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DE10156476A1 - Detection of progressive sulfur accumulation in nitrogen oxides storage catalyst of petrol engine, determines regenerant quantities under standard running conditions - Google Patents

Detection of progressive sulfur accumulation in nitrogen oxides storage catalyst of petrol engine, determines regenerant quantities under standard running conditions

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DE10156476A1
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sulfur
regeneration
storage
regenerant
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Adam Opel GmbH
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Abstract

A nitrogen oxides (NOx) storage catalyst is subjected to sulfur oxides (SOx) regeneration. The state of aging of the sulfur-free NOx storage catalyst is determined from the NOx storage capacity which is reduced in operation after a given aging cycle. On the basis of the known aging state, a number of time and distance running cycles are carried out with NOx regeneration using the required regenerant quantity over a restricted operational range of the engine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung der fortschreitenden Verschwefelung, insbesondere eines im Abgaskanal eines direkteinspritzenden Otto-Motors angeordneten NOx-Speicherkatalysators, in dem während des Betriebs mit einem magerem Kraftstoff/Luft-Gemisch NOx gespeichert wird, das in einer zyklischen Regenerationsphase bei Betrieb des NOx-Speicherkatalysators mit einem fetten Kraftstoff/Luft-Gemisch unter Zufuhr eines Regenerationsmittels katalytisch in weniger umweltschädliche Reaktionsprodukte umsetzt wird, wobei über einen stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators angeordneten Gassensor die Abgaskomponentenkonzentration gemessen wird. The invention relates to a method for detecting the progressive sulfurization, in particular a NO x storage catalytic converter arranged in the exhaust duct of a direct-injection gasoline engine, in which NO x is stored during operation with a lean fuel / air mixture, which during a cyclical regeneration phase Operation of the NO x storage catalytic converter with a rich fuel / air mixture with the supply of a regeneration agent is converted catalytically into less environmentally harmful reaction products, the exhaust gas component concentration being measured via a gas sensor arranged downstream of the NO x storage catalytic converter.

Zur Abgasreinigung von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von direkteinspritzenden Ottomotoren, werden in dem Abgaskanal dieser Verbrennungskraftmaschinen Katalysatoren angeordnet. Mit diesen werden die während des Verbrennungsvorgangs des Luft-Kraftstoff-Gemisches entstehenden gasförmigen Schadstoffe, wie Stickoxide NOx, Kohlenmonoxid CO und unverbrannten Kohlenwasserstoffe HC, in weniger umweltschädliche Reaktionsprodukte umgewandelt. For the exhaust gas purification of internal combustion engines, in particular of direct-injection gasoline engines, catalysts are arranged in the exhaust gas duct of these internal combustion engines. These are used to convert the gaseous pollutants that arise during the combustion process of the air-fuel mixture, such as nitrogen oxides NO x , carbon monoxide CO and unburned hydrocarbons HC, into less environmentally harmful reaction products.

Bekanntlich lässt sich der Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschinen anhand eines Lambdawertes charakterisieren, der die stöchiometrischen Verhältnisse von Sauerstoff zu einem Kraftstoff widerspiegelt. Liegt Sauerstoff im Überschuss vor, so befindet sich die Verbrennungskraftmaschine im sogenannten mageren Arbeitsmodus. Überwiegt der Kraftstoff, so liegt ein fetter Arbeitsmodus vor. Die Bildung reduzierender Gaskomponenten wie CO, HC oder H2 wird im allgemeinen unter fetter Atmosphäre begünstigt, reduzierende Gaskomponenten sind mit Sauerstoff oxidierbar (Konvertierungsreaktion). Die Einstellung des Gleichgewichts einer solchen Reaktion wird durch den Katalysator unterstützt. As is known, the working mode of the internal combustion engines can be characterized on the basis of a lambda value which reflects the stoichiometric ratios of oxygen to a fuel. If there is an excess of oxygen, the internal combustion engine is in the so-called lean working mode. If the fuel predominates, there is a rich working mode. The formation of reducing gas components such as CO, HC or H 2 is generally favored under a rich atmosphere, reducing gas components can be oxidized with oxygen (conversion reaction). The catalyst supports the establishment of the equilibrium of such a reaction.

Moderne Verbrennungskraftmaschinen werden zwecks Optimierung des Kraftstoffverbrauchs bevorzugt im mageren Arbeitsmodus betrieben, wobei zum Reduzieren der NOx-Emission das NOx in NOx-Speichern absorbiert wird. Die NOx-Speicher können auch direkt mit den die Konvertierungsreaktion von NOx unterstützenden Katalysatoren zu den bekannten NOx-Speicherkatalysatoren zusammengefasst werden. NOx wird durch Chemiesorption so lange in den NOx-Speicherkatalysatoren eingelagert, bis eine Speicherkapazität oder eine NOx-Desorptionstemperatur überschritten wird. In Abhängigkeit vorgebbarer Grenzwerte, wie beispielsweise dem Gehalt des Abgases an NOx, CO oder HC stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators, wird die Verbrennungskraftmaschine dann wieder unter fetter Atmosphäre betrieben. Dabei wird das eingelagerte NOx wieder desorbiert und in der Konvertierungsreaktion in dem NOx- Speicherkatalysator mit Hilfe der reduzierenden Gaskomponenten umgesetzt (NOx-Regeneration). Zur Erfassung der Parameter, die einen Wechsel des Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine initiieren, werden Gassensoren in dem Abgaskanal angeordnet, die stromab oder stromauf des NOx-Speicherkatalysators ein Signal entsprechend einem Gehalt der Gaskomponenten am Abgas zur Verfügung stellen. Derartige Gassensoren können beispielsweise Lambdasonden oder komponentenspezifische Sensoren, wie NOx-Sensoren, sein. Modern internal combustion engines are for the purpose of optimizing fuel consumption preferably in the lean operating mode operated, wherein for reducing the NO x emission, the NO x in x -Save NO is absorbed. The NO x stores can also be combined directly with the catalysts supporting the conversion reaction of NO x to the known NO x storage catalysts. NO x is stored in the NO x storage catalytic converters by chemisorption until a storage capacity or a NO x desorption temperature is exceeded. Depending on predefinable limit values, such as the content of NO x , CO or HC downstream of the NO x storage catalytic converter, the internal combustion engine is then operated again under a rich atmosphere. The stored NO x is desorbed again and converted in the conversion reaction in the NO x storage catalytic converter using the reducing gas components (NO x regeneration). To detect the parameters that initiate a change in the working mode of the internal combustion engine, gas sensors are arranged in the exhaust gas duct, which provide a signal corresponding to a content of the gas components in the exhaust gas downstream or upstream of the NO x storage catalytic converter. Such gas sensors can be, for example, lambda sensors or component-specific sensors, such as NO x sensors.

In einem dynamischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine kann es zu einer Schädigung des NOx -Speicherkatalysators kommen, die zu einer Verschlechterung einer NOx-Speicherfähigkeit und/oder einer Deaktivierung des Katalysators führen kann. Die Schädigung kann dabei reversibel oder irreversibel sein. Irreversible Schäden sind beispielsweise alterungsbedingte, häufig thermische Schädigungen, wie eine Sinterung einer Katalysatorkomponente, eine Entmischung von Katalysator und Speicherkomponente und eine zunehmend inhomogene oberflächennahe NOx-Beladung des NOx-Speicherkatalysators. In dynamic operation of the internal combustion engine, damage to the NO x storage catalytic converter can occur, which can lead to a deterioration in NO x storage capacity and / or deactivation of the catalytic converter. The damage can be reversible or irreversible. Irreversible damage is, for example, age-related, often thermal damage, such as sintering of a catalyst component, segregation of the catalyst and storage component and an increasingly inhomogeneous NO x loading of the NO x storage catalyst near the surface.

Daneben treten reversible Schädigungen auf, wie sie beispielsweise durch eine Verschwefelung des NOx- Speicherkatalysators entstehen können. In addition, reversible damage occurs, as can occur, for example, through sulfurization of the NO x storage catalytic converter.

Kraftstoffe enthalten in wechselnden Anteilen Schwefel. Während des Verbrennungsvorgangs, insbesondere in magerer Atmosphäre, entstehen Schwefeloxide SOx, die von dem NOx-Speicherkatalysator als Sulfat absorbiert werden. Eine Sulfatkornbildung innerhalb des NOx -Speicherkatalysators kann einerseits zu einer Reduzierung der Speicherkapazität führen, aber auch einen Angriffspunkt für korrosive Prozesse bilden. Bei Schwefelgehalten über 10 ppm (bis 10 ppm gilt lt. Definition als schwefelfrei) ist eine Schwefelvergiftung der Katalysatoren über die Laufstrecke zu erwarten, die aber reversibel ist und durch Fettbetrieb bei hohen NOx-Katalysatortemperaturen ausgetrieben werden kann. Fuels contain sulfur in varying proportions. During the combustion process, especially in a lean atmosphere, sulfur oxides SO x are formed , which are absorbed by the NO x storage catalyst as sulfate. Sulphate grain formation within the NO x storage catalytic converter can on the one hand lead to a reduction in the storage capacity, but can also form a point of attack for corrosive processes. If the sulfur content is above 10 ppm (up to 10 ppm is defined as sulfur-free), sulfur poisoning of the catalytic converters can be expected over the running distance, but this is reversible and can be driven out by greasing at high NO x catalytic converter temperatures.

Die Schwefelvergiftung wird aber dazu führen, dass demnächst vom Gesetzgeber geforderte Abgastestwerte im geschichteten Fahrbetrieb bereits vor einer Strecke von 4000 km nicht mehr eingehalten werden, wenn nicht der Verschwefelungszustand des NOx-Speicherkatalysators erkannt und eine SOx-Regeneration des NOx -Speicherkatalysators in regelmäßigen Zyklen durchgeführt wird. Die vom Schwefelgehalt des Kraftstoffs abhängige Laufstrecke/Zykluszeit der Brennkraftmaschine zwischen den Entschwefelungen ist jedoch relativ lang, im Vergleich zum NOx- Regenartionszyklus. Die genaue Erkennung und Erfassung der Verschwefelung eines NOx-Speicherkatalysator ist somit für eine effiziente Schadstoffreduzierung von großer Bedeutung. The sulfur poisoning but will result in the near future by the legislature required emission test values in layered driving before a distance of 4000 km no longer be met, if not detected the Verschwefelungszustand the NO x storage and SO x regeneration of the NO x storage in regular cycles. However, the running distance / cycle time of the internal combustion engine, which is dependent on the sulfur content of the fuel, between the desulfurizations is relatively long compared to the NO x regeneration cycle. The precise detection and detection of the sulfurization of a NO x storage catalytic converter is therefore of great importance for efficient pollutant reduction.

Da die eingangs beschriebene thermische Alterung des NOx-Katalysators sich, ebenso wie die Verschwefelung reduzierend auf dessen Speicherkapazität auswirkt, muss sie bei der Dauer der Einspeicherzyklen und der Häufigkeit der Regenerationszyklen berücksichtigt werden. Um die geforderten Emissionsgrenzwerte einzuhalten und einen möglichst niedrigen Kraftstoffverbrauch zu erzielen, ist es wichtig, den Schwefelgehalt und die thermische Alterung möglichst genau zu ermitteln, z. B. mit einem NOx- Sensor oder einer Lambdasonde hinter dem NOx-Katalysator. Since the thermal aging of the NO x catalytic converter described at the outset, like the sulfurization, has a reducing effect on its storage capacity, it must be taken into account in the duration of the storage cycles and the frequency of the regeneration cycles. In order to comply with the required emission limit values and to achieve the lowest possible fuel consumption, it is important to determine the sulfur content and thermal aging as precisely as possible, e.g. B. with a NO x sensor or a lambda sensor behind the NO x catalyst.

Aus der DE 199 51 544 C1 ist ein Verfahren bekannt, mit dem die NOx-Speicherkapazität eines NOx -Speicherkatalysators ermittelt werden und damit auf den Alterungszustand des Speichers geschlossen werden kann. Dazu wird während der Regenerationsphase die Abgaskomponentenkonzentration gemessen und das Ende der Regenerationsphase ermittelt. Die während der Regenerationsphase zugeführte Regenerationsmittelmenge wird erfasst und dient als Maß für die Gesamtspeichermenge des NOx -Speicherkatalysators. Nach Abzug der ebenfalls im Katalysator gespeicherten bekannten Sauerstoffmenge erhält man die verfügbare NOx-Speicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators, die so erhaltenen Werte werden zum weiteren Betrieb des NOx-Speicherkatalysators verwendet. A method is known from DE 199 51 544 C1 with which the NO x storage capacity of a NO x storage catalytic converter is ascertained and thus the aging condition of the storage device can be deduced. For this purpose, the exhaust gas component concentration is measured during the regeneration phase and the end of the regeneration phase is determined. The amount of regeneration agent supplied during the regeneration phase is recorded and serves as a measure of the total storage amount of the NO x storage catalytic converter. After deduction of the known amount of oxygen also stored in the catalytic converter, the available NO x storage capacity of the NO x storage catalytic converter is obtained; the values obtained in this way are used for further operation of the NO x storage catalytic converter.

Wie oben ausgeführt, kann aber auch die zunehmende Verschwefelung des NOx-Speicherkatalysators die Speicherkapazität deutlich verringert haben. Eine Trennung von thermischer Alterung und Verschwefelung ist aber mit den bekannten Verfahren nicht ohne weiteres möglich. As stated above, however, the increasing sulfurization of the NO x storage catalytic converter may have significantly reduced the storage capacity. A separation of thermal aging and sulfurization is not easily possible with the known methods.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, dass neben der thermischen Alterung des NOx-Katalysators eine Abschätzung des Verschwefelungsgrades der Katalysatoranlage mit möglichst großer Präzision ermöglicht, um bei Überschreitung eines Schwellwertes entweder den Magerbetrieb zu sperren oder einen Entschwefelungszyklus einzuleiten. The object of the present invention is to provide a method which, in addition to the thermal aging of the NO x catalytic converter, enables the degree of sulfurization of the catalyst system to be estimated with the greatest possible precision, in order to either block lean operation or to initiate a desulfurization cycle if a threshold value is exceeded.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

  • a) der NOx- Speicherkatalysator wird einer SOx- Regeneration unterzogen,
  • b) der Alterungszustand des schwefelfreien NOx- Speicherkatalysators wird über das im Betrieb nachlassende NOx-Speichervermögen nach einem vorgegebenem Alterungszyklus bei vorgegebener Alterungstemperatur messtechnisch ermittelt,
  • c) unter Zugrundelegung des ermittelten Alterungszustandes wird während einer zeitlich und laufstreckenmäßig begrenzten Anzahl von Fahrzyklen mit NOx-Regeneration die benötigte Regenerationsmittelmenge in einem eingeschränkten Betriebsbereich des Motors adaptiert,
  • d) die adaptierte Regenerationsmittelmenge wird über eine Filterung als die speicherbare Standard-Regenerationsmittelmenge eines unverschwefelten NOx-Speicherkatalysators abgespeichert,
  • e) im weiteren Betrieb werden die Regenerationsmittelmengen mindestens einzelner Zyklen mit der abgespeicherten Standard-Regenerationsmittelmenge verglichen,
  • f) bei einer Abnahme der Regenerationsmittelmenge wird auf eine fortschreitende Verschwefelung des NOx-Speicherkatalysators erkannt und nach Überschreiten eines Schwellwertes eine Entschwefelung des Adsorbers angefordert bzw. eingeleitet.
To solve the problem, a method is proposed which is characterized by the following method steps:
  • a) the NOx storage catalytic converter is subjected to SO x regeneration,
  • b) the aging state of the sulfur-free NO x storage catalytic converter is measured using the NO x storage capacity which decreases during operation after a predetermined aging cycle at a predetermined aging temperature,
  • c) on the basis of the determined state of aging, the required amount of regeneration agent is adapted in a restricted operating range of the engine during a limited number of driving cycles with NO x regeneration in terms of time and running distance,
  • d) the adapted amount of regenerant is stored by filtering as the storable standard amount of regenerant of an unsulfurized NO x storage catalytic converter,
  • e) in further operation, the amounts of regenerant at least individual cycles are compared with the stored standard amount of regenerant,
  • f) when the amount of regenerant decreases, a progressive sulfurization of the NO x storage catalytic converter is detected and, after a threshold value has been exceeded, desulfurization of the adsorber is requested or initiated.

Das erfindungsgemäße Verfahren optimiert das Verfahren zur Alterserkennung, wie in der DE 199 51 544 C1 beschrieben und macht es zur Erkennung der Verschwefelung eines NOx-Adsorbers anwendbar. Dabei verzichtet eine Variante des Verfahrens auf die Ermittlung des Sauerstoffanteils in der Kapazität des Speichers. Der Sauerstoffanteil wird statt dessen zwischen zwei Verschwefelungs-Zyklen als konstant vorrausgesetzt. Dadurch erhöht sich die erreichbare Signalpräzision. The method according to the invention optimizes the age detection method as described in DE 199 51 544 C1 and makes it applicable for the detection of the sulfurization of a NO x adsorber. A variant of the method does not determine the oxygen content in the capacity of the storage. Instead, the oxygen content is assumed to be constant between two sulfurization cycles. This increases the signal precision that can be achieved.

Im weiteren Normalbetrieb des Motors wird die Regenerationsmittelmenge fortlaufend überwacht und mit dem adaptierten Wert verglichen. Über die Reduzierung der Regenerationsmittelmenge kann dann auf die Verschwefelung des NOx-Adsorbers geschlossen werden. Wird nach Überschreiten einer minimalen Laufstrecke, die sich aus der Festlegung des ungünstigen freigegebenen Kraftstoffs ergibt, ein Schwellwert unterschritten, so wird der Magerbetrieb gesperrt und eine Entschwefelung des Adsorbers angefordert bzw. eingeleitet. As the engine continues to operate normally, the amount of regeneration agent is continuously monitored and compared with the adapted value. The sulfurization of the NO x adsorber can then be deduced from the reduction in the amount of regeneration agent. If, after exceeding a minimum running distance, which results from the determination of the unfavorable released fuel, the temperature falls below a lean value, the lean operation is blocked and desulfurization of the adsorber is requested or initiated.

Das nachfolgende Prozessdiagramm verdeutlicht das erfindungsgemäße Verfahren:


The following process diagram illustrates the method according to the invention:


Durch die erfindungsgemäße Adaption werden alle relevanten Systemtoleranzen, inklusive der motorbedingten NOx-Rohemissionstoleranzen des Motors erfasst. Lediglich umweltbedingte Schwankungen können nicht erfasst werden, doch diese werden über eine Filterung innerhalb der Adaption nivelliert. The adaptation according to the invention captures all relevant system tolerances, including the engine-related NO x raw emission tolerances of the engine. Only environmental fluctuations cannot be recorded, but these are leveled by filtering within the adaptation.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zur Modellation und Abschätzung des Eintrages von Schwefel in den NOx- Speicherkatalysator zwei getrennte Schwefelmodelle angewendet werden, bei denen vorzugsweise die Extremwerte des maximal zulässigen und eines als schwefelfrei geltenden Wertes benutzt werden, um über die Laufstrecke und Zeit im Magerbetrieb den das Speichervermögen verringernden Schwefeleintrag zu ermitteln, wobei das Speicherverhalten nach Alterung in Abhängigkeit von der Temperatur und der NOx-Konzentration als Kennfeld in der Motorsteuerung abgelegt werden. In a further embodiment of the method according to the invention, it is provided that two separate sulfur models are used for modeling and estimating the entry of sulfur into the NO x storage catalytic converter, in which the extreme values of the maximum permissible value and one that is considered to be sulfur-free are preferably used to over the running distance and time in lean operation to determine the sulfur input which reduces the storage capacity, the storage behavior after aging depending on the temperature and the NO x concentration being stored as a map in the engine control system.

Es werden vorzugsweise die extremen Werte 150 ppm (gesetzlich max. zulässiger Schwefelgehalt in ROZ95 Kraftstoff) und 10 ppm (schwefelfrei) verwendet. Es könnte auch eine andere, kleine Zahl sein. Über Laufstrecke und Magerzeit ergibt sich dann ein Schwefeleintrag und damit eine Verringerung des Speichervermögens. It will prefer the extreme values 150 ppm (legally maximum permissible sulfur content in ROZ95 fuel) and 10 ppm (sulfur free) used. It could be another small number. about Running distance and lean period then result in a sulfur input and thus a reduction in storage capacity.

Abgelegt in der Motorsteuerung ist ein Kennfeld welches das Speicherverhalten nach Alterung in Abhängigkeit von Temperatur, NOx-Konzentration und Raumgeschwindigkeit beschreibt. A map is stored in the engine control which describes the storage behavior after aging as a function of temperature, NO x concentration and space velocity.

Eine Variante des vorgeschlagenen Verfahrens ist gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

  • a) der NOx-Speicherkatalysator wird einer SOx-Regeneration unterzogen,
  • b) der Alterungszustand des schwefelfreien NOx- Speicherkatalysators wird über das im Betrieb nachlassende NOx-Speichervermögen nach einem vorgegebenem Alterungszyklus bei vorgegebener Alterungstemperatur gegebenenfalls messtechnisch ermittelt,
  • c) unter Zugrundelegung des erkannten Alterungszustandes wird nach der Entschwefelung während einer zeitlich und laufstreckenmäßig begrenzten Anzahl von Fahrzyklen oder durch eine kurze Einspeicherungsphase im Schichtbetrieb die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasanlage ermittelt,
  • d) die ermittelte Sauerstoffspeicherfähigkeit wird adaptiert und über eine Filterung als die Sauerstoffspeicherfähigkeit des unverschwefelten NOx-Speicherkatalysators abgespeichert,
  • e) im Weiteren wird die Verbrennungsmaschine im Normalbetrieb mit Schichtbetrieb und zyklischer NOx-Regeneration gefahren,
  • f) zwecks Überwachung des Schwefelgehalts im NOx- Absorber wird die Regenerationsmittelmenge in einem eingeschränkten Betriebsbereich ermittelt,
  • g) zur Berechung des relevanten NOx-Anteils an der Regenerationsmittelmenge wird der oben adaptierte Sauerstoffanteil der unverschwefelten Anlage vom Signalwert abgezogen,
  • h) im Entscheidungspfad für die Schwefelerkennung wird der aktuell berechnete NOx-Anteil an der Regenerationsmittelmenge mit einem Schwellwert verglichen,
  • i) bei Unterschreitung des Schwellwertes wird nach Abfrage einer Fehlerkennungslogik auf verschwefelten Zustand erkannt und die Entschwefelung eingeleitet.
A variant of the proposed method is characterized by the following method steps:
  • a) the NO x storage catalytic converter is subjected to SO x regeneration,
  • b) the aging state of the sulfur-free NO x storage catalytic converter is determined by measurement, if necessary, using the NO x storage capacity which decreases during operation after a given aging cycle at a given aging temperature,
  • c) on the basis of the recognized state of aging, after desulfurization, the oxygen storage capacity of the exhaust system is determined during a limited number of driving cycles in terms of time and running distance or through a short storage phase in shift operation,
  • d) the determined oxygen storage capacity is adapted and stored by filtering as the oxygen storage capacity of the unsulfurized NO x storage catalytic converter,
  • e) furthermore, the internal combustion engine is operated in normal operation with shift operation and cyclical NO x regeneration,
  • f) in order to monitor the sulfur content in the NO x absorber, the amount of regenerant is determined in a restricted operating range,
  • g) in order to calculate the relevant NO x portion of the amount of regenerant, the oxygen portion of the unsulfurized system adapted above is subtracted from the signal value,
  • h) in the decision path for sulfur detection, the currently calculated NO x portion of the amount of regeneration agent is compared with a threshold value,
  • i) if the threshold value is undershot, an error detection logic for a sulfurized state is recognized and the desulfurization is initiated.

Nach einer ebenfalls durchgeführten Entschwefelung des NOx-Adsorbers wird ein Verfahren der Alterungserkennung angewandt, wie es in den Patentansprüchen 2 bis 7 der DE 1999 51 544 C1 beschrieben ist. Über dieses Verfahren ist der Alterungszustand des schwefelfreien Adsorbers mit akzeptabler Genauigkeit bestimmbar. Unter Zugrundelegung des ermittelten Alterungsfaktors für thermische Alterung des NOx-Adsorbers wird sodann in einer zeitlich und laufstreckenmäßig begrenzten Anzahl Fahrzyklen nach der Entschwefelung die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasanlage, durch eine kurze Einspeicherphase im Schichtbetrieb ermittelt. Zwischen der letzten NOx -Regeneration und dieser Kurzeinspeicherung darf keine Schubphase liegen, damit es nicht zu einer Signalüberhöhung durch die erhöhte Sauerstoffkonzentration kommt. Der NOx-Anteil kann infolge der kurzen Einspeicherdauer vernachlässigt werden. After desulphurization of the NO x adsorber has also been carried out, a method of aging detection is used, as described in patent claims 2 to 7 of DE 1999 51 544 C1. The aging condition of the sulfur-free adsorber can be determined with acceptable accuracy using this method. On the basis of the determined aging factor for thermal aging of the NO x adsorber, the oxygen storage capacity of the exhaust gas system is then determined in a limited number of driving cycle times and running distances after the desulfurization, by means of a short storage phase in shift operation. There should be no overrun phase between the last NO x regeneration and this brief storage, so that there is no signal increase due to the increased oxygen concentration. The NO x content can be neglected due to the short injection period.

Vorteilhaft ist hier, dass die Sauerstoffadaption unter identischen Bedingungen abläuft wie die Messung der Regenerationsmittelmenge. Dadurch werden physikalische Quereffekte vermieden. The advantage here is that the Oxygen adaptation takes place under identical conditions as that Measurement of the amount of regenerant. This will physical cross effects avoided.

Die Sauerstoffspeicherfähigkeit wird adaptiert und über eine Filterung abgespeichert. The oxygen storage capacity is adapted and saved via filtering.

Der adaptierte Wert stellt die Sauerstoffspeicherfähigkeit für die unverschwefelte Abgasanlage dar. Anschließend läuft der Motor in Normalbetrieb mit Schichtbetrieb und NOx-Regenerationen, wie in Patentanspruch 1, Merkmal a)-f) der DE 1999 51 544 C1 beschrieben. The adapted value represents the oxygen storage capacity for the unsulfurized exhaust system. The engine then runs in normal operation with stratified operation and NO x regeneration, as described in claim 1, feature a) -f) of DE 1999 51 544 C1.

Zwecks Überwachung des Schwefelgehalts im NOx- Absorber wird die Regenerationsmittelmenge in einem eingeschränkten Betriebsbereich ermittelt. Für diesen Überwachungsmodus kann die Einspeicherdauer der NOx-Zyklus und die Motorparameter u. U. verändert werden. In order to monitor the sulfur content in the NO x absorber, the amount of regenerant is determined in a restricted operating range. For this monitoring mode, the storage period of the NO x cycle and the engine parameters u. U. be changed.

Zur Berechung des relevanten NOx-Anteils an der Regenerationsmittelmenge wird der oben adaptierte Sauerstoffanteil der unverschwefelten Anlage vom Signalwert abgezogen (nicht ein aktuell berechneter Sauerstoffanteil). Dadurch wird eine Sauerstoff-Offsetkompensation des Signalwerts erreicht. Im Entscheidungspfad für die Schwefelerkennung wird der aktuell berechnete NOx-Anteil an der Regenerationsmittelmenge mit einem Schwellwert oder Modellwert verglichen; wird dieser unterschritten, so wird nach Abfrage einer Fehlerkennungslogik (Mindestlaufstrecke erreicht, etc) nach folgender Formel auf verschwefelten Zustand erkannt:

RAI_NOX_O2 = RAI_AKT - O2_SPK_OS_AD

IF RAI_NOX_O2 ⇒ RAI_NOX_O2_MIN THEN B_NOXKAT_S = TRUE

dabei bedeuten:
RAI_AKT: Aktuelle Regenerationsmittelmenge
O2_SPK_OS_AD: adaptierte Sauerstoffspeicherfähigkeit ohne Schwefeleinfluss
RAI_NOX_O2: Sauerstoff-Offsetkompensierte Regenerationsmittelmenge
RAI_NOX_O2_MIN: Schwellwert für Sauerstoff-Offsetkompensierte Regenerationsmittelmenge
B_NOXKAT_S: Zustandserkennung NOx-Adsorber ist verschwefelt
To calculate the relevant NO x portion of the amount of regeneration agent, the above adapted oxygen portion of the unsulfurized system is subtracted from the signal value (not a currently calculated oxygen portion). Oxygen offset compensation of the signal value is thereby achieved. In the decision path for sulfur detection, the currently calculated NO x portion of the amount of regeneration agent is compared with a threshold value or model value; if this is undershot, after querying an error detection logic (minimum running distance reached, etc), the following formula for a sulphurized state is recognized:

RAI_NOX_O2 = RAI_AKT - O2_SPK_OS_AD

IF RAI_NOX_O2 ⇒ RAI_NOX_O2_MIN THEN B_NOXKAT_S = TRUE

mean:
RAI_AKT: Current amount of regenerant
O2_SPK_OS_AD: adapted oxygen storage capacity without the influence of sulfur
RAI_NOX_O2: Oxygen offset compensated amount of regenerant
RAI_NOX_O2_MIN: Threshold value for oxygen offset-compensated amount of regenerant
B_NOXKAT_S: Status detection NO x adsorber is contaminated

Durch die oben genannte Offsetkompensation werden verschiedene Vorteile erzielt:
Die Reduzierung der Sauerstoffspeicherfähigkeit durch Schwefeleintrag kann zur Erhöhung der Trennschärfe für die Schwefelerkennung genutzt werden.
Various advantages are achieved through the above-mentioned offset compensation:
The reduction in oxygen storage capacity due to sulfur input can be used to increase the selectivity for sulfur detection.

Durch die Verschwefelung der Abgasanlage reduziert sich die Sauerstoffspeicherfähigkeit. Da in einem Verschwefelungszyklus von bis zu 4000 km bei eingelaufenem Fahrzeug der Einfluss durch thermische Alterung auf die Sauerstoffspeicherfähigkeit vernachlässigt werden kann, kann dieser Anteil direkt dem Schwefeleinfluss zugeschrieben werden. Dieser Einfluss führt zur Reduzierung der aktuellen Regenerationsmittelmenge und wird nach o. g. Offsetkompensation für die Erkennungstrennschärfe genutzt. Due to the sulfurization of the exhaust system the oxygen storage capacity is reduced. There in one Sulfurization cycle of up to 4000 km the vehicle due to thermal aging the oxygen storage capacity can be neglected can, this portion can directly influence the sulfur be attributed. This influence leads to reduction the current amount of regeneration agent and is according to the above. Offset compensation for the detection selectivity used.

Außerdem wird durch Verwendung des offsetkompensierten Adaptionswerts die Fehlertoleranz, die durch Messwertstreuung in der Sauerstoffspeicherermittlung entsteht, gemildert. Da alle Einzelwerte der Regenerationsmittelmenge mit dem identischen Sauerstoffspeicherwert korrigiert werden, wird die Erkennungstrennschärfe nur systematisch, jedoch nicht stochastisch beeinflusst. In addition, by using the offset-compensated adaptation value the fault tolerance caused by Scattering of measured values in oxygen storage determination arises, tempered. Since all individual values of the Amount of regeneration agent with the identical oxygen storage value are corrected, the detection selectivity is only systematically, but not stochastically influenced.

Das nachfolgende Prozessdiagramms verdeutlicht diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens:


The following process diagram illustrates this variant of the method according to the invention:


Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht eine Verschwefelungserkennung mit einem Lambdasondenkonzept mit zwei oder mehreren Lambdasonden hinter dem NOx -Adsorber unter Verzicht auf NOx-Sensoren. Es ermöglicht eine kontinuierliche Zertifizierung und eine längere Betriebsweise im Magerbetrieb unter Verwendung von Kraftstoff mit geringem Schwefelgehalt. Letztendlich bedeutet dies eine ähnlich gute Verbrauchsreduzierung wie bei einem System mit NOx-Sensor bei deutlich geringeren Systemkosten. The proposed method enables a sulfurization detection with a lambda sensor concept with two or more lambda sensors behind the NO x adsorber without the need for NO x sensors. It enables continuous certification and longer lean-burn operation using low sulfur fuel. Ultimately, this means a similarly good reduction in consumption as in a system with a NO x sensor at significantly lower system costs.

Claims (3)

1. Verfahren zur Erkennung der fortschreitenden Verschwefelung, insbesondere eines im Abgaskanal eines direkteinspritzenden Otto-Motors angeordneten NOx- Speicherkatalysators, in dem während des Betriebs mit einem magerem Kraftstoff/Luft-Gemisch NOx gespeichert wird, das in einer zyklischen Regenerationsphase bei Betrieb des NOx-Speicherkatalysators mit einem fetten Kraftstoff/Luft-Gemisch unter Zufuhr eines Regenerationsmittels katalytisch in weniger umweltschädliche Reaktionsprodukte umsetzt wird, wobei über einen stromabwärts des NOx -Speicherkatalysators angeordneten Gassensor die Abgaskomponentenkonzentration gemessen wird, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) der NOx-Speicherkatalysator wird einer SOx -Regeneration unterzogen, b) der Alterungszustand des schwefelfreien NOx- Speicherkatalysators wird über das im Betrieb nachlassende NOx-Speichervermögen nach einem vorgegebenen Alterungszyklus bei vorgegebener Alterungstemperatur gegebenenfalls messtechnisch ermittelt, c) unter Zugrundelegung des erkannten Alterungszustandes wird während einer zeitlich und laufstreckenmäßig begrenzten Anzahl von Fahrzyklen mit NOx-Regeneration die benötigte Regenerationsmittelmenge in einem eingeschränkten Betriebsbereich des Motors adaptiert, d) die adaptierte Regenerationsmittelmenge wird über eine Filterung als die speicherbare Standard-Regenerationsmittelmenge eines unverschwefelten NOx-Speicherkatalysators abgespeichert, e) im weiteren Betrieb werden die Regenerationsmittelmengen mindestens einzelner Zyklen mit der abgespeicherten Standard-Regenerationsmittelmenge verglichen, f) bei einer Abnahme der Regenerationsmittelmenge wird auf eine fortschreitende Verschwefelung des NOx-Speicherkatalysators erkannt und nach Überschreiten eines Schwellwertes eine Entschwefelung des Adsorbers angefordert bzw. eingeleitet. 1. Method for detecting the progressive sulfurization, in particular a NO x storage catalytic converter arranged in the exhaust duct of a direct-injection gasoline engine, in which NO x is stored during operation with a lean fuel / air mixture, which in a cyclical regeneration phase during operation of the NO x storage catalytic converter with a rich fuel / air mixture with the addition of a regeneration agent is converted catalytically into less environmentally harmful reaction products, the exhaust gas component concentration being measured via a gas sensor arranged downstream of the NO x storage catalytic converter, characterized by the following process steps: a) the NO x storage catalytic converter is subjected to SO x regeneration, b) the aging state of the sulfur-free NO x storage catalytic converter is determined by measurement, if necessary, using the NO x storage capacity which decreases during operation after a given aging cycle at a given aging temperature, c) on the basis of the recognized aging condition, the required amount of regeneration agent is adapted in a restricted operating range of the engine during a limited number of driving cycles with NO x regeneration in terms of time and running distance, d) the adapted amount of regenerant is stored by filtering as the storable standard amount of regenerant of an unsulfurized NO x storage catalytic converter, e) in further operation, the amounts of regenerant at least individual cycles are compared with the stored standard amount of regenerant, f) when the amount of regenerant decreases, a progressive sulfurization of the NO x storage catalytic converter is detected and, after a threshold value has been exceeded, desulfurization of the adsorber is requested or initiated. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Modellation und Abschätzung des Eintrages von Schwefel in den NOx-Speicherkatalysator zwei getrennte Schwefelmodelle angewendet werden, bei denen vorzugsweise die Extremwerte des maximal zulässigen und eines als schwefelfrei geltenden Werte benutzt werden, um über die Laufstrecke und Zeit im Magerbetrieb den das Speichervermögen verringernden Schwefeleintrag zu ermitteln, wobei das Speicherverhalten nach Alterung in Abhängigkeit von der Temperatur und der NOx-Konzentration als Kennfeld in der Motorsteuerung abgelegt werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that two separate sulfur models are used for modeling and estimating the entry of sulfur into the NO x storage catalytic converter, in which the extreme values of the maximum permissible and one considered to be sulfur-free values are preferably used to over the running distance and time in lean operation to determine the sulfur input which reduces the storage capacity, the storage behavior after aging depending on the temperature and the NO x concentration being stored as a map in the engine control system. 3. Verfahren zur Erkennung der fortschreitenden Verschwefelung, insbesondere eines im Abgaskanal eines direkteinspritzenden Otto-Motors angeordneten NOx- Speicherkatalysators, in dem während des Betriebs mit einem magerem Kraftstoff/Luft-Gemisch NOx gespeichert wird, das in einer zyklischen Regenerationsphase bei Betrieb des NOx-Speicherkatalysators mit einem fetten Kraftstoff/Luft-Gemisch unter Zufuhr eines Regenerationsmittels katalytisch in weniger umweltschädliche Reaktionsprodukte umsetzt wird, wobei über einen stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators angeordneten Gassensor die Abgaskomponentenkonzentration gemessen wird, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) der NOx-Speicherkatalysator wird einer SOx -Regeneration unterzogen, b) der Alterungszustand des schwefelfreien NOx- Speicherkatalysators wird über das im Betrieb nachlassende NOx-Speichervermögen nach einem vorgegebenem Alterungszyklus bei vorgegebener Alterungstemperatur messtechnisch ermittelt, c) unter Zugrundelegung des ermittelten Alterungszustandes wird während einer zeitlich und laufstreckenmäßig begrenzten Anzahl von Fahrzyklen nach der Entschwefelung oder durch eine kurze Einspeicherungsphase im Schichtbetrieb die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasanlage ermittelt, d) die ermittelte Sauerstoffspeicherfähigkeit wird adaptiert und über eine Filterung als die Sauerstoffspeicherfähigkeit des unverschwefelten NOx-Speicherkatalysators abgespeichert, e) im Weiteren wird die Verbrennungsmaschine im Normalbetrieb mit Schichtbetrieb und zyklischer NOx-Regeneration gefahren, f) zwecks Überwachung des Schwefelgehalts im NOx- Adsorber wird die Regenerationsmittelmenge in einem eingeschränkten Betriebsbereich ermittelt, g) zur Berechung des relevanten NOx-Anteils an der Regenerationsmittelmenge wird der oben adaptierte Sauerstoffanteil der unverschwefelten Anlage vom Signalwert abgezogen, h) im Entscheidungspfad für die Schwefelerkennung wird der aktuell berechnete NOx-Anteil an der Regenerationsmittelmenge mit einem Schwellwert verglichen, i) bei Unterschreitung des Schwellwertes wird nach Abfrage einer Fehlerkennungslogik auf verschwefelten Zustand erkannt und die Entschwefelung eingeleitet. 3. A method for detecting the progressive sulfurization, in particular a NO x storage catalytic converter arranged in the exhaust duct of a direct-injection gasoline engine, in which NO x is stored during operation with a lean fuel / air mixture, which in a cyclical regeneration phase during operation of the NO x storage catalytic converter with a rich fuel / air mixture with the addition of a regeneration agent is converted catalytically into less environmentally harmful reaction products, the exhaust gas component concentration being measured via a gas sensor arranged downstream of the NO x storage catalytic converter, characterized by the following process steps: a) the NO x storage catalytic converter is subjected to SO x regeneration, b) the aging state of the sulfur-free NO x storage catalytic converter is measured using the NO x storage capacity which decreases during operation after a predetermined aging cycle at a predetermined aging temperature, c) on the basis of the determined aging condition, the oxygen storage capacity of the exhaust system is determined during a limited number of driving cycles after desulfurization or through a short storage phase in shift operation, d) the determined oxygen storage capacity is adapted and stored by filtering as the oxygen storage capacity of the unsulfurized NO x storage catalytic converter, e) furthermore, the internal combustion engine is operated in normal operation with shift operation and cyclical NO x regeneration, f) in order to monitor the sulfur content in the NO x adsorber, the amount of regenerant is determined in a restricted operating range, g) in order to calculate the relevant NO x portion of the amount of regenerant, the oxygen portion of the unsulfurized system adapted above is subtracted from the signal value, h) in the decision path for sulfur detection, the currently calculated NO x portion of the amount of regeneration agent is compared with a threshold value, i) if the threshold value is undershot, an error detection logic for a sulfurized state is recognized and the desulfurization is initiated.
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