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DE102021205511A1 - Method for operating an internal combustion engine of a vehicle with a storage catalytic converter, as well as a computing unit and computer program - Google Patents

Method for operating an internal combustion engine of a vehicle with a storage catalytic converter, as well as a computing unit and computer program Download PDF

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DE102021205511A1
DE102021205511A1 DE102021205511.7A DE102021205511A DE102021205511A1 DE 102021205511 A1 DE102021205511 A1 DE 102021205511A1 DE 102021205511 A DE102021205511 A DE 102021205511A DE 102021205511 A1 DE102021205511 A1 DE 102021205511A1
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DE
Germany
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catalytic converter
internal combustion
combustion engine
vehicle
storage catalytic
Prior art date
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Pending
Application number
DE102021205511.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Holger Ziegler
Dirk Naber
Rolf-Dieter Koch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (200) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (110) eines Fahrzeugs (100) mit einem Speicherkatalysator (142), der zumindest zur Speicherung von Stickstoffoxiden eingerichtet ist, umfassend ein Ermitteln (220) einer Fahrzeuggeschwindigkeit, ein Ermitteln (210) eines aktuellen Füllstands von Stickstoffoxiden in dem Speicherkatalysator (142), und ein Anfordern eines Leerens des Speicherkatalysators (142), wenn die ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmbaren Geschwindigkeitsschwellwert unterschreitet und zugleich der ermittelte Füllstand einen vorbestimmbaren Füllstandsschwellwert überschreitet. Ferner werden eine Recheneinheit und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines solchen Verfahrens vorgeschlagen

Figure DE102021205511A1_0000
The invention relates to a method (200) for operating an internal combustion engine (110) of a vehicle (100) with a storage catalytic converter (142) which is set up at least for storing nitrogen oxides, comprising determining (220) a vehicle speed, determining (210) a current fill level of nitrogen oxides in the storage catalytic converter (142), and a request to empty the storage catalytic converter (142) if the determined vehicle speed falls below a predeterminable speed threshold value and at the same time the determined fill level exceeds a predeterminable fill level threshold value. Furthermore, a computing unit and a computer program product for carrying out such a method are proposed
Figure DE102021205511A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit einem Speicherkatalysator sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for operating an internal combustion engine of a vehicle with a storage catalytic converter and a computing unit and a computer program for its implementation.

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Zur Abgasnachbehandlung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Motoren mit magerer Verbrennung (z.B. Dieselmotoren), sind Systeme mit Stickstoffoxid-(NOx-)Speicherkatalysatoren (engl. NOx Storage Catalyst, NSC) bekannt, für deren Regeneration ein periodischer Fettbetrieb der Brennkraftmaschine notwendig ist.Systems with nitrogen oxide (NO x ) storage catalysts (NO x Storage Catalyst, NSC) are known for the aftertreatment of exhaust gas from internal combustion engines, in particular engines with lean combustion (eg diesel engines), for the regeneration of which periodic rich operation of the internal combustion engine is necessary.

Bisherige Applikationsstrategien zielen auf eine NOx-Reduktion innerhalb eines Fahrzyklus. Der Fokus der Priorisierung kann dabei auf einer effektiven NOx-Reduktion, aber gleichzeitig auch auf einer Begrenzung des dadurch verursachten Kraftstoff-Mehrverbrauchs liegen. Dabei kann eine angemessene „mittlere“ Beladungsschwelle (NOx-Beladung der Speicherkomponente des Speicherkatalysators) für die Anforderung einer DeNOx-Regeneration gewählt werden, die einen Kompromiss zwischen NOx-Reduktionseffizienz (wird geringer mit höherer Beladungsschwelle) und Kraftstoffmehrverbrauch (wird geringer mit höherer Beladungsschwelle) darstellt. Weiterhin kann der Parameter der Fahrzeuggeschwindigkeit dazu verwendet werden, um die Priorisierung der NOx-Regeneration bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten zu erhöhen, da dort eine höhere Chance auf eine kraftstoffsparende Regeneration besteht.Previous application strategies aim at reducing NO x within a driving cycle. The focus of the prioritization can be on an effective NO x reduction, but at the same time on limiting the resulting additional fuel consumption. An appropriate "medium" loading threshold (NO x loading of the storage component of the storage catalyst) can be selected for the requirement of DeNO x regeneration, which represents a compromise between NO x reduction efficiency (becomes lower with higher loading threshold) and additional fuel consumption (becomes lower with higher loading threshold). Furthermore, the vehicle speed parameter can be used to increase the prioritization of NOx regeneration at higher vehicle speeds where there is a greater chance of fuel efficient regeneration.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit einem Speicherkatalysator sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for operating an internal combustion engine of a vehicle with a storage catalytic converter and a computing unit and a computer program for its implementation with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous configurations are the subject of the dependent claims and the following description.

Eine besondere Rolle für die vorliegende Erfindung spielen die Priorisierung der DeNOx-Regenerationsanforderung anhand von Fahrzeuggeschwindigkeit und der NOx-Beiadung des NSC. Beide Aspekte der eingangs beschriebenen bisherigen Applikationsstrategien werden in einem neuen strategischen Ansatz mit einer neuen Zielsetzung in ihrer bisherigen Intention invertiert und können damit eine neue Zielsetzung erfüllen. Die konkrete Umsetzung der Strategie erfolgt durch eine sehr hohe Priorisierung der DeNOx-Regenerationsanforderung im Bereich unter einem Geschwindigkeitsschwellwert, der typischerweise immer beim Abstellen des Fahrzeugs relevant und unterschritten wird, aber ansonsten nicht dem wunschgemäßen Gebrauch des Fahrers entspricht. Der Geschwindigkeitsschwellwert beträgt bevorzugt höchstens 30 km/h, 25 km/h, 20 km/h oder 15 km/h. Ein Bereich niedriger Geschwindigkeit wird vor jedem Abstellen der Brennkraftmaschine durchschritten, jedoch üblicherweise selten während einer Fahrt, so dass bei Unterschreiten eines solch niedrigen Geschwindigkeitsschwellwerts von einer hohen Wahrscheinlichkeit eines bevorstehenden Abstellens der Brennkraftmaschine ausgegangen werden kann.A special role for the present invention is played by the prioritization of the DeNO x regeneration requirement based on the vehicle speed and the NO x loading of the NSC. Both aspects of the previous application strategies described at the beginning are inverted in their previous intention in a new strategic approach with a new objective and can thus fulfill a new objective. The concrete implementation of the strategy takes place through a very high prioritization of the DeNOx regeneration requirement in the range below a speed threshold value, which is typically always relevant when the vehicle is parked and is not reached, but otherwise does not correspond to the driver's desired use. The speed threshold is preferably at most 30 km/h, 25 km/h, 20 km/h or 15 km/h. A low speed range is passed through each time before the internal combustion engine is switched off, but usually rarely during a journey, so that if the speed falls below such a low threshold value, there is a high probability that the internal combustion engine will be switched off.

Eine derartige Regeneration dauert in der Regel allenfalls einige Sekunden, so dass das zur Verfügung stehende Zeitfenster (ab Unterschreitung des Geschwindigkeitsschwellwerts bis zum Abstellen der Brennkraftmaschine) ausreichend für die Regeneration ist. Ferner kann eine hohe Priorisierung schon bei sehr niedriger NOx-Beladung appliziert werden, so dass für den folgenden Fahrzyklus eine möglichst niedrige Beladung mit möglichst hoher NOx-Einspeichereffizienz zur Verfügung gestellt werden kann. Dadurch können die Startemissionen, die häufig einen Großteil der Gesamtemissionen an NOx eines Fahrtzyklus ausmachen, zuverlässig gesenkt werden, da die Brennkraftmaschine mit dieser Strategie nahezu immer mit praktisch leerem NOx-Speicher abgestellt wird, so dass zu Beginn eines nachfolgenden Fahrzyklus die maximale Speicherkapazität zur Verfügung steht.Such a regeneration usually lasts a few seconds at most, so that the available time window (from falling below the speed threshold value until the internal combustion engine is switched off) is sufficient for the regeneration. Furthermore, a high prioritization can be applied even at a very low NO x loading, so that the lowest possible loading with the highest possible NO x storage efficiency can be made available for the following driving cycle. As a result, the starting emissions, which often make up a large part of the total emissions of NO x in a driving cycle, can be reliably reduced, since with this strategy the internal combustion engine is almost always switched off with a practically empty NO x storage device, so that the maximum storage capacity is reached at the beginning of a subsequent driving cycle is available.

Im Einzelnen umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit einem Speicherkatalysator, der zumindest zur Speicherung von Stickstoffoxiden eingerichtet ist, ein Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit, ein Ermitteln eines aktuellen Füllstands von Stickstoffoxiden in dem Speicherkatalysator, und ein Anfordern eines Leerens des Speicherkatalysators , wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmbaren Geschwindigkeitsschwellwert unterschreitet und zugleich der ermittelte Füllstand einen vorbestimmbaren Füllstandsschwellwert überschreitet. Dadurch kann mit vorhersagbarer Sicherheit eine Speicherentleerung vor dem Abstellen der Brennkraftmaschine durchgeführt werden, so dass bei einem nachfolgenden Fahrtzyklus die maximale Speicherkapazität (Nennkapazität) zur Verfügung steht, was gerade in Kaltstartphasen einen erheblichen Emissionsvorteil bringt.In detail, a method according to the invention for operating an internal combustion engine of a vehicle with a storage catalytic converter which is set up at least for storing nitrogen oxides comprises determining a vehicle speed, determining a current filling level of nitrogen oxides in the storage catalytic converter, and requesting emptying of the storage catalytic converter if the vehicle speed falls below a predeterminable speed threshold value and at the same time the ascertained fill level exceeds a predeterminable fill level threshold value. As a result, the storage tank can be emptied before the internal combustion engine is switched off with predictable safety, so that the maximum storage capacity (rated capacity) is available in a subsequent driving cycle, which brings a considerable emission advantage, especially in cold-start phases.

Das Anfordern des Leerens des Speicherkatalysators kann insbesondere direkt ein Ansteuern der Brennkraftmaschine zum Erzeugen eines fetten Abgases beinhalten. Es kann aber alternativ oder zusätzlich auch indirekt ein Bestimmen und Ausgeben eines Anforderungswerts in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Füllstand umfassen. Auf diese Weise können auch andere Fahrzeugfunktionen, die eine NSC-Regeneration/Speicherentleerung mittels eigener Anforderungswerte anfordern können, berücksichtigt werden. Beispielsweise kann eine Anforderung abhängig von unterschiedlichen Parametern bzw. Fahrzuständen wie Abgastemperaturen, Motorbetriebspunkt, Umweltbedingungen, Fahrprofil usw. erfolgen, und in einer „Regenerationslogik“ eine Günstigkeitsbewertung durchgeführt und eine NSC-Regeneration anhand von mehreren Anforderungswerten aus unterschiedlichen Quellen in einer finalen Anforderung gebündelt und dann final angefordert werden.Requesting that the storage catalytic converter be emptied can, in particular, directly include activation of the internal combustion engine to generate a rich exhaust gas. However, as an alternative or in addition, an indirect determination and output can also be made ben include a requirement value depending on the vehicle speed and the fill level. In this way, other vehicle functions that can request NSC regeneration/memory emptying using their own request values can also be taken into account. For example, a request can be made depending on different parameters or driving conditions such as exhaust gas temperatures, engine operating point, environmental conditions, driving profile, etc., and a feasibility evaluation can be carried out in a "regeneration logic" and an NSC regeneration can be bundled in a final request based on several request values from different sources and then finally requested.

Die Abhängigkeit des Anforderungswerts vom Füllstand kann beispielsweise monoton steigend sein, z.B. linear oder allgemein polynomial, wobei der Anforderungswert mit steigendem Füllstand zunimmt.The dependency of the required value on the fill level can, for example, increase monotonically, e.g. linearly or generally polynomial, with the required value increasing as the fill level rises.

Die Abhängigkeit des Anforderungswerts von der Geschwindigkeit kann beispielsweise monoton fallend sein, z.B. linear oder allgemein polynomial, wobei der Anforderungswert mit steigender Geschwindigkeit abnimmt.The dependency of the requirement value on the speed can, for example, be monotonically decreasing, e.g. linear or generally polynomial, with the requirement value decreasing as the speed increases.

Vorteilhafterweise kann auch ein Festlegen des Füllstandsschwellwerts in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgen, wobei die Abhängigkeit insbesondere monoton steigend ist, z.B. linear oder allgemein polynomial, wobei der Füllstandsschwellwert mit steigender Geschwindigkeit zunimmt. Dadurch kann eine Regeneration besonders zielgerichtet durchgeführt werden und unnötige Verbrauchssteigerungen durch erhöhte bzw. gehäufte Regenerationsanforderung vermieden werden.Advantageously, the filling level threshold value can also be defined as a function of the vehicle speed, with the dependency increasing monotonically, e.g. linearly or generally polynomially, with the filling level threshold value increasing with increasing speed. As a result, regeneration can be carried out in a particularly targeted manner and unnecessary increases in consumption due to increased or frequent regeneration requests can be avoided.

Das Verfahren kann ferner ein Ermitteln zumindest eines Betriebsparameters, der insbesondere eine aktuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder eine aktuelle geographische Position des Fahrzeugs und/oder eine aktuelle Temperatur des Speicherkatalysators oder einer anderen Komponente des Fahrzeugs umfasst, und ein Festlegen des Geschwindigkeitsschwellwerts und/oder Füllstandsschwellwerts in Abhängigkeit von dem zumindest einen Betriebsparameter umfassen. Dies sind besonders aussagekräftige Parameter für eine Vorhersage eines bevorstehenden Abschaltens der Brennkraftmaschine bzw. zur Beurteilung des Speicherfüllstands.The method can also determine at least one operating parameter, which includes in particular a current speed of the internal combustion engine and/or a current geographic position of the vehicle and/or a current temperature of the storage catalytic converter or another component of the vehicle, and setting the speed threshold value and/or Level threshold depending on the at least include one operating parameter. These are particularly meaningful parameters for predicting an impending shutdown of the internal combustion engine or for assessing the storage level.

In einigen Ausgestaltungen kann das Verfahren ein Verhindern, dass die Brennkraftmaschine ein fettes Abgas erzeugt, umfassen, wenn ein SCR-Katalysator stromab des Speicherkatalysators eine Temperatur unterhalb seiner Mindestbetriebstemperatur aufweist. Dadurch kann eine Regeneration der Speicherkomponente erst dann durchgeführt werden, wenn durch die Regeneration freigesetztes Stickstoffoxid (z.B. desorbiertes NOx) stromab des Speicherkatalysators konvertiert werden kann. Auch kann, konträr zu herkömmlichen Verfahren, bei bereits heißem Abgasnachbehandlungssystem (z.B. T > 200 °C) trotzdem eine hohe Priorisierung der Regeneration bei niedriger Geschwindigkeit appliziert werden, um das Abgasnachbehandlungssystem entsprechend für einen nachfolgenden Kaltstart (nach Abstellen der Brennkraftmaschine und Abkühlen) vorzubereiten.In some forms, the method may include preventing the internal combustion engine from producing a rich exhaust gas when an SCR catalyst downstream of the storage catalyst is at a temperature below its minimum operating temperature. As a result, regeneration of the storage component can only be carried out when nitrogen oxide released by the regeneration (eg desorbed NO x ) can be converted downstream of the storage catalyst. In contrast to conventional methods, when the exhaust aftertreatment system is already hot (e.g. T > 200 °C), a high priority can still be given to regeneration at low speed in order to prepare the exhaust aftertreatment system accordingly for a subsequent cold start (after switching off the internal combustion engine and cooling down).

In einigen Ausgestaltungen kann das Verfahren ein Steuern einer elektrischen Maschine zur Erzeugung eines Drehmoments umfassen, das den Fettbetrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht bzw. unterstützt. Dies ist besonders bei Magermotoren mit Selbst- oder Fremdzündung (z.B. Dieselmotor) vorteilhaft, da diese sonst nur schwierig in einem Fettbetrieb betrieben werden können. Bei Ottomotoren kann dies jedoch ebenso eingesetzt werden. Beispielsweise kann bei Bergauffahrten ein hohes Drehmoment erforderlich sein, was bei reinem Verbrennungsbetrieb gegebenenfalls einen Fettbetrieb der Brennkraftmaschine ausschließt. Wird eine elektrische Maschine in einer derartigen Situation zur Bereitstellung von (zusätzlichem) Drehmoment verwendet, kann die Regeneration auch in solchen Situationen durchgeführt werden, in denen dies ansonsten unmöglich oder nur unter Inkaufnahme anderer Nachteile (z.B. stark erhöhter Kraftstoffverbrauch, Leistungseinbruch, ...) möglich wäre. Dies ist im Falle von hybridelektrischen Fahrzeugen (Traktionsmotor) besonders vorteilhaft, kann jedoch unter Umständen auch unter Verwendung einer elektrischen Andrehvorrichtung (z.B. Startermotor, Startergenerator) umgesetzt werden.In some configurations, the method can include controlling an electric machine to generate a torque that enables or supports rich operation of the internal combustion engine. This is particularly advantageous for lean-burn engines with self-ignition or external ignition (e.g. diesel engines), as these would otherwise be difficult to operate in rich mode. However, this can also be used in Otto engines. For example, when driving uphill, a high torque may be required, which may rule out rich operation of the internal combustion engine in pure combustion operation. If an electric machine is used in such a situation to provide (additional) torque, regeneration can also be carried out in situations in which this would otherwise be impossible or only at the expense of other disadvantages (e.g. greatly increased fuel consumption, drop in performance, ...). it is possible. This is particularly advantageous in the case of hybrid-electric vehicles (traction motor), but under certain circumstances it can also be implemented using an electrical cranking device (e.g. starter motor, starter generator).

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, e.g. a control unit of a motor vehicle, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.

Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of a method according to the invention in the form of a computer program or computer program product with program code for carrying out all method steps is advantageous because this causes particularly low costs, especially if an executing control unit is also used for other tasks and is therefore available anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the attached drawing.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is shown schematically in the drawing using an exemplary embodiment and is described below with reference to the drawing.

Figurenlistecharacter list

  • 1 zeigt ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem Abgasnachbehandlungssystem in schematischer Darstellung. 1 shows a vehicle with an internal combustion engine and an exhaust gas aftertreatment system in a schematic representation.
  • 2 zeigt ein stark vereinfachtes Flussdiagramm einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 shows a greatly simplified flowchart of an advantageous embodiment of a method according to the invention.

Ausführungsform(en) der Erfindungembodiment(s) of the invention

In 1 ist ein Fahrzeug, das im Rahmen der Erfindung verwendet werden kann schematisch dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Das Fahrzeug 100 weist eine Brennkraftmaschine 110, ein Abgasnachbehandlungssystem 140 mit zumindest einem Katalysator 142 sowie eine Antriebsachse 150, die von der Brennkraftmaschine mit Antriebsenergie versorgt wird, auf. Ein Steuergerät 115 steuert den Betrieb der Brennkraftmaschine 110. Das Fahrzeug 100 weist in dem dargestellten Beispiel ferner ein Getriebe 120 auf, das zwischen die Brennkraftmaschine 110 und die Antriebsachse 150 geschaltet ist und ggf. datenleitend mit dem Steuergerät verbunden ist.In 1 1 is a vehicle that can be used within the scope of the invention, shown schematically and denoted by 100 in its entirety. Vehicle 100 has an internal combustion engine 110, an exhaust gas aftertreatment system 140 with at least one catalytic converter 142 and a drive axle 150, which is supplied with drive energy by the internal combustion engine. A control unit 115 controls the operation of internal combustion engine 110. In the example shown, vehicle 100 also has a transmission 120, which is connected between internal combustion engine 110 and drive axle 150 and is optionally connected to the control unit in a data-conducting manner.

Das Abgasnachbehandlungssystem 140 umfasst neben dem Katalysator 142 in dem dargestellten Beispiels jeweils einen Abgassensor stromauf 145 und stromab 147 des Katalysators 142. Die Abgassensoren 145, 147 sind zur Überwachung einer Zusammensetzung des Abgases der Brennkraftmaschine 110 eingerichtet und können beispielsweise in Form von Lambdasonden bereitgestellt werden. Der Katalysator 142 umfasst zumindest eine Speicherkomponente zur zeitweisen Speicherung von Stickstoffoxid(en) NOx. Vorzugsweise umfasst das Abgasnachbehandlungssystem 140 bzw. der Katalysator 142 stromab der Speicherkomponente einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickstoffoxiden (SCR; nicht explizit dargestellt).In addition to the catalytic converter 142, the exhaust gas aftertreatment system 140 in the example shown includes an exhaust gas sensor upstream 145 and downstream 147 of the catalytic converter 142. The exhaust gas sensors 145, 147 are set up to monitor the composition of the exhaust gas from the internal combustion engine 110 and can be provided, for example, in the form of lambda sensors. The catalytic converter 142 comprises at least one storage component for the temporary storage of nitrogen oxide(s) NO x . Exhaust gas aftertreatment system 140 or catalytic converter 142 preferably includes a catalytic converter for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR; not explicitly shown) downstream of the storage component.

In 2 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch anhand eines stark vereinfachten Flussdiagramms dargestellt und insgesamt mit 200 bezeichnet.In 2 an advantageous embodiment of a method according to the invention is shown schematically using a greatly simplified flow chart and is denoted overall by 200 .

In einem ersten Schritt 210 des Verfahrens 200 wird ein Füllstand des Katalysators 142 in Bezug auf NOx ermittelt. Dazu können beispielsweise Daten der Abgassensoren 145, 147 verwendet und, beispielsweise auf Basis eines Modells des Katalysators, ein relativer Anteil von belegten Speicherplätzen der Speicherkomponente berechnet werden. Ist der Füllstand höher als ein vorbestimmter Schwellwert, der beispielsweise 10 % der Speicherkapazität betragen kann, so fährt das Verfahren 200 mit einem zweiten Schritt 220 fort.In a first step 210 of method 200, a filling level of catalytic converter 142 with regard to NO x is determined. For this purpose, for example, data from the exhaust gas sensors 145, 147 can be used and, for example on the basis of a model of the catalytic converter, a relative proportion of occupied storage locations of the storage component can be calculated. If the fill level is higher than a predetermined threshold value, which can be 10% of the storage capacity, for example, then the method 200 continues with a second step 220 .

In dem zweiten Schritt 220 wird zumindest ein Betriebsparameter des Fahrzeugs 100 ermittelt, aus dem sich eine Wahrscheinlichkeit für ein bevorstehendes Abstellen der Brennkraftmaschine 110 ableiten lässt. Der zumindest eine Betriebsparameter umfasst zumindest eine Fahrzeuggeschwindigkeit, die beispielsweise anhand von Daten des Getriebes 120 und/oder der Brennkraftmaschine 110 ermittelt werden kann. Beispielsweise kann mittels eines aktuell eingestellten Übersetzungsverhältnisses und einer aktuellen Drehzahl die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 berechnet werden. Selbstverständlich kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auch mittels eines entsprechend kalibrierten Sensors direkt gemessen werden, beispielsweise anhand einer Rotationsgeschwindigkeit einer Abtriebswelle des Getriebes 120 in Verbindung mit einem festgelegten Umrechnungsfaktor, der von der Radgröße abhängt und fahrzeugindividuell feststeht. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist für die Vorhersage eines bevorstehenden Abstellens der Brennkraftmaschine 110 ein sehr geeigneter Parameter, da ein gewisser Bereich niedriger Geschwindigkeiten praktisch immer durchschritten wird, bevor die Brennkraftmaschine 110 abgeschaltet wird. Beispielsweise wird sich das Fahrzeug 100 in der Regel mit einer Geschwindigkeit von unter 20 km/h bewegen, bevor die Brennkraftmaschine 110 abgestellt wird. Gleichzeitig ist eine solche Geschwindigkeit eher selten zu erwarten, wenn ein Abschalten der Brennkraftmaschine nicht bevorsteht.In the second step 220, at least one operating parameter of the vehicle 100 is determined, from which a probability of an impending shutdown of the internal combustion engine 110 can be derived. The at least one operating parameter includes at least one vehicle speed, which can be determined, for example, using data from transmission 120 and/or internal combustion engine 110 . For example, the speed of vehicle 100 can be calculated using a currently set transmission ratio and a current speed. Of course, the speed of the vehicle can also be measured directly using a correspondingly calibrated sensor, for example using a rotational speed of an output shaft of transmission 120 in conjunction with a fixed conversion factor that depends on the wheel size and is specific to the vehicle. The speed of the vehicle is a very suitable parameter for predicting an imminent shutdown of the internal combustion engine 110, since a certain range of low speeds is practically always passed before the internal combustion engine 110 is switched off. For example, the vehicle 100 will typically be moving at a speed of less than 20 km/h before the engine 110 is switched off. At the same time, such a speed is to be expected rather seldom if the internal combustion engine is not about to be switched off.

Auch andere Betriebsparameter können zusätzlich herangezogen werden, um das Bevorstehen eines Abstellens der Brennkraftmaschine 110 möglichst sicher vorherzusagen, beispielsweise eine aktuelle geographische Position, oder erlernte Bewegungsmuster, die typischerweise fahrerindividuell sein können. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist jedoch ein besonders sicherer Indikator, da dieser nicht von fahrerindividuellem Verhalten abhängt und so auch bei einem größeren Nutzerkreis eines Fahrzeugs (beispielsweise ein Fuhrparkfahrzeug) zuverlässig funktioniert.Other operating parameters can also be additionally used in order to predict the impending shutdown of internal combustion engine 110 as reliably as possible, for example a current geographic position or learned movement patterns, which can typically be individual to the driver. However, the speed of the vehicle is a particularly reliable indicator, since it does not depend on the individual driver's behavior and thus also functions reliably with a larger group of users of a vehicle (for example a fleet vehicle).

Deutet der bzw. deuten die in Schritt 220 ermittelte(n) Betriebsparameter auf ein bevorstehendes Abschalten der Brennkraftmaschine hin, wird also beispielsweise eine vorbestimmte Geschwindigkeitsschwelle unterschritten, so fordert das Verfahren eine Regeneration des Speicherkatalysators 142 an. Dazu kann beispielsweise ein Anforderungswert an das Steuergerät 115 ausgegeben werden. Der Anforderungswert kann umso höher sein, je stärker der entsprechende Schwellwert über- bzw. unterschritten wird, wodurch sich eine entsprechend stärkere Priorisierung der Regeneration, insbesondere gegenüber anderen Steuerungszielsetzungen, ergibt. Insbesondere fährt das Verfahren 200 nach Anforderung einer Regeneration des Speicherkatalysators 142 gemäß der Priorisierung mit einem Regenerationsschritt 230 fort. Steht jedoch auf Basis des bzw. der ermittelten Betriebsparameter ein Abschalten der Brennkraftmaschine nicht bevor, so kann das Verfahren 200 zu dem ersten Schritt 210 zurückkehren.If the operating parameter(s) determined in step 220 indicate an imminent shutdown of the internal combustion engine, ie if the speed falls below a predetermined threshold, for example, then the method calls for regeneration of the storage catalytic converter 142 on. For this purpose, for example, a request value can be output to control unit 115 . The requirement value can be all the higher, the more the corresponding threshold value is exceeded or not reached, which results in a correspondingly stronger prioritization of the regeneration, in particular compared to other control objectives. In particular, after a regeneration of storage catalytic converter 142 has been requested, method 200 continues with a regeneration step 230 according to the prioritization. However, if the internal combustion engine is not about to be switched off on the basis of the operating parameter(s) determined, method 200 can return to first step 210 .

In dem Regenerationsschritt 230 wird die Brennkraftmaschine zum Erzeugen eines fetten Abgases angesteuert, um in dem Katalysator 142 eingespeicherte Stickstoffoxide NOx zu reduzieren. Dadurch kann der Stickstoffoxidspeicher geleert werden, bevor die Brennkraftmaschine 110 abgestellt wird, so dass am Beginn eines nachfolgenden Betriebszyklus (also insbesondere in einer Betriebsphase, in der das Abgasnachbehandlungssystem 140 noch kalt ist und daher nicht zur Konversion von Stickstoffoxiden einsatzbereit ist) im Wesentlichen die gesamte Speicherkapazität für Stickstoffoxide zur Verfügung steht, so dass die Kaltstartemissionen des Fahrzeugs 100, die in der Regel einen Großteil der Gesamtemissionen in Bezug auf Stickstoffoxide ausmachen, erheblich gesenkt werden können. Insbesondere kann das Verfahren 200 dazu einen Schritt 225 umfassen, in dem eine Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems 140 ermittelt wird, und nur dann mit Schritt 230 fortfahren, wenn die Temperatur über einer Minimalbetriebstemperatur liegt.In regeneration step 230, the internal combustion engine is activated to produce a rich exhaust gas in order to reduce nitrogen oxides NOx stored in catalytic converter 142. As a result, the nitrogen oxide store can be emptied before the internal combustion engine 110 is switched off, so that at the beginning of a subsequent operating cycle (i.e. in particular in an operating phase in which the exhaust gas aftertreatment system 140 is still cold and therefore not ready for the conversion of nitrogen oxides) essentially the entire Storage capacity for nitrogen oxides is available, so that the cold start emissions of the vehicle 100, which usually make up a large part of the total emissions in terms of nitrogen oxides, can be significantly reduced. In particular, the method 200 can include a step 225 in which a temperature of the exhaust gas aftertreatment system 140 is determined, and only continue with step 230 if the temperature is above a minimum operating temperature.

Nach erfolgter Regeneration 230 kann das Verfahren 200 zu dem Schritt 210 zurückkehren.After the regeneration 230 has taken place, the method 200 can return to the step 210 .

Zusammenfassend ergibt sich damit eine zu herkömmlichen Strategien inverse Regenerationsstrategie, da üblicherweise bei hohen Geschwindigkeiten bevorzugt regeneriert wird, um einen möglichst geringen Mehrverbrauch an Kraftstoff zu ermöglichen. Ferner kann bei kaltem Abgasnachbehandlungssystem 140 möglichst keine Regeneration durchgeführt werden, um Emissionen durch desorbierende Stickstoffoxide zu vermeiden. Auch dies stellt eine Inversion herkömmlicher Strategien dar, da üblicherweise bei kaltem Abgasnachbehandlungssystem 140 (also auch kalten SCR-Katalysatoren; nicht in der Figur dargestellt) ein niedriger Maximalfüllstand bzw. eine hohe Regenerationspriorisierung vorgegeben wird, um eine möglichst hohe Einspeichereffizienz zu gewährleisten. Im Rahmen der Erfindung kann jedoch auf eine solch hohe Regenerationspriorisierung verzichtet werden, da im Wesentlichen die komplette Speicherfähigkeit der NOx-Speicherkomponente zur Verfügung steht und somit sichergestellt werden kann, dass das Abgasnachbehandlungssystem 140 vor Ausschöpfen der Gesamtspeicherkapazität auf Betriebstemperatur erwärmt ist. Daher wird auch hier im Vergleich zu herkömmlichen Vorgehensweisen ein Emissionsvorteil erzielt, da eine Regeneration 230 im Rahmen der Erfindung in der Regel erst dann durchgeführt wird, wenn der SCR-Katalysator stromab des Speicherkatalysators 142 betriebsbereit ist und somit eventuell desorbierende Stickstoffoxide unschädlich machen kann.In summary, this results in a regeneration strategy that is inverse to conventional strategies, since regeneration is usually preferred at high speeds in order to enable the lowest possible additional fuel consumption. Furthermore, if possible, no regeneration can be carried out when the exhaust gas aftertreatment system 140 is cold, in order to avoid emissions due to desorbing nitrogen oxides. This also represents an inversion of conventional strategies, since usually when the exhaust gas aftertreatment system 140 is cold (i.e. also cold SCR catalytic converters; not shown in the figure), a low maximum filling level or a high regeneration prioritization is specified in order to ensure the highest possible storage efficiency. In the context of the invention, however, such a high regeneration prioritization can be dispensed with, since essentially the complete storage capacity of the NOx storage component is available and it can thus be ensured that the exhaust gas aftertreatment system 140 is heated to operating temperature before the total storage capacity is exhausted. Therefore, an emission advantage is also achieved here compared to conventional procedures, since a regeneration 230 within the scope of the invention is usually only carried out when the SCR catalytic converter downstream of the storage catalytic converter 142 is ready for operation and can thus render any desorbing nitrogen oxides harmless.

Es sei betont, dass die hierin angegebene Reihenfolge der Schritte rein beispielhaft zu Illustrationszwecken zu verstehen ist, und dass einige der Schritte auch in anderer, beispielsweise umgekehrter, Reihenfolge oder parallel zueinander durchgeführt werden können. Auch eine kontinuierliche Durchführung, also ein Verzichten auf definierte Schritte, ist gegebenenfalls vorteilhaft. Beispielsweise können auch als Beispiel angegebene Schwellwerte sich gegenseitig beeinflussen, so dass z.B. der genannte Füllstandsschwellwert von der Wahrscheinlichkeit für ein Abstellen der Brennkraftmaschine 110 abhängen kann. Insbesondere kann beispielsweise bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten (z.B. unter 12 km/h) ein niedrigerer Füllstandsschwellwert (z.B. 10 %) verwendet werden als bei höheren Geschwindigkeiten (z.B. zwischen 15 und 25 km/h; 20%). Bei kaltem Abgasnachbehandlungssystem kann der Füllstandsschwellwert auch sehr drastisch angehoben werden (z.B. 90 %), um eine Regeneration mit einem Risiko der unkonvertierten Desorption von Stickstoffoxiden zu vermeiden.It should be emphasized that the order of the steps given herein is to be understood as purely exemplary for purposes of illustration and that some of the steps may also be performed in a different order, for example in reverse, or in parallel with one another. Continuous implementation, ie doing without defined steps, may also be advantageous. For example, threshold values given as an example can also influence one another, so that, for example, the filling level threshold value mentioned can depend on the probability that internal combustion engine 110 will be switched off. In particular, for example at very low speeds (e.g. below 12 km/h) a lower level threshold value (e.g. 10%) can be used than at higher speeds (e.g. between 15 and 25 km/h; 20%). When the exhaust aftertreatment system is cold, the filling level threshold can also be raised very drastically (e.g. 90%) in order to avoid regeneration with a risk of unconverted desorption of nitrogen oxides.

Claims (11)

Verfahren (200) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (110) eines Fahrzeugs (100) mit einem Speicherkatalysator (142), der zumindest zur Speicherung von Stickstoffoxiden eingerichtet ist, umfassend: Ermitteln (220) einer Fahrzeuggeschwindigkeit, Ermitteln (210) eines aktuellen Füllstands von Stickstoffoxiden in dem Speicherkatalysator (142), und Anfordern eines Leerens des Speicherkatalysators (142), wenn die ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmbaren Geschwindigkeitsschwellwert unterschreitet und zugleich der ermittelte Füllstand einen vorbestimmbaren Füllstandsschwellwert überschreitet.Method (200) for operating an internal combustion engine (110) of a vehicle (100) with a storage catalytic converter (142), which is set up at least for storing nitrogen oxides, comprising: determining (220) a vehicle speed, Determining (210) a current fill level of nitrogen oxides in the storage catalytic converter (142), and Requesting that the storage catalytic converter (142) be emptied if the determined vehicle speed falls below a predeterminable speed threshold value and at the same time the determined fill level exceeds a predeterminable fill level threshold value. Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei das Anfordern des Leerens des Speicherkatalysators (142) ein Ansteuern (230) der Brennkraftmaschine (110) zum Erzeugen eines fetten Abgases umfasst.Method (200) according to claim 1 , wherein the request for emptying the storage catalytic converter (142) includes a triggering (230) of the internal combustion engine (110) to generate a rich exhaust gas. Verfahren (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Anfordern des Leerens des Speicherkatalysators (142) ein Bestimmen und Ausgeben eines Anforderungswerts in Abhängigkeit von der ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit und von dem ermittelten Füllstand umfasst.Method (200) according to claim 1 or 2 , wherein the request for emptying the storage catalytic converter (142) comprises determining and outputting a request value as a function of the determined vehicle speed and the determined filling level. Verfahren (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein Festlegen des Füllstandsschwellwerts in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit.Method (200) according to any one of the preceding claims, comprising setting the level threshold as a function of the vehicle speed. Verfahren (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Geschwindigkeitsschwellwert höchstens 30 km/h, 25 km/h, 20 km/h oder 15 km/h ist.A method (200) according to any one of the preceding claims, wherein the speed threshold is at most 30 km/h, 25 km/h, 20 km/h or 15 km/h. Verfahren (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend Erfassen zumindest eines Betriebsparameters, der insbesondere eine aktuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine (110) und/oder eine aktuelle geographische Position des Fahrzeugs (100) und/oder eine aktuelle Temperatur des Speicherkatalysators (142) oder einer anderen Komponente des Fahrzeugs (100) umfasst, und Festlegen des Geschwindigkeitsschwellwerts und/oder des Füllstandsschwellwerts in Abhängigkeit von dem zumindest einen Betriebsparameter.A method (200) according to any one of the preceding claims, further comprising Detecting at least one operating parameter, which includes in particular a current speed of the internal combustion engine (110) and/or a current geographic position of the vehicle (100) and/or a current temperature of the storage catalytic converter (142) or another component of the vehicle (100), and Defining the speed threshold and/or the filling level threshold as a function of the at least one operating parameter. Verfahren (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein Verhindern, dass die Brennkraftmaschine (110) ein fettes Abgas erzeugt, wenn ein SCR-Katalysator stromab einer Speicherkomponente des Speicherkatalysators (142) eine Temperatur unterhalb seiner Mindestbetriebstemperatur aufweist (225).Method (200) according to any one of the preceding claims, comprising preventing the internal combustion engine (110) from producing a rich exhaust gas when an SCR catalytic converter downstream of a storage component of the storage catalytic converter (142) has a temperature below its minimum operating temperature (225). Verfahren (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein Ansteuern einer elektrischen Maschine zur Erzeugung eines Drehmoments zur Unterstützung der Brennkraftmaschine (110).Method (200) according to any one of the preceding claims, comprising driving an electric machine to generate a torque to support the internal combustion engine (110). Recheneinheit (115), die dazu eingerichtet ist, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Arithmetic unit (115) which is set up to carry out all method steps of a method (200) according to one of the preceding claims. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (115) dazu veranlasst, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (115) ausgeführt wird.Computer program that causes a computing unit (115) to perform all method steps of a method (200) according to one of Claims 1 until 8th to be performed when it is executed on the computing unit (115). Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 10.Machine-readable storage medium with a computer program stored on it claim 10 .
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