DE19736967A1 - Method and arrangement for monitoring NOx reservoir in combustion engine esp diesel engine exhaust gas output line - Google Patents
Method and arrangement for monitoring NOx reservoir in combustion engine esp diesel engine exhaust gas output lineInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Anordnung sowie eine Vorrichtung zur Überwachung eines regenerierbaren NOx-Speichers in einem Abgasstrang, durch den ein NOx-haltiges Gas strömt. Die Erfindung ist insbesondere bei der Überwachung von Abgas einer Verbrennungskraftma schine einsetzbar, insbesondere Diesel- und Magermotoren.The present invention relates to a method, an arrangement and a Device for monitoring a regenerable NOx storage in one Exhaust line through which a gas containing NOx flows. The invention is especially when monitoring exhaust gas from an internal combustion engine can be used, especially diesel and lean engines.
Das zunehmende Umweltbewußtsein und die damit einhergehende immer strenger werdende Abgasgesetzgebung macht es erforderlich, daß als schäd lich eingestufte Abgaskomponenten weitestgehend reduziert werden. Der heute in Kraftfahrzeugen übliche Dreiwege-Katalysator ist in der Lage, Kohlenmon oxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickstoffoxide (NOx) umzusetzen. Eine Überwachung und Steuerung des Katalysators erfolgt z. B. mittels einer Sauerstoff-Sonde. Diese nimmt den Restsauerstoffgehalt im Abgas auf, woraus das Luft-Brennstoff-Verhältnis des dem Motor zuzuführenden Gemi sches eingestellt wird. Durch entsprechende Regelung des Restsauerstoff gehaltes wird sichergestellt, daß der Katalysator die Abgase in ausreichender Weise umsetzt. Weiterhin ist es ebenfalls bekannt, das Temperaturprofil am Katalysator zu ermitteln und dieses als Warn- oder Steuergröße zu ver wenden. Eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens gestattet es, die bei der katalytischen Reaktion freiwerdende Wärmemenge zu ermitteln und mittels einer, dem Katalysator nachgeschalteten Lambda-Sonde über eine Entropie betrachtung auf das Abgasverhalten des Motors zurückzuschließen. Die soeben beschriebenen drei verschiedenen Möglichkeiten, einen Dreiwege- Katalysator zu überwachen, werden in der EP 0 298 240 B1 beschrieben.The increasing environmental awareness and the accompanying always Stricter exhaust gas legislation requires that it be harmful classified exhaust components are largely reduced. The one today Three-way catalytic converter common in motor vehicles is capable of carbon mon oxide (CO), hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx). Monitoring and control of the catalyst is carried out, for. B. by means of a Oxygen probe. This absorbs the residual oxygen content in the exhaust gas, from which the air-fuel ratio of the Gemi to be fed to the engine is set. By appropriate regulation of the residual oxygen Content is ensured that the catalyst has sufficient exhaust gases Implemented wisely. Furthermore, it is also known that the temperature profile on Determine catalyst and ver this as a warning or control variable turn. A further development of this procedure allows that at to determine the amount of heat released by the catalytic reaction and by means of an oxygen sensor downstream of the catalytic converter via entropy consideration of the exhaust gas behavior of the engine. The three different ways just described, a three-way Monitoring catalyst is described in EP 0 298 240 B1.
Insbesondere während der Kaltstartphase fällt bei einer Verbrennungskraftma schine ein erhöhter Schadstoffausstoß an. Um diesen zu reduzieren, werden beheizte Katalysatoren im Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine angesetzt. Der Betrieb eines derartigen Katalysators geht zum Beispiel aus der WO 93/17228 bzw. der dazu äquivalenten EP 0 628 134 B1 hervor. Die Verwendung von Adsorbern zur Speicherung von während der Startphase anfallenden unverbrannten Kohlenwasserstoffen und deren Freigabe bei betriebsheißem Katalysator gehört ebenfalls zum Stand der Technik. Beides wird beispielsweise in der EP 0 485 179 beschrieben. Gerade für die katalytische Umsetzung von Stickstoffoxiden haben sich Zeolithe und andere Werkstoffe als geeignet erwiesen, die auch als Kohlenwasserstoff-Speicher einsetzbar sind. Geeignete Katalysatoren werden beispielsweise in der EP 0 459 396 und der EP 0 286 967 offenbart.In particular, during the cold start phase, an internal combustion engine falls seem to an increased pollutant emissions. To reduce this, be heated catalysts in the exhaust line of an internal combustion engine scheduled. The operation of such a catalytic converter goes out, for example WO 93/17228 or EP 0 628 134 B1 equivalent thereto. The use of adsorbers for storage during the start phase resulting unburned hydrocarbons and their release hot catalyst is also part of the prior art. Both is described for example in EP 0 485 179. Especially for them Zeolites and others have catalytic conversion of nitrogen oxides Materials proven to be suitable which also serve as hydrocarbon storage can be used. Suitable catalysts are described, for example, in EP 0 459 396 and EP 0 286 967.
Die Betriebsfähigkeit eines Katalysators wird also, wie oben beschrieben, dadurch überwacht, daß seine katalytische Wirkung während des Betriebes überprüft wird. Verschiedene Verfahren dazu werden in der WO 92/03643 bzw. der dazu äquivalenten EP 0 545 976 B1, der WO 94/21902, der WO 91/14855 bzw. der dazu äquivalenten EP 0 521 052 B1, der WO 92/03642 bzw. der dazu äquivalenten EP 0 545 974 B1 und der DE 26 43 739 beschrieben. Letztere offenbart beispielsweise, wie über eine Temperaturver gleichsmessung mit Hilfe zweier Temperaturfühler die am Katalysator ablau fende Reaktion gemessen wird. Die so ermittelte Temperaturdifferenz gibt einen Hinweis darauf, ob der Katalysator noch funktionsfähig ist oder nicht. The operability of a catalytic converter is therefore, as described above, monitored by its catalytic action during operation is checked. Various methods for this are described in WO 92/03643 or the equivalent EP 0 545 976 B1, WO 94/21902, WO 91/14855 or the equivalent EP 0 521 052 B1, WO 92/03642 or the equivalent EP 0 545 974 B1 and DE 26 43 739 described. The latter discloses, for example, how about a Temperaturver equal measurement with the help of two temperature sensors that ablau at the catalyst reaction is measured. The temperature difference determined in this way gives an indication of whether the catalytic converter is still functional or not.
Diese Art der Temperaturüberwachung ist nicht nur bei einem Hauptkatalysa tor, sondern auch bei einem Vorkatalysator anwendbar.This type of temperature monitoring is not only for a main catalytic converter gate, but also applicable to a pre-catalyst.
Ein Temperaturmeßfühler zur Überwachung ist beispielsweise bei aus teilwei se strukturierten Blechlagen aufgebauten Wabenkörpern zwischen diesen anbringbar. Dieses ist in der EP 0 603 221 B1 beschrieben.A temperature sensor for monitoring is, for example, in part structured sheet metal layers built honeycomb bodies between them attachable. This is described in EP 0 603 221 B1.
Die Betriebsweise von Katalysatoren hängt von der Betriebsweise der Ver brennungskraftmaschine ab. Bei stationären Verbrennungskraftmaschinen ist in Deutschland die TA-Luft die einzuhaltende Verordnung. Da die Stick oxidbegrenzung von der Brennstoffwärmeleistung der Verbrennungskraftanlage und von der Motorenart abhängt, führte der Gesetzgeber eine sogenannte Dynamisierungsklausel für Selbstzündungsmotoren ein: Entsprechend dem Stand der Technik sind motorische und andere Maßnahmen zur Verminde rung von Emissionen auszuschöpfen. Hintergrund der Dynamisierungsklausel war der 1985 nicht hinreichende Reifegrad von Entstickungsanlagen. Für stationär betriebene Verbrennungskraftanlagen wird zur Entstickung Harnstoff verwendet.The operation of catalysts depends on the operation of the Ver internal combustion engine. With stationary internal combustion engines in Germany TA-Luft is the regulation to be followed. Because the stick oxide limitation from the fuel heat output of the internal combustion engine and depending on the type of engine, the legislature carried out a so-called Dynamization clause for compression ignition engines on: According to the State of the art are motor and other measures for the mind exhaust emissions. Background of the dynamic clause was the insufficient maturity of denitrification plants in 1985. For Stationary combustion engines are used to denitrate urea used.
Bei Verbrennungskraftmaschinen für Kraftfahrzeuge scheitert die Verwendung von Harnstoff u. a. an dem dafür mitzuführenden Tank und dessen Gewicht. Ausgehend von den drei hinsichtlich ihrer Bildung unterscheidbaren Stick stoffoxiden, nämlich Brennstoff-, promptes und thermisches Stickstoffoxid, werden andere Wege gesucht, die Stickoxidbildung insbesondere des thermi schen Stickoxides niedrig zu halten. Bei Nutzfahrzeugen ist es bekannt geworden, eine Abgasrückführung mit rückgekühlten Abgasen durchzuführen. Auch ist es bekannt, daß durch Wassereinspritzung die NOx-Emissionen reduziert werden können. Jedoch besteht bezüglich dieser Möglichkeit das Problem der Frostsicherheit und Mitführung des Betriebsmittels Wasser. Ein anderer Weg, die Stickoxid-Emissionen zu verringern, besteht darin, diese zwischenzuspeichern. Dieses ist beispielsweise möglich mittels eines Spei chers, der Barium oder Platin enthält.Use fails in internal combustion engines for motor vehicles of urea u. a. on the tank to be carried and its weight. Starting from the three stick that can be distinguished in terms of their formation substance oxides, namely fuel, prompt and thermal nitrogen oxide, other ways are sought, the formation of nitrogen oxides, especially thermi to keep nitrogen oxides low. It is known for commercial vehicles become exhaust gas recirculation with recooled exhaust gases. It is also known that water injection causes NOx emissions can be reduced. However, regarding this possibility, there is Problem of frost protection and carrying water as an operating resource. A another way to reduce nitrogen oxide emissions is to use them caching. This is possible, for example, by means of a spoke chers containing barium or platinum.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein NOx-Speicher zumindest auf seine Funktionsfähigkeit überprüft werden kann. Weiterhin wird eine Anordnung geschaffen, die eine derartige Überprüfung des NOx-Speichers zuläßt sowie eine Vorrichtung, die besonders raumsparend in einem Abgasstrang einsetzbar ist.The object of the present invention is now to create a method with which a NOx storage device at least checks its functionality can be. Furthermore, an arrangement is created that such Checking the NOx storage permits as well as a device that is special can be used in a space-saving manner in an exhaust line.
Die vorliegende Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1, bezüglich einer Anordnung mit den Merkmalen des Anspruches 17 und bezüglich einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 19 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.The present task regarding the method is done with a method with the features of claim 1, with respect to an arrangement with the Features of claim 17 and with respect to a device with the Features of claim 19 solved. Other advantageous features and Refinements are specified in the respective dependent claims.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Überwachung eines regenerierbaren NOx-Speichers in einem Abgasstrang, durch den NOx-haltiges Gas strömt, sieht eine Durchführung einer Temperaturmessung Arm Abgasstrang vor, aus der auf die Betriebsfähigkeit, den Betriebszustand und/oder auf die Speicher kapazität des NOx-Speichers geschlossen wird. Als Abgasstrang sind all diejenigen Leitungen zu verstehen, die das von einer NOx erzeugenden Quelle, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine, stammende Abgas wegführen. Die Betriebsfähigkeit sagt aus, ob der NOx-Speicher überhaupt noch in der Lage ist, Stickoxide zu speichern. Mittels der Überwachung der Betriebsfähigkeit ist durch Vorgabe von einem Grenzwert oder einer Band breite bzgl. der gemessenen Temperatur auf eine, den Abgasvorschriften entsprechende Betriebsfähigkeit des NOx-Speichers abzielende Überprüfung möglich. Der Betriebszustand gibt eine zumindest für den Zeitpunkt der Temperaturmessung geltende Aussage bezüglich einer Wertung des Verhaltens des Speichers in bezug auf beispielsweise vorgegebene Abgasgrenzwerte, Temperaturen, Alterungszustand o. ä. und ist eine qualitative Aussage. Die Speicherkapazität des NOx-Speichers dagegen ist eine quantitative Aussage, die absolut ist oder auf einen Normzustand bezogen wird.A method according to the invention for monitoring a regenerable NOx storage in an exhaust line through which NOx-containing gas flows, provides for carrying out a temperature measurement on the exhaust system arm on the operability, the operating state and / or on the memory capacity of the NOx storage is closed. As exhaust line are all to understand those lines that produce a NOx Exhaust gas originating from a source, for example an internal combustion engine lead away. The operability states whether the NOx storage at all is still able to store nitrogen oxides. By monitoring the Operability is by specifying a limit or a band width regarding the measured temperature to one, the exhaust gas regulations appropriate operability of the NOx storage targeting check possible. The operating status gives at least for the time of Temperature measurement valid statement regarding an evaluation of the behavior the memory with respect to, for example, predetermined exhaust gas limit values, Temperatures, aging or the like and is a qualitative statement. The Storage capacity of the NOx storage, on the other hand, is a quantitative statement which is absolute or related to a normal state.
Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht die Durchführung der Temperatur messung zu einem definierten Zeitpunkt vor, was vorteilhafterweise durch eine Steuerung oder sogar Regelung für den NOx-Speicher oder in Ver bindung mit weiteren, zusätzlich im Abgasstrang angeordneten Vorrichtungs steuerungen durchführbar ist. Der definierte Zeitpunkt ist in einer Ausfüh rung des Verfahrens entsprechend der Betriebsweise des NOx-Speichers einstellbar. Ist der Speicher einer Verbrennungskraftmaschine nachgeschaltet und wird diese in etwa unter konstanter Last gefahren, wird der Zeitpunkt der Temperaturmessung so eingestellt, daß bei einer bekannten möglichen Speichermenge von NOx des Speichers dieser Grenzwert mit Sicherheit nicht überschritten wird. Bei der Berücksichtigung eines derartigen Grenzwertes können neben Parametern wie Aufbau, Material und Betriebsweise des NOx-Spei chers auch zeitbedingte Faktoren wie Alterung eingehen. Die Überwa chung erfolgt in einer Ausführung des Verfahrens durch eine kontinuierliche Temperaturmessung, in einer anderen Ausführung durch voneinander be abstandete, einzelne Temperaturmessungen. Weiterhin sind zwei oder mehr aufeinanderfolgende Temperaturmessungen miteinander verknüpfbar. Bei aufeinanderfolgenden Temperaturmessungen wird in einer Weiterentwicklung des Verfahrens der Abstand zwischen diesen verkürzt, wenn der NOx-Spei cher eine signifikante Reduzierung seiner Fähigkeiten aufweist. Dadurch ist sichergestellt, daß sein nicht mehr tolerierbarer Speicherbetrieb frühzeitig registriert wird und entsprechende Maßnahmen ergriffen werden können.A further development of the method provides for the temperature to be carried out measurement at a defined point in time, which is advantageous by a control or even regulation for the NOx storage or in Ver binding with further devices additionally arranged in the exhaust line controls can be carried out. The defined point in time is in execution tion of the method according to the mode of operation of the NOx storage adjustable. Is the memory downstream of an internal combustion engine and if this is driven approximately under constant load, the time will be the temperature measurement set so that with a known possible Amount of NOx memory of the memory is certainly not this limit is exceeded. When considering such a limit can, in addition to parameters such as structure, material and mode of operation of the NOx storage time-related factors such as aging. The monitor chung is carried out in an execution of the method by a continuous Temperature measurement, in another version by be spaced, individual temperature measurements. There are also two or more successive temperature measurements can be linked. At successive temperature measurements will be in a further development the distance between these shortens when the NOx Spei has a significant reduction in his skills. This is ensured that its no longer tolerable storage operation early is registered and appropriate measures can be taken.
Die Temperaturmessung im Abgasstrang erfolgt entweder als direkte Tempe raturmessung von zumindest einem Teil des NOx-Speichers oder als eine mittelbare Temperaturmessung mittels des den NOx-Speicher durchströmenden Gasstromes. Die direkte Temperaturmessung erfolgt im Material des Spei chers selbst. Ein Temperatursensor ist dazu beispielsweise auf der Ober fläche, in einer Oberschicht oder direkt im Material des NOx-Speichers angeordnet. Die Art des Stromsensors genauso wie der Ort seiner Anbrin gung hängt davon ab, wie der NOx-Speicher aufgebaut ist. Der NOx-Spei cher kann aus Keramik, gesintert oder extrudiert, aber genauso aus Blechen, die beispielsweise zumindest teilweise strukturiert geschichtet sind, aufgebaut sein. Auch die Sinterung bzw. Extrudierung von Metall mit Keramikpulver erweist sich als vorteilhaft, um die verschiedenen Eigenschaften der Materia lien miteinander verknüpfen zu können. Der NOx-Speicher ist als Wabenkör per monolithisch ausgestaltbar. Andere Formgebungen sind ebenfalls möglich. Das NOx-speichernde Material ist in einer vorteilhaften Ausführung im Wandmaterial verteilt, insbesondere so, daß die Speicherkapazität vollständig ausgenutzt werden kann. Eine andere günstige Ausgestaltung sieht eine Beschichtung beispielsweise eines aus Blechen aufgebauten NOx-Speichers vor. Weist das Material des NOx-Speichers eine schlechte Wärmeleitfähigkeit auf, ist der Temperatursensor nahe zu einer durch das von NOx-haltigem Gas überströmten Oberfläche anzubringen. Bei Speichern mit guter Wärme leitfähigkeit, beispielsweise metallenen Speichern, ist ein Temperatursensor einsetzbar, wie er aus der im Stand der Technik schon genannten EP 0 603 222 B1 offenbart ist und deren Merkmale zum Inhalt dieser Beschreibung gehören. Dazu muß sichergestellt sein, daß es durch die Beschichtung eines derartigen Körpers nicht zu Verfälschungen der Temperaturmessung kommt.The temperature measurement in the exhaust system is carried out either as a direct temperature temperature measurement of at least part of the NOx storage or as one indirect temperature measurement by means of the flowing through the NOx storage Gas flow. The direct temperature measurement takes place in the material of the spoke chers itself. For this purpose, a temperature sensor is on the upper, for example surface, in an upper layer or directly in the material of the NOx storage arranged. The type of current sensor as well as the location of its location depends on how the NOx storage is constructed. The NOx spit cher can be made of ceramic, sintered or extruded, but also made of sheet metal, which are layered, for example, at least partially structured be. Also the sintering or extrusion of metal with ceramic powder turns out to be beneficial to the various properties of materia to be able to link them together. The NOx storage is a honeycomb can be designed monolithically. Other shapes are also possible. The NOx-storing material is in an advantageous embodiment Wall material distributed, especially so that the storage capacity is complete can be exploited. Another favorable embodiment sees one Coating, for example, of a NOx storage device constructed from sheet metal in front. If the material of the NOx storage has poor thermal conductivity on, the temperature sensor is close to that of NOx-containing Attach gas-flooded surface. When storing with good heat Conductivity, for example metal storage, is a temperature sensor can be used as described in EP 0 603 222 B1 already mentioned in the prior art is disclosed and its features to the content of this description belong. To do this, it must be ensured that the coating of a such body does not lead to falsifications of the temperature measurement.
Die mittelbare Temperaturmessung mittels des durch den NOx-Speicher durchströmenden Gasstromes wird in einer weiteren Ausführung des Ver fahrens durch ein in der Gasströmung sitzenden Temperatursensor durch geführt. Dazu sind alle im Stand der Technik bekannten und geeigneten Temperatursensoren wie Thermo-Elemente oder ähnliches verwendbar. Der Temperatursensor wird innerhalb des Speichers in einem der Kanäle angeord net. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens sitzt der Temperatursensor in der Gasströmung hinter dem NOx-Speicher, insbesondere vor einem eventuell nachgeschalteten Dreiwege-Katalysator. An dieser Anord nung läßt sich nun auch am einfachsten der Begriff der mittelbaren Tempe raturmessung erklären. Es wird dabei nämlich vom Gasstrom auf den NOx-Spei cher zurückgeschlossen.The indirect temperature measurement by means of the NOx storage flowing gas stream is in a further embodiment of the Ver driving through a temperature sensor located in the gas flow guided. For this purpose, all known and suitable in the prior art Temperature sensors such as thermo elements or the like can be used. Of the Temperature sensor is arranged in one of the channels within the memory net. In a further advantageous embodiment of the method, the Temperature sensor in the gas flow behind the NOx storage, in particular before a possibly three-way catalytic converter. On this arrangement The easiest term is the term indirect temp explain temperature measurement. It is namely from the gas flow to the NOx storage closed.
Die Temperaturmessung erfolgt vor, während und/oder nach einer Regenera
tionsphase des NOx-Speichers. Bei diesen definierten Zeitpunkten haben sich
die folgenden Kombinationen als besonders vorteilhaft erwiesen:
The temperature measurement takes place before, during and / or after a regeneration phase of the NOx storage. At these defined points in time, the following combinations have proven to be particularly advantageous:
- - Eine Temperaturmessung während, vor oder nach der Regenerations phase: Über eine Messung zu einem bestimmten Zeitpunkt oder auch über einen Zeitraum ist eine Aussage zum NOx-Speicher möglich,- A temperature measurement during, before or after the regeneration phase: Via a measurement at a specific point in time or also A statement about the NOx storage is possible over a period of time,
- - eine Temperaturmessung unmittelbar vor der Regenerationsphase und während dieser: Aus der Temperaturdifferenz kann auf den NOx-Spei cher zurückgeschlossen werden,- a temperature measurement immediately before the regeneration phase and during this: From the temperature difference can on the NOx-Spei be closed back,
- - während und nach der Regenerationsphase: Auch dieses läßt beispiels weise aus einer Temperaturdifferenz einen Schluß auf den Speicher und insbesondere auch auf die Qualität der Regeneration zu,- During and after the regeneration phase: This also leaves examples point from the temperature difference to the memory and especially towards the quality of regeneration,
- - unmittelbar vor und unmittelbar nach der Regenerationsphase: Die Temperaturdifferenz beider Messungen ergibt ebenfalls eine Aussage bezüglich der Qualität der Regeneration, wobei daraus wieder auf den NOx-Speicher zurückgeschlossen werden kann; für eine Aussage in die Zukunft hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zumindest zwei Tempera turmessungen nach der Regenerationsphase miteinander zu verknüpfen. Die dabei auftretende Temperaturverschiebung in Beziehung zum zeitli chen Abstand der beiden Messungen läßt eine zeitliche Aussage be züglich des Verhaltens des NOx-Speichers zu, - immediately before and immediately after the regeneration phase: the The temperature difference between the two measurements also gives a statement Regarding the quality of the regeneration, whereby again on the NOx memory can be closed; for a statement in the In the future it has proven to be advantageous, at least two tempera to link the door measurements after the regeneration phase. The temperature shift that occurs in relation to the time Chen distance between the two measurements leaves a temporal statement regarding the behavior of the NOx storage,
- - Kombinationen von obigen Temperaturmessungen: Diese ergeben eine besonders genaue Aussagekraft bezüglich des Verhaltens des NOx-Spei chers.- Combinations of the above temperature measurements: These result in a particularly precise information regarding the behavior of the NOx storage chers.
Die Temperatur wird so gemessen, daß sie direkt einen Rückschluß auf die Betriebsfähigkeit, den Betriebszustand und/oder auf die Speicherkapazität des NOx-Speichers zuläßt. Darunter ist zu verstehen, daß bei einem derartigen Vorgehen ohne weitere Umrechnungsschritte von der gemessenen Temperatur ausgehend auf den Speicher zurückgeschlossen wird.The temperature is measured so that it can be used to draw a conclusion about the temperature Operability, the operating state and / or on the storage capacity of the Allows NOx storage. This is to be understood to mean that with such a Proceed without further conversion steps from the measured temperature based on the memory.
Für eine besonders signifikante Aussage der Temperaturmessung ist es vorteilhaft, wenn die Regenerationsphase innerhalb von Sekunden, insbesonde re innerhalb einer Sekunde oder weniger abgeschlossen wird. Die Regenera tion, welche eine exotherme Reaktion verursacht, ist durch einen Tempera turanstieg feststellbar. Diese Änderung der Temperatur und ihre Art der Änderung ist zum einen am Speichermaterial selbst, zum anderen an dem durch den Speicher strömenden Gas feststellbar. Je kurzer die Regenerations phase zur Freisetzung der gespeicherten Stickoxide ist, umso deutlicher fällt der Temperaturanstieg aus. Angestrebt wird daher eine besonders schlagartig über den gesamten Querschnitt des NOx-Speichers entstehender Temperatur anstieg. Dieser ist dann innerhalb oder auch stromabwärts vom Speicher auf nehmbar. Dieser Temperaturanstieg kann weiterhin dadurch verstärkt werden, daß im NOx-Speicher ebenfalls eine Oxidation ausgelöst wird. Diese kann ausgelöst werden aufgrund der exothermen Reaktion oder durch andere Mittel, beispielsweise durch eine katalytische Beschichtung bzw. entsprechen de Zugabe eines Gases in den NOx-haltigen Gasstrom, der den Speicher durchströmt.It is for a particularly significant statement of the temperature measurement advantageous if the regeneration phase within seconds, especially re completed within a second or less. The Regenera tion, which causes an exothermic reaction, is by a tempera increase in door detectable. This change in temperature and its type of Change is on the one hand on the storage material itself, on the other hand on the detectable gas flowing through the storage. The shorter the regeneration phase to release the stored nitrogen oxides, the clearer falls the temperature rise out. The aim is therefore particularly sudden temperature arising over the entire cross section of the NOx accumulator rise. This is then inside or downstream of the storage acceptable. This rise in temperature can be further increased by that oxidation is also triggered in the NOx storage. This can are triggered due to the exothermic reaction or by others Means, for example by a catalytic coating or equivalent de Adding a gas to the NOx-containing gas stream, which is the storage flows through.
Die Regenerationsphase selbst wird in einer Ausführung des Verfahrens durch Hinzufügen eines die Regeneration auslösenden Mittels in den NOx-hal tigen Gasstrom verursacht, wobei das Mittel in der Lage ist, die gespei cherten Stickoxide zu lösen. Insbesondere ist das Mittel in der Lage, mit den Stickoxiden selbst an einer Reaktion teilzunehmen. In einer Weiterbil dung dieses Verfahrens erfolgt die Zugabe des die Regeneration auslösenden Mittels in der das NOx erzeugenden Quelle selbst. Insbesondere bei diesem Verfahren ist es vorteilhaft, wenn die im Speicher stattfindenden Reaktionen katalytisch durchgeführt werden. Dazu weist der NOx-Speicher beispielsweise neben dem Speichermaterial auch eine katalytische Beschichtung auf.The regeneration phase itself is carried out in an execution of the process by adding a regenerating agent to the NOx-hal caused gas flow, the agent is able to save the stored loosened nitrogen oxides. In particular, the agent is able to the nitrogen oxides themselves to participate in a reaction. In a continuation This process is followed by the addition of the one which triggers regeneration By means of the source generating the NOx itself. Especially in this case Method, it is advantageous if the reactions taking place in the memory be carried out catalytically. For this purpose, the NOx storage device, for example in addition to the storage material also a catalytic coating.
Für die Temperaturmessung genauso wie für ihre Auswertung ist es wichtig, daß sie selbst und/oder die Regeneration gesteuert erfolgt. Bei einer Regene rationsphase, die innerhalb von Zehntelsekunden abläuft, treten ansonsten zeitliche Ungenauigkeiten auf, die das oder die Meßergebnisse so verfälschen würden, daß eine Aussage bezüglich des Verhaltens des NOx-Speichers aus der Temperatur nicht möglich ist. Bei Verwendung einer gemeinsamen Elektronik für die Steuerung der Regeneration und der Temperaturmessung ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Auswahl für einen definierten Zeit punkt der Messung bzw. der Regeneration im Zusammenhang getroffen werden kann, beispielsweise abhängig von übergeordneten Gesichtspunkten wie der Betriebsweise einer Verbrennungskraftmaschine.For temperature measurement as well as for its evaluation, it is important that it itself and / or the regeneration is controlled. In a rain Otherwise, the ration phase, which runs within tenths of a second, occurs temporal inaccuracies that falsify the measurement result or results would make a statement regarding the behavior of the NOx trap the temperature is not possible. When using a common Electronics for the control of regeneration and temperature measurement there is the further advantage that the selection for a defined time point of measurement or regeneration in connection can become dependent, for example, on overriding considerations like the operation of an internal combustion engine.
Für eine Aussage über die Betriebsfähigkeit, den Betriebszustand und/oder die Speicherkapazität des NOx-Speichers ist es auch vorteilhaft, die Tempe raturmessung so durchzuführen, daß dadurch die Beobachtung des zeitlichen Verhaltens der Temperatur möglich ist. Bei Katalysatoren werden verschie denste Temperaturmeßtechniken und Auswertemethoden verwandt, um die Aktivität des Katalysators und sein Verhalten beispielsweise für die Zukunft feststellen zu können. Insbesondere für ein Verfahren, bei dem die Tempera tur im Zusammenhang mit einer Regenerationsphase des NOx-Speichers gemessen wird, sind derartige Meßverfahren ebenfalls anwendbar. Hierbei wird jedoch im Unterschied zu einem Katalysator bei einem NOx-Speicher von einer Phase, in der der NOx-Speicher nicht im Speicherbetrieb arbeitet, auf seine Fähigkeit zur Speicherung geschlossen. Aus den schon im Stand der Technik genannten Schriften sind verschiedene Temperaturauswertever fahren, Meßstellen und Meßfühler bekannt, die auch hier mit entsprechender Anpassung an den NOx-Speicher anwendbar sind. Dabei handelt es sich bei den Schriften insbesondere um die WO 94/21902, die EP 0 521 052 B1, die EP 0 545 974 B1, die EP 0 603 222 B1, die EP 0 545 976 und die DE 26 43 739, deren entsprechenden Merkmale zum Inhalt dieser Beschrei bung gehören.For a statement about the operability, the operating condition and / or the storage capacity of the NOx storage, it is also advantageous to the tempe rature measurement so that the observation of the temporal Behavior of the temperature is possible. Catalysts are different most temperature measurement techniques and evaluation methods related to the Activity of the catalyst and its behavior for the future, for example to be able to determine. In particular for a method in which the tempera tur in connection with a regeneration phase of the NOx storage such measurement methods can also be used. Here is, however, in contrast to a catalyst in a NOx storage a phase in which the NOx storage does not work in storage operation, concluded on its ability to store. From the stand already writings mentioned in the art are various temperature evaluations drive, measuring points and sensors known, which also with corresponding Adaptation to the NOx storage are applicable. It is about the writings in particular around WO 94/21902, EP 0 521 052 B1, EP 0 545 974 B1, EP 0 603 222 B1, EP 0 545 976 and DE 26 43 739, their corresponding features on the content of this description exercise belong.
Bei einem weiteren Verfahren entsprechend der Erfindung wird zum Rück schluß auf die Betriebsfähigkeit, den Betriebszustand und/oder die Speicher kapazität des NOx-Speichers ein funktionaler Zusammenhang zwischen der Temperatur, einer Charakteristik des NOx-Speichers und/oder eines Gasbe standteiles des NOx-haltigen Gases genutzt. Dazu können Erfahrungswerte über das Langzeitverhalten des NOx-Speichers ebenso wie Zusammenhänge, die sich aus der Verarbeitung verschiedener Materialien für den NOx-Spei cher ergeben, genutzt werden. Bezüglich eines oder mehrerer Gasbestand teiles sind deren Entropien oder Enthalpien geeignet, den NOx-Speicher zu überwachen. Dieses ist beispielsweise durch Abwandlung des aus der EP 0 298 240 B1 bekannten Verfahrens zum Überwachen des Schadstoffgehaltes von Abgasen bei Brennkraftmaschinen möglich, was ebenfalls mit seinen entsprechenden Merkmalen zum Inhalt dieser Beschreibung gehört.In another method according to the invention, the back conclusion on the operability, the operating state and / or the memory capacity of the NOx storage a functional relationship between the Temperature, a characteristic of the NOx storage and / or a gas Part of the NOx-containing gas used. This can be based on experience about the long-term behavior of the NOx storage as well as relationships, resulting from the processing of various materials for the NOx storage result, be used. Regarding one or more gas inventory In part, their entropies or enthalpies are suitable for closing the NOx store monitor. This can be done, for example, by modifying EP 0 298 240 B1 known method for monitoring the pollutant content of exhaust gases in internal combustion engines possible, which also with its corresponding features belong to the content of this description.
Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren zur Überwachung des NOx-Speichers
sieht die folgenden Schritte vor: Daß
Another advantageous method for monitoring the NOx store provides for the following steps:
- - das im NOx-Speicher gespeicherte NOx in Abhängigkeit vom NOx-hal tigen Gasstrom berechnet wird, - The NOx stored in the NOx storage depending on the NOx-hal current gas flow is calculated,
- - bei Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes für das NOx eine Regenerierung ausgelöst wird,- If a predefinable limit value for the NOx is exceeded, a Regeneration is triggered
- - wobei aus der dabei gemessenen Temperatur durch Vergleich mit einem vorgebbaren Temperaturwert und/oder einer vorgebbaren Temperatur brandbreite dem Rückschluß auf die Betriebsfähigkeit, den Betriebszustand und/oder auf die Speicherkapazität des NOx-Speichers erfolgt.- Taking from the temperature measured by comparison with a predeterminable temperature value and / or a predeterminable temperature the conclusion about the operability, the operating condition and / or on the storage capacity of the NOx storage.
In einer Steuerung oder auch Regelung, die beispielsweise über eine die NOx-Quelle steuernde Elektronik erfolgt, wird in einer Ausbildung des Verfahrens festgestellt, wie groß der Volumenstrom und der NOx-Anteil im Gasstrom ist, der durch den Speicher strömt. Der Volumenstrom ist über bekannte Meßmethoden feststellbar, der NOx-Anteil beispielsweise bei einer Verbrennungskraftmaschine aus der Berechnung des Luft-Kraftstoffgemisches, welches dieser zugeführt wird. Zur Berechnung sind aber auch andere Daten der Verbrennungsmaschine nutzbar, wie deren Betriebs- und/oder Zustands daten. Diese sind auch in zumindest einem Kennfeld aufnehmbar und so abspeicherbar, daß sie ein Motormanagement nutzen kann. Vergleichbares ist auch mit geeigneten Daten bei anderen Anwendungsgebieten der Erfindung anwendbar. Um zu vermeiden, daß Stickoxide ungespeichert den Speicher durchströmen, ist der Grenzwert so festgelegt, daß dieses ausschließbar ist. Dieser Grenzwert muß nicht konstant festgelegt sein. Vielmehr ist er bei spielsweise aufgrund von Alterung des NOx-Speichers über einen langen Betriebszeitraum auch an die Funktionsfähigkeit desselben anpaßbar.In a control or regulation, for example, via a Electronics controlling NOx source is carried out in a training of Procedure determined how large the volume flow and the NOx content in the Is gas flow that flows through the storage. The volume flow is over Known measuring methods can be determined, the NOx content, for example, at Internal combustion engine from the calculation of the air-fuel mixture, which of these is fed. Other data are also required for the calculation the internal combustion engine can be used, such as its operating and / or status Data. These can also be recorded in at least one map and such can be saved so that it can use an engine management system. Is comparable also with suitable data in other areas of application of the invention applicable. To avoid nitrogen oxide unsaved the memory flow through, the limit is set so that it can be excluded. This limit value does not have to be fixed constantly. Rather, he is with for example due to aging of the NOx storage over a long period Operating period can also be adapted to the functionality of the same.
Der vorgebbare Temperaturwert und/oder die vorgebbare Temperaturband breite sind aus Erfahrungswerten für den jeweils verwendeten NOx-Speicher herauskristallisierbar und in einer geeigneten Elektronik abspeicherbar. Diese Erfahrungswerte können auch in Form eines funktionalen Zusammenhanges vorgegeben werden, wobei verschiedenste Parameter wie Alterung, Tempera tur, Betriebsweise und anderes einfließen können. The predeterminable temperature value and / or the predeterminable temperature band widths are based on empirical values for the NOx storage used can be crystallized out and stored in suitable electronics. This Empirical values can also take the form of a functional connection be given, with various parameters such as aging, tempera structure, mode of operation and other factors.
Bei einer Weiterentwicklung des Verfahrens wird ab einer definierten gemes senen Temperatur ein Signal ausgelöst, wobei das Signal von einer Wertung der Betriebsfähigkeit, des Betriebszustandes und/oder der Speicherkapazität des NOx-Speichers abhängt. In Verbindung mit zur Verfügung stehenden Daten über einen Speicher und vorgebbaren Bewertungskriterien ist die Aus wertung bezüglich der gemessenen Temperatur so gestaltbar, daß dem Nutzer jedwede Information wie die noch verfügbare Speicherkapazität, die wahr scheinliche Lebensdauer oder ähnliches zur Verfügung steht. Das ab einer definierten, d. h. vorgebbaren Temperatur ausgelöste Signal ist insbesondere auch ein Warnsignal, das eine Betriebsstörung rechtzeitig anzeigt. Weiterhin ist das so ausgelöste Signal so nutzbar, daß dadurch eine Änderung des Ab gasstromes bewirkt wird. Befindet sich beispielsweise der NOx-Speicher in einem Zustand, der nur noch eine äußerst geringe Speicherkapazität aufweist oder es liegt ein Schaden am Speicher vor, wird vorzugsweise die Betriebs weise der NOx-Quelle geändert. Beispielsweise ist diese dann in ein Notpro gramm schaltbar.If the process is developed further, a defined its temperature triggered a signal, the signal of a rating the operability, the operating state and / or the storage capacity of the NOx storage depends. In conjunction with available ones Data about a memory and predefinable evaluation criteria is the off evaluation with respect to the measured temperature so that the user any information like the still available storage capacity that is true apparent lifespan or the like is available. That from one defined, d. H. Predeterminable temperature triggered signal is in particular also a warning signal that indicates a malfunction in good time. Farther the signal triggered in this way can be used in such a way that a change in the Ab gas flow is effected. For example, the NOx storage is in a state that only has an extremely low storage capacity or if there is damage to the memory, preferably the operation changed the NOx source. For example, this is then in an emergency pro gram switchable.
Ein besonders bevorzugtes Anwendungsgebiet eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere ein Diesel- oder Magermotor, die vorzugsweise unter Lastwechseln arbeitet. Ein derartiges Verfahren ist vor allem bei Kraftfahrzeugen einsetzbar. Eine Weiterentwick lung sieht vor, daß in einen NOx-Speicherkatalysator als NOx-Speicher zur Regenerierung ein HC-angereicherter und sauerstoffreicher Gasstrom eingelei tet wird, wobei der Gasstrom vorzugsweise soweit mit HC angereichert wird, daß das gesamte gespeicherte und umwandelbare NOx umgesetzt wird. Dies erfolgt im allgemeinen zunächst durch Bildung von H2O und CO aus dem HC und dem Sauerstoff, wobei das CO dann mit dem NOx zu CO2 und N2 reagiert. Eine andere Weiterentwicklung nutzt eine fette Anreiche rung des Verbrennungsgemisches im Motor zur Erzeugung ausreichender Kohlenwasserstoffe und CO. Durch Bildung von H2O und CO aus Kohlen wasserstoffen und Sauerstoff vor dem NOx-Speicher im Motor wird wieder um nachfolgend der NOx-Speicher regeneriert. Kohlenwasserstoffe und/oder CO haben sich dabei als geeignet zur Regenerierung erwiesen.A particularly preferred area of application of a method according to the invention is an internal combustion engine, in particular a diesel or lean engine, which preferably works under load changes. Such a method can be used above all in motor vehicles. A further development provides that a HC-enriched and oxygen-rich gas stream is introduced into a NOx storage catalyst as NOx storage for regeneration, the gas stream preferably being enriched with HC to the extent that the entire stored and convertible NOx is converted. This is generally done first by forming H 2 O and CO from the HC and the oxygen, the CO then reacting with the NOx to form CO 2 and N 2 . Another development uses a rich enrichment of the combustion mixture in the engine to generate sufficient hydrocarbons and CO. The formation of H 2 O and CO from hydrocarbons and oxygen in front of the NOx accumulator in the engine regenerates the NOx accumulator again. Hydrocarbons and / or CO have proven to be suitable for regeneration.
Der Speicherkatalysator weist vorzugsweise eine Beschichtung aus einer Mischung aus Oxidations- und Speichermaterialien sowie ein katalytisch aktives Material auf. Er kann aber selbst auch vollständig aus einer Mi schung dieser Materialien aufgebaut sein. Je nach dem, wie groß die Anrei cherung mit Kohlenwasserstoffen im Gasstrom ist, fällt der Temperatur anstieg in der Regenerationsphase des NOx-Speichers aus. Über die Reaktion des Stickoxides mit Kohlenwasserstoff zu Stickstoff, Wasser und Kohlendi oxid wird der Speicher möglichst vollständig freigesetzt. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, die Reaktion innerhalb von etwa einer Sekunde oder weniger ablaufen zu lassen.The storage catalytic converter preferably has a coating of Mixture of oxidation and storage materials as well as a catalytic active material. But he can also completely from a Mi research of these materials. Depending on how big the anrei is hydrocarbon in the gas stream, the temperature drops increased during the regeneration phase of the NOx storage. About the reaction of nitrogen oxide with hydrocarbon to nitrogen, water and coal di oxide is released as completely as possible. As special it has been found to be advantageous to react within approximately one Second or less.
In einem Beispiel für einen Magermotor entspricht ein Liter Speichervolumen etwa 2 g gespeichertes Stickstoffoxid. Dieses entspricht etwa einer Fahr strecke zwischen einem und zwei Meilen, je nach Betriebsweise eines Fahrzeuges. Dann muß der NOx-Speicher wieder regeneriert werden. Wäh rend der NOx-Speicherkatalysator etwa eine Wärmekapazität von 600 J/l/K aufweist, wird eine exotherme Energie von etwa 14 bis 20 kJ je 2 g NOx frei. Bei einer 100%-Umwandlung der gespeicherten Stickoxide ist ein Temperaturanstieg von 23 K aufgrund der CO-Reaktion sowie ein Tempera turanstieg aufgrund der HC-Reaktion von 48 K feststellbar gewesen.In one example of a lean engine, one liter corresponds to a storage volume about 2 g of stored nitrogen oxide. This roughly corresponds to a drive travel between one and two miles, depending on the mode of operation Vehicle. Then the NOx storage must be regenerated again. Wuh The NOx storage catalytic converter has a heat capacity of around 600 J / l / K has an exothermic energy of about 14 to 20 kJ per 2 g NOx free. With a 100% conversion of the stored nitrogen oxides is a Temperature rise of 23 K due to the CO reaction and a tempera increase due to the HC reaction of 48 K was found.
Die Kohlenwasserstoffanreicherung erfolgt vorteilhafterweise so, daß das vollständig gespeicherte Stickoxid umgesetzt wird. Unter der Voraussetzung eines ausreichenden HC-Gehaltes im Abgas ist die Temperaturerhöhung proportional der gespeicherten Stickoxid-Menge. Die HC-Zugabe ist weiterhin so steuerbar, daß durch Zugabe in geringeren Dosierungen der Speicher nach und nach regeneriert wird. Bei Verwendung entsprechender Meßsenso ren ist wiederum eine Aussage über die Fähigkeit von Abschnitten des Speichers möglich. Ist der zugegebene Kohlenwasserstoff zur Regeneration größer als notwendig, werden die Stickoxide vollständig umgesetzt, vor ausgesetzt, daß sie auch vollständig aus dem Speicher lösbar sind. Die nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffe werden vorteilhafterweise in einem nachfol genden Dreiwege-Katalysator umgesetzt. Durch Verwendung eines elektroni schen Motormanagements für die Temperaturmessung, die Regenerierung und den Rückschluß auf die Betriebsfähigkeit, den Betriebszustand und/oder auf die Speicherkapazität besteht jederzeit Zugriff auf die das Stickoxid ver ursachende Quelle, den Verbrennungsmotor. Zur Regenerierung kann bei spielsweise ein Zündaussetzer verursacht werden, wodurch unverbrannte Kohlenwasserstoffe zum NOx-Speicher gelangen.The hydrocarbon enrichment is advantageously carried out so that the completely stored nitrogen oxide is implemented. Provided A sufficient HC content in the exhaust gas is the temperature increase proportional to the amount of nitrogen oxide stored. The HC addition is still so controllable that the storage by adding in smaller doses is gradually regenerated. When using appropriate measuring sensors ren is again a statement about the ability of sections of the Memory possible. Is the added hydrocarbon for regeneration larger than necessary, the nitrogen oxides are fully implemented before exposed that they are also completely detachable from memory. They don't converted hydrocarbons are advantageously in a succession three-way catalyst implemented. By using an electroni engine management for temperature measurement, regeneration and the conclusion on the operability, the operating state and / or on the storage capacity is always accessible to the nitrogen oxide causal source, the internal combustion engine. Regenerating can for example, a misfire is caused, causing unburned Hydrocarbons get to the NOx storage.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung werden in der folgenden Zeichnung dargestellt. Es zeigen:Further advantageous refinements and features of the invention are described in shown in the following drawing. Show it:
Fig. 1 eine Verbrennungskraftmaschine mit einem nachgeschalteten NOx-Speicherkatalysator und Dreiwege-Katalysator, Fig. 1 is an internal combustion engine with a downstream NOx storage catalyst and three-way catalyst,
Fig. 2 einen zeitlichen Verlauf einer Regenerationsphase eines NOx-Spei chers, Fig. 2 shows a time course of a regeneration phase of a NOx SpeI Chers,
Fig. 3 verschiedene Verhaltensweisen unterschiedlicher NOx-Speicher über die Zeit und Fig. 3 different behaviors of different NOx stores over time and
Fig. 4 eine Anordnung einer NOx-Quelle mit einem vorgeschalteten Oxidationskatalysator. Fig. 4 shows an arrangement of a NOx source with an upstream oxidation catalyst.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung 1 zur Überwachung eines regenerierbaren NOx-Spei chers 2. Die Anordnung 1 weist mindestens neben dem regenerierbaren NOx-Speicher 2 Mittel zur Regenerierung des NOx-Speichers 2, in diesem Falle die vorgeschaltete Brennkraftmaschine 3, einen Temperatursensor 4 im NOx-Speicher oder im Abgasstrom 5 zur Überwachung des Speichers 2 und ein elektronisches Bauteil 6, das eine Verbindung 7 zu dem Temperatursen sor 4 hat. Das elektronische Bauteil 6 ist vorzugsweise eine Motorsteuerung. Diese Motorsteuerung ist programmierbar, wobei Eingaben über eine Ein gabeeinheit 8 erfolgen. Dem NOx-Speicher 2 ist ein Dreiwege-Katalysator 9 nachgeschaltet. Soll der NOx-Speicher 2 regeneriert werden, da das elek tronische Bauteil 6 aus dem der Verbrennungskraftmaschine 3 zuströmenden Brennstoff- 10 und Luftstrom 11 im Zusammenhang mit der Betriebsweise einen Grenzwert für die Stickoxidspeicherfähigkeit des NOx-Speichers berech net hat, wird die Verbrennungskraftmaschine 3 so angesteuert, daß diese einen Zündaufsetzer aufweist und dadurch der Abgasstrom 5 mit unverbrann ten Kohlenwasserstoffen angereichert wird. Andere Maßnahmen, wie eine entsprechende Brennstoffeinspritzung in den Abgasstrom 5, sind ebenfalls durchführbar. Ist der zugesetzte und unverbrannte Kohlenwasserstoff-Anteil höher als für die Regenerierung benötigt, wird der Überschuß im Katalysator 9 umgesetzt. Weiterhin weist die Anordnung 1 eine erste Lambda-Sonde 12. 1 vor dem NOx-Speicher 2, eine zweite Lambda-Sonde 12.2 zwischen dem Speicher 2 und dem Katalysator 9 und eine dritte Lambda-Sonde 12.3 hinter dem Katalysator 9 auf. Sie dienen zur Überprüfung des Kohlenwasser stoffgehaltes des Abgasstromes 5 und können gleichzeitig zur Steuerung bzw. Regelung der Verbrennungskraftmaschine 3 genutzt werden. Anstelle der Lambda-Sonden 12.1, 12.2 und 12.3 sind aber auch Temperatursensoren anbringbar. Der Dreiwege-Katalysator 9 selbst weist ebenfalls einen Tempe ratursensor 4 zur Überwachung auf. Die gestrichelte Verbindungslinie von diesem Temperatursensor 4 zum elektronischen Bauteil 6 zeigt die Optionali tät dieser Überwachung an. Der NOx-Speicher 2 weist in einer anderen Anordnung zwei oder mehr Temperatursensoren 4 auf, was gestrichelt angedeutet ist. Entsprechend der dargestellten Anordnung 1 ist somit eine Vorrichtung ausbildbar zur Überwachung des regenerierbaren NOx-Speichers 2 in dem Abgasstrang 13, durch den das NOx-haltige Gas 5 strömt, wobei der Speicher 2 eine Katalysator ist. Der Katalysator weist eine Oxidations fähigkeit auf, die zumindest Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoff betrifft. Für die Temperaturmessung hat es sich bei einer derartigen Vorrichtung als vorteilhaft erwiesen, wenn der Temperatursensor etwa hinter einem Viertel der Länge des Katalysators, von einer Anströmseite betrachtet, in diesem an geordnet ist. Vorzugsweise ist dieser etwa auf der Hälfte der Länge des Katalysators angeordnet. Fig. 1 shows an arrangement 1 for monitoring a regenerable NOx memory 2 . The arrangement 1 has, at least in addition to the regenerable NOx store 2, means for regenerating the NOx store 2 , in this case the upstream internal combustion engine 3 , a temperature sensor 4 in the NOx store or in the exhaust gas stream 5 for monitoring the store 2 and an electronic component 6 , which has a connection 7 to the Temperatursen sensor 4 . The electronic component 6 is preferably a motor controller. This motor control is programmable, inputs being made via an input unit 8 . A three-way catalytic converter 9 is connected downstream of the NOx store 2 . Is to be regenerated, the NOx storage 2, since the elec tronic component 6 from which the internal combustion engine 3 inflowing fuel 10 and air flow 11 has in connection with the operation of a threshold value for the nitrogen oxide storage capacity of the NOx store calculation net, the internal combustion engine 3 is so controlled that this has a squib and thereby the exhaust gas stream 5 is enriched with unburned hydrocarbons. Other measures, such as a corresponding fuel injection into the exhaust gas stream 5 , can also be carried out. If the added and unburned hydrocarbon content is higher than required for the regeneration, the excess is converted in the catalyst 9 . The arrangement 1 furthermore has a first lambda probe 12 . 1 in front of the NOx accumulator 2 , a second lambda probe 12.2 between the accumulator 2 and the catalytic converter 9 and a third lambda probe 12.3 behind the catalytic converter 9 . They are used to check the hydrocarbon content of the exhaust gas stream 5 and can also be used to control or regulate the internal combustion engine 3 . Instead of the lambda probes 12.1 , 12.2 and 12.3 , however, temperature sensors can also be attached. The three-way catalytic converter 9 itself also has a temperature sensor 4 for monitoring. The dashed connecting line from this temperature sensor 4 to the electronic component 6 indicates the optionality of this monitoring. In another arrangement, the NOx accumulator 2 has two or more temperature sensors 4 , which is indicated by dashed lines. According to the arrangement 1 shown , a device can thus be configured for monitoring the regenerable NOx store 2 in the exhaust line 13 , through which the NOx-containing gas 5 flows, the store 2 being a catalyst. The catalyst has an oxidation ability that affects at least carbon monoxide and hydrocarbon. In the case of such a device, it has proven to be advantageous for the temperature measurement if the temperature sensor is arranged approximately behind a quarter of the length of the catalytic converter, viewed from an upstream side. This is preferably arranged about half the length of the catalyst.
Fig. 2 zeigt ein mögliches Verhalten der Temperatur in einem NOx-Spei cherkatalysator über die Zeit. Bei Erreichen einer Stickoxid-Grenze wird zum Zeitpunkt 71 der Abgasstrom mit unverbrannten Kohlenwasserstoffen bis zum Zeitpunkt 72 angereichert. Daraufhin findet im NOx-Speicherkatalysator eine exotherme Reaktion statt, die sich als Temperaturanstieg auswirkt. Dieser ist meßbar und auswertbar, was durch die Steigung Δδ/Δτ und die Integrierung angedeutet ist. Fig. 2 shows a possible behavior of the temperature in a NOx storage catalyst over time. When a nitrogen oxide limit is reached at time 71, the exhaust gas stream is enriched with unburned hydrocarbons until time 72 . An exothermic reaction then takes place in the NOx storage catalytic converter, which has the effect of an increase in temperature. This can be measured and evaluated, which is indicated by the slope Δδ / Δτ and the integration.
Fig. 3 zeigt verschiedene Verläufe der Speicherung von Stickoxiden in einem NOx-Speicher. Der Verlauf a1 erfolgt entsprechend einer monoton wachsenden Hyperbelfunktion, a2 entsprechend einer monoton fallenden Hyperbelfunktion, der Verlauf b linear und der Verlauf c entsprechend einer Wurzelfunktion. Neben diesen Verläufen sind auch sinusförmige Funktionen oder andere möglich. Da die Speicherung von Stickoxiden eine endotherme Reaktion auslöst, bedeutet dieses ein Absinken der Temperatur des Spei chers. Ist nun für einen Speicher der Verlauf der Speicherung bekannt, kann daraus mit der Temperatur eine Basis als Vergleichswert für eine Tempera turmessung geschaffen werden. Diese Basis läßt dann im Zusammenhang mit der Messung einer Temperatur unmittelbar vor, während oder unmittelbar nach der Regeneration eine Aussage über den NOx-Speicher zu. Zur Erlan gung dieser Basis ist es beispielsweise möglich, über den elektrischen Widerstand des Speichers oder aufgrund von Erfahrungswerten eine Basistem peratur zu gewinnen. Fig. 3 shows various curves of the storage of nitrogen oxides in a NOx trap. The course a1 follows a monotonically increasing hyperbolic function, a2 corresponds to a monotonically decreasing hyperbolic function, the course b linear and the course c corresponding to a root function. In addition to these profiles, sinusoidal functions or others are also possible. Since the storage of nitrogen oxides triggers an endothermic reaction, this means a decrease in the temperature of the storage. If the course of the storage is now known for a memory, a temperature can be created from this as a comparison value for a temperature measurement. In connection with the measurement of a temperature immediately before, during or immediately after the regeneration, this basis then allows a statement about the NOx storage. To achieve this basis, it is possible, for example, to obtain a base temperature via the electrical resistance of the memory or based on experience.
Fig. 4 zeigt eine zweite Anordnung 14 mit einem Oxidationskatalysator 15 in Strömungsrichtung vor dem NOx-Speicher 2, der näher zur NOx-Quelle 3 als zum NOx-Speicher 2 angeordnet ist. Bei unmittelbaren Anschluß an die NOx-Quelle 2 erhitzt der Abgasstrom 5 den Oxidationskatalysator 15 zügigst auf. Für die Regenerierung hat es sich zur verbesserten Aufnahme und Ausbildung eines charakteristischen Temperaturprofiles am NOx-Speicher 2 als zweckmäßig erwiesen, wenn das Abgas zur Regenerierung einen geringeren Sauerstoffanteil als im Normalbetrieb aufweist. Dieses ist bei spielsweise durch Anfetten eines Verbrennungsgemisches einer Verbrennungs kraftmaschine möglich. Eine Sauerstoffspeicherfähigkeit des NOx-Speichers 2 ist vorteilhafterweise geringer als die des nachfolgenden Drei-Wege-Kataly sators 9, vorzugsweise etwa nur ein Drittel, insbesondere weniger als ein Zehntel oder noch geringer. Der Abgasstrom 5 kann dann noch so fett sein, er wird auf jeden Fall umgesetzt, während der NOx-Speicher 2 wiederum nicht zu stark sich aufgrund einer exothermen Reaktion erhitzt. Der Oxida tionskatalysator 15 hat daher ebenfalls eine größere Sauerstoffspeicherfä higkeit als der NOx-Speicher 2 aber eine kleinere Sauerstoffspeicherfähigkeit als der Drei-Wege-Katalysator 9. Der NOx-Speicher 2 weist insbesondere höchstens eine verschwindend geringe Fähigkeit zur Speicherung von Sauer stoff auf bzw. gar keine Fähigkeit dazu. FIG. 4 shows a second arrangement 14 with an oxidation catalytic converter 15 in the flow direction in front of the NOx store 2 , which is arranged closer to the NOx source 3 than to the NOx store 2 . When directly connected to the NOx source 2, the exhaust gas stream 5 quickly heats up the oxidation catalytic converter 15 . For the regeneration, it has proven to be expedient for improved absorption and formation of a characteristic temperature profile on the NOx store 2 if the exhaust gas for regeneration has a lower oxygen content than in normal operation. This is possible for example by enriching a combustion mixture of an internal combustion engine. An oxygen storage capacity of the NOx storage 2 is advantageously less than that of the following three-way catalytic converter 9 , preferably only about a third, in particular less than a tenth or even less. The exhaust gas stream 5 can then be as rich as it is, in any case it is converted, while the NOx store 2 in turn does not heat up too much due to an exothermic reaction. The oxidation catalyst 15 therefore also has a greater oxygen storage capacity than the NOx storage 2 but a smaller oxygen storage capacity than the three-way catalyst 9 . The NOx storage 2 has in particular at most a negligible ability to store oxygen or no ability to do so.
Der vorliegenden Erfindung gelingt es, eine sichere Überwachung des Stickoxidausstoßes von NOx-Quellen durch Verwendung und Überprüfung eines Speichers zu schaffen und dadurch zukünftige Abgasgrenzwerte bei spielsweise bei Diesel- oder Magermotoren für Kraftfahrzeuge einhalten zu können. The present invention manages to safely monitor the Nitrogen oxide emissions from NOx sources through use and verification of a storage facility and thereby future emission limits for example with diesel or lean engines for motor vehicles can.
11
Anordnung
arrangement
22nd
NOx-Speicher
NOx storage
33rd
Verbrennungskraftmaschine
Internal combustion engine
44th
Temperatursensor
Temperature sensor
55
Abgasstrom
Exhaust gas flow
66
elektronisches Bauteil
electronic component
77
Verbindung
connection
88th
Eingabeeinheit
Input unit
99
Dreiwege-Katalysator
Three-way catalyst
1010th
Brennstoffstrom
Fuel flow
1111
Luftstrom
Airflow
12.112.1
, ,
12.212.2
., .,
12.312.3
Lambda-Sonde
Lambda probe
1313
Abgasstrang
Exhaust line
1414
zweite Anordnung
second arrangement
1515
Oxidationskatalysator
Oxidation catalyst
Claims (25)
- - eine direkte Temperaturmessung zumindest eines Teiles des NOx-Spei chers (2) oder
- - eine mittelbare Temperaturmessung mittels des durch den NOx-Speicher (2) durchströmenden Gasstromes
- - vor, während und/oder nach einer Regenerationsphase des NOx-Spei chers (2) durchgeführt wird.
- - A direct temperature measurement of at least part of the NOx storage ( 2 ) or
- - An indirect temperature measurement by means of the gas flow flowing through the NOx store ( 2 )
- - Before, during and / or after a regeneration phase of the NOx storage ( 2 ) is carried out.
- - das im NOx-Speicher (2) gespeicherte NOx in Abhängigkeit vom NOx-haltigen Gasstrom (5) berechnet wird, insbesonders bei der Verbrennungskraftmaschine aus dessen Betriebsdaten und/oder des sen Betriebszustand,
- - bei Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes für das NOx eine Regenerierung ausgelöst wird,
- - wobei aus der dabei gemessenen Temperatur durch Vergleich mit einem vorgebbaren Temperaturwert und/oder einer vorgebbaren Temperaturbandbreite der Rückschluß auf die Betriebsfähigkeit, den Betriebszustand und/oder auf die Speicherkapazität des NOx-Spei chers (2) erfolgt.
- the NOx stored in the NOx store ( 2 ) is calculated as a function of the NOx-containing gas stream ( 5 ), in particular in the case of the internal combustion engine, from its operating data and / or its operating state,
- - If a predefinable limit value for the NOx is exceeded, a regeneration is triggered,
- - Wherein from the temperature measured by comparison with a predeterminable temperature value and / or a predeterminable temperature range, the conclusion regarding the operability, the operating state and / or the storage capacity of the NOx-Spei chers ( 2 ).
- - einen regenerierbaren NOx-Speicher (2),
- - Mittel zur Regenerierung des NOx-Speichers (2),
- - einen Temperatursensor (4) zur NOx-Speicher-Überwachung im NOx-Speicher (2) oder im Abgasstrom (5) und
- - ein elektronisches Bauteil (6), das eine Verbindung zu dem Tempe ratursensor (4) hat, aufweist.
- - a regenerable NOx store ( 2 ),
- - Means for regeneration of the NOx storage ( 2 ),
- - A temperature sensor ( 4 ) for NOx storage monitoring in the NOx storage ( 2 ) or in the exhaust gas stream ( 5 ) and
- - An electronic component ( 6 ), which has a connection to the temperature sensor ( 4 ).
- - einen Dreiwege-Katalysator (9), der in einer Durchströmungsrich tung durch den NOx-Speicher (2) gesehen, hinter diesem liegt,
- - eine Lambda-Sonde (12.1) zur Überprüfung des Kohlenwasserstoff- C-Gehaltes vor dem NOx-Speicher (2),
- - eine Lambda-Sonde (12.2) zur Überprüfung des Kohlenwasserstoff- C-Gehaltes nach dem NOx-Speicher (2),
- - eine NOx-Quelle (3), insbesonders eine Verbrennungskraftmaschine, in Strömungsrichtung vor dem NOx-Speicher (2) und/oder
- - ein Management zur Steuerung und/oder Regelung zumindest eines der in Anspruch 17 genannten Bauteile aufweist.
- - A three-way catalyst ( 9 ), seen in a direction of flow through the NOx accumulator ( 2 ), lies behind it,
- - a lambda probe ( 12.1 ) for checking the hydrocarbon C content in front of the NOx store ( 2 ),
- - a lambda probe ( 12.2 ) for checking the hydrocarbon C content after the NOx store ( 2 ),
- - A NOx source ( 3 ), in particular an internal combustion engine, in the flow direction in front of the NOx accumulator ( 2 ) and / or
- - A management for controlling and / or regulating at least one of the components mentioned in claim 17.
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