model 1 is greater than the number N of cells for the kinetic model 2 , The following applies: n> N.

Damit ergibt sich die Möglichkeit, die axiale Temperaturverteilung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem mit Hilfe einer hohen Anzahl n an Zellen möglichst genau zu bestimmen und gleichzeitig die Rechenzeit für das komplexere kinetische Modell 2 durch eine kleiner gewählte Zellenanzahl N zu begrenzen. Dadurch wird ein Online-Einsatz des Verfahrens ermöglicht.This results in the possibility of the axial temperature distribution in the at least one exhaust gas To determine the treatment system with the help of a high number n of cells as accurately as possible and at the same time the computing time for the complex kinetic model 2 to limit N by a small number of cells selected. This enables online use of the process.

Mittels des kinetischen Modells 2 wird die Reaktionswärme ΔHj für jede Zelle (j = 1 ... N) des kinetischen Modells 2 bestimmt. Bei der Reaktionswärme kann es sich – in Anhängigkeit von dem zu betrachtenden Abgasnachbehandlungssystem – um die freigesetzte Wärme infolge Oxidation in einem Oxidationskatalysator, aufgrund der Reduktion der Stickoxide in einem Speicherkatalysator oder um die freigesetzte Wärme bei der Regeneration eines Partikelfilters handeln oder – falls ein kombiniertes Abgasnachbehandlungssystem Gegenstand des Verfahrens ist – um eine Kombination der genannten Reaktionswärmen. Die genannten Reaktionswärmen haben nur beispielhaften Charakter.By means of the kinetic model 2 is the heat of reaction ΔH j for each cell (j = 1 ... N) of the kinetic model 2 certainly. Depending on the exhaust aftertreatment system to be considered, the heat of reaction may be the heat released as a result of oxidation in an oxidation catalyst, reduction of nitrogen oxides in a storage catalyst, or heat released in the regeneration of a particulate filter or, if a combined exhaust aftertreatment system Subject of the method is - to a combination of said reaction heats. The mentioned reaction heats are only exemplary in character.

Da die Zellenanzahl der beiden Modelle 1, 2 differiert, kann die für eine Zelle j des kinetischen Modells 2 ermittelte Reaktionswärme ΔHj nicht direkt einer einzelnen Zelle i des dynamischen Wärmemodells 1 zugeordnet werden. Daher wird die ermittelte Reaktionswärme ΔHj der Zelle j nur anteilig einer Zelle i des dynamischen Wärmemodells 1 zugewiesen.Because the number of cells of the two models 1 . 2 may differ for a cell j of the kinetic model 2 determined reaction heat ΔH j not directly a single cell i of the dynamic heat model 1 be assigned. Therefore, the determined heat of reaction ΔH j of the cell j only proportionally of a cell i of the dynamic heat model 1 assigned.

Für den Temperaturanstieg ΔTΔH i=1 beispielsweise der ersten Zelle (i = 1) des Wärmemodells 1 infolge der mittels kinetischem Modell ermittelten Reaktionswärme ΔHj=1 der ersten Zelle (j = 1) des kinetischen Modells gilt: ΔTΔH i=1 = N/n·ΔT(ΔHj=1) For the temperature increase ΔT ΔH i = 1, for example, of the first cell (i = 1) of the heat model 1 owing to the kinetic model of the heat of reaction ΔH j = 1 of the first cell (j = 1) of the kinetic model, the following applies: .DELTA.T AH i = 1 = N / n · ΔT (ΔH j = 1 )

In analoger Weise liefert das dynamische Wärmemodell 1 die Zellentemperatur Ti d.h. die Temperatur der Zelle i an das kinetische Modell 2 (nicht dargestellt). Aufgrund der unterschiedlichen Zellenanzahl i, j der beiden Modelle 1, 2 müssen zur Ermittlung der Temperatur Tj der Zelle j des kinetischen Modells 2 mindestens zwei Zellen des Wärmemodells 1 herangezogen werden, deren Temperaturen Ti anteilig addiert und gemittelt werden.Analogously, the dynamic heat model delivers 1 the cell temperature T i ie the temperature of cell i to the kinetic model 2 (not shown). Due to the different number of cells i, j of the two models 1 . 2 need to determine the temperature T j of the cell j of the kinetic model 2 at least two cells of the heat model 1 are used, the temperatures T i proportionately added and averaged.

Bei der Bestimmung der Temperaturverteilung mittels Wärmemodell 1 wird für jede Zelle i die Temperatur Ti–1 der benachbarten, stromaufwärts gelegenen Zelle i–1 als Eingangsgröße verwendet.When determining the temperature distribution by means of a heat model 1 For each cell i, the temperature T i-1 of the adjacent upstream cell i-1 is used as input.

Für die erste stromaufwärts gelegene Zelle i = 1 wird die Einlasstemperatur Tin des mindestens einen Abgasnachbehandlungssystems als Eingangsgröße herangezogen. Die Temperatur Tn der letzten Zelle (i = n) ist gleichzeitig die Austrittstemperatur des Abgasnachbehandlungssystems.For the first upstream cell i = 1, the inlet temperature T in of the at least one exhaust aftertreatment system is used as the input variable. The temperature T n of the last cell (i = n) is also the outlet temperature of the exhaust aftertreatment system.

Die Abkürzungen für die im Abgas enthaltenen Schadstoffe, nämlich CO, HC, NOx und soot, sowie die Abkürzung für Sauerstoff O2 sollen verdeutlichen, dass mit dem kinetischen Modell gegebenenfalls die Sättigung φLNT,rech des Speicherkatalysators und/oder die Beladung φDPF,rech des Partikelfilters bestimmt werden kann, soweit sie Gegenstand des Verfahrens sind.The abbreviations for the pollutants contained in the exhaust gas, namely CO, HC, NO x and soot, and the abbreviation for oxygen O 2 are intended to illustrate that with the kinetic model, if appropriate, the saturation φ LNT, the storage catalytic converter and / or the charge φ DPF , Rech the particulate filter can be determined, as far as they are the subject of the process.

Des weiteren kann das kinetische Modell 2 zur Bestimmung der Konvertierung einer oder mehrere dieser Abgasbestandteile herangezogen werden.Furthermore, the kinetic model 2 be used to determine the conversion of one or more of these exhaust gas constituents.

11
dynamisches Wärmemodelldynamic thermal model
22
kinetisches Modellkinetic model
AGRAGR
AbgasrückführungExhaust gas recirculation
COCO
KohlenmonoxidCarbon monoxide
deNOx deNO x
Reinigung des Speicherkatalysatorscleaning of the storage catalyst
deSootdeSoot
Regeneration des Partikelfiltersregeneration of the particulate filter
deSOx deSO x
Desulfurisation, EntschwefelungDesulfurisation, desulphurization
ΔHAH
Reaktionswärmeheat of reaction
ΔHj ΔH j
Reaktionswärme der Zelle j des kinetischen ModellsReaction heat of Cell j of the kinetic model
HCHC
unverbrannte Kohlenwasserstoffeunburned hydrocarbons
ii
Zelle des dynamischen Wärmemodellscell of the dynamic heat model
jj
Zelle des kinetischen Modellscell of the kinetic model
kk
Korrekturfaktorcorrection factor
K0 K 0
Empfindlichkeit bzw. Verstärkung der Überwachungsstruktursensitivity or reinforcement the surveillance structure
MM
Masse des Trägersubstrats des AbgasnachbehandlungssystemsDimensions of the carrier substrate the exhaust aftertreatment system
mexh,m exh ,
AbgasmassenstromExhaust gas mass flow
nn
Anzahl der Zellen des dynamischen Wärmemodellsnumber the cells of the dynamic heat model
NN
Anzahl der Zellen des kinetischen Modellsnumber the cells of the kinetic model
NOx NO x
StickoxideNitrogen oxides
LL
WärmeverlustfaktorHeat loss factor
LNTLNT
Lean NOx Trap, SpeicherkatalysatorLean NO x trap, storage catalyst
φDPF,rech φ DPF, right
mittels kinetischem Modell ermittelte Beladung des Partikelfiltersby means of kinetic model determined loading of the particulate filter
φLNT,rech φ LNT, right
mittels kinetischem Modell ermittelter Sättigungsgrad desby means of kinetic model determined saturation level of
Speicherkatalysatorsstorage catalyst
SCRSCR
Selective Catalytic ReductionSelective Catalytic Reduction
sootsoot
Rußsoot
SOx SO x
Schwefeloxidesulfur oxides
Tambtamb
Umgebungstemperaturambient temperature
Ti T i
Temperatur der Zelle i des Wärmemodellstemperature the cell i of the heat model
Tn T n
Temperatur der Zelle n des Wärmemodellstemperature the cell n of the heat model
ΔTΔH i ΔT ΔH i
Temperaturanstieg der Zelle i des Wärmemodells infolge dertemperature rise the cell i of the heat model as a result of
Reaktionswärme ΔHj=1 der Zelle j des kinetischen ModellsReaction heat ΔH j = 1 of the cell j of the kinetic model
Tsenout Tsen out
mittels Temperatursensor am Ausgang desby means of Temperature sensor at the output of the
Abgasnachbehandlungssystems erfaßte Temperaturaftertreatment system detected temperature
Tmodout Tmod out
mittels Wärmemodell bestimmte Temperatur am Ausgang des Abgasby means of thermal model certain temperature at the outlet of the exhaust gas
nachbehandlungssystemsaftertreatment system
Tin T in
Einlasstemperatur des mindestens einen Abgasnachbehandlungssystemsinlet temperature the at least one exhaust aftertreatment system
Tn T n
Temperatur der letzten Zelle n des Wärmemodellstemperature the last cell n of the heat model
xx
natürliche Zahlnatural number

Claims (9)

Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung mindestens eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, die mindestens einen Zylinder und mindestens eine Abgasleitung zum Abführen des verschiedene Abgasbestandteile aufweisenden Abgases aus diesem mindestens einen Zylinder aufweist, wobei die axiale Temperaturverteilung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem mittels eines dynamischen Wärmemodells (1) bestimmt wird und die während der Abgasnachbehandlung in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem generierte Reaktionswärme ΔH, die aus der Konvertierung mindestens eines im Abgas befindlichen Abgasbestandteils resultiert, mittels eines kinetischen Modells (2) bestimmt wird und bei dem • für das dynamische Wärmemodell (1) das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem durch mindestens zwei diskrete Zellen (n ≥ 2), die in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind, dargestellt wird, und • für das kinetische Modell (2) das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem durch mindestens eine diskrete Zelle (N ≥ 1) dargestellt wird, wobei • die mittels des kinetischen Modells (2) bestimmte Reaktionswärme ΔH als Eingangsgröße für das Wärmemodell (1) verwendet wird.Method for monitoring and / or controlling at least one exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine having at least one cylinder and at least one exhaust pipe for discharging the exhaust gas comprising different exhaust gas components from said at least one cylinder, wherein the axial temperature distribution in the at least one exhaust aftertreatment system by means of a dynamic heat model ( 1 ) and the reaction heat .DELTA.H generated during the exhaust aftertreatment in the at least one exhaust aftertreatment system, which results from the conversion of at least one exhaust gas constituent in the exhaust gas, by means of a kinetic model ( 2 ) and where • for the dynamic heat model ( 1 ) the at least one exhaust aftertreatment system is represented by at least two discrete cells (n ≥ 2) arranged one behind the other in the axial direction, and • for the kinetic model ( 2 ) the at least one exhaust gas aftertreatment system is represented by at least one discrete cell (N ≥ 1), whereby • by means of the kinetic model ( 2 ) determined heat of reaction ΔH as an input variable for the heat model ( 1 ) is used. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl n der diskreten Zellen für das Wärmemodell (1) größer gewählt wird als die Anzahl N der diskreten Zellen für das kinetische Modell (2) d. h. es gilt: n > N.Method according to claim 1, characterized in that the number n of discrete cells for the heat model ( 1 ) is greater than the number N of discrete cells for the kinetic model ( 2 ) ie: n> N. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Zellen lineare d. h. eindimensionale Elemente verwendet werden.Method according to claim 1 or 2, characterized that as cells linear d. H. used one-dimensional elements become. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl n der diskreten Zellen für das Wärmemodell (1) größer oder gleich einem Vielfachen der Anzahl N der diskreten Zellen für das kinetische Modell (2) ist d. h. es gilt: n > x·N, wobei x einen natürliche Zahl ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the number n of discrete cells for the heat model ( 1 ) is greater than or equal to a multiple of the number N of discrete cells for the kinetic model ( 2 ), ie n> x · N, where x is a natural number. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Bestimmung der Temperaturverteilung mittels Wärmemodell (1) für jede Zelle i die Temperatur Ti–1 der benachbarten, stromaufwärts gelegenen Zelle i–1 als Eingangsgröße verwendet wird, wobei für die erste stromaufwärts gelegene Zelle i = 1 die Temperatur am Einlass des mindestens einen Abgasnachbehandlungssystems als Eingangsgröße verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the context of the determination of the temperature distribution by means of heat model ( 1 ) for each cell i the temperature T i-1 of the adjacent upstream cell i-1 is used as an input, wherein for the first upstream cell i = 1 the temperature at the inlet of the at least one exhaust aftertreatment system is used as an input. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Temperatur Tsen in der mindestens einen Abgasleitung meßtechnisch erfasst wird und im Rahmen einer Rückführung dem dynamischen Wärmemodell (1) als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one temperature Tsen in the at least one exhaust gas line is detected by measurement and in the context of a feedback the dynamic heat model ( 1 ) is provided as input. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kinetische Modell (2) dazu verwendet wird, die Konvertierung mindestens einer der folgenden Abgasbestandteile in dem mindestens einen Abgasnachbehandlungssystem zu bestimmen: Stickoxide (NOx), Rußpartikel, Kohlenmonoxid (CO), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) und/oder Sauerstoff (O2).Method according to one of the preceding claims, characterized in that the kinetic model ( 2 ) is used to determine the conversion of at least one of the following exhaust constituents in the at least one exhaust aftertreatment system: nitrogen oxides (NO x ), soot particles, carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (HC), and / or oxygen (O 2 ). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem einen Speicherkatalysator umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das kinetische Modell (2) dazu verwendet wird, die Sättigung φLNT,rech des Speicherkatalysators zu bestimmen.Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one exhaust aftertreatment system comprises a storage catalyst, characterized in that the kinetic model ( 2 ) is used to determine the saturation φ LNT, right of the storage catalyst . Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem einen Partikelfilter umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das kinetische Modell (2) dazu verwendet wird, die Beladung φDPF,rech des Partikelfilters zu bestimmen.Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one exhaust aftertreatment system comprises a particulate filter, characterized in that the kinetic model ( 2 ) is used to determine the loading φ DPF, right of the particulate filter.
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