EP1508683A2 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1508683A2
EP1508683A2 EP04103569A EP04103569A EP1508683A2 EP 1508683 A2 EP1508683 A2 EP 1508683A2 EP 04103569 A EP04103569 A EP 04103569A EP 04103569 A EP04103569 A EP 04103569A EP 1508683 A2 EP1508683 A2 EP 1508683A2
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EP
European Patent Office
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storage
catalytic converter
regeneration
exhaust gas
adaptation
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EP04103569A
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EP1508683B1 (de
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Sören HINZE
Hermann Hahn
Gerrit Bruns
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Volkswagen AG
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a lean-running internal combustion engine with an arranged in an exhaust tract of the internal combustion engine NO x storage catalytic converter, according to the preamble of claim 1.
  • the exhaust gas sensor signals behind the NO x storage catalytic converter are required for the initiation and / or termination of a NO x regeneration of the NO x storage catalytic converter during the lean-burn operation, no liquid water can be left behind the NO x storage catalytic converter until such time is present, the lean operation is not released. Instead, the engine must be operated as long as lambda equal to 1, to ensure the emission safety.
  • a method and a device for controlling a NO x regeneration of an arranged in the exhaust line of an internal combustion engine NO x storage catalytic converter in which a front and rear measuring device, a lambda value before and after the NO x storage catalytic converter is detectable. It is provided that the regeneration parameters are set as a function of a catalyst state and a ratio of the lambda values before and after the NO x storage catalytic converter at the end of the NO x regeneration (lambda ratio) (adaptation of the regeneration parameters).
  • the invention has for its object to optimize exhaust aftertreatment even in those operating phases in which exhaust gas sensors and in particular a NO x storage downstream of the NO x sensor are not or not yet ready for operation.
  • a state of NO x storage capability and an O 2 storage capacity of the NO x storage catalytic converter adapted and determined with the adapted state on the basis of a model for the NO x storage catalytic converter in the fresh state when the NO x storage capability of the NO x storage catalytic converter is exhausted and in this case a regeneration of the NO x storage catalytic converter is required, wherein a reducing agent amount for the implementation of the NO x stored in the NO x storage NO x - and O 2 amount calculated and based the calculated amount of reducing agent, the regeneration of the NO x storage catalyst is performed controlled.
  • the adaptation of the state of NO x storage capability and O 2 storage capability of the NO x storage catalytic converter is performed on the basis of sensor signals from exhaust gas sensors in the exhaust gas tract of the internal combustion engine.
  • a reducing agent throughput in dependence on an exhaust gas mass flow and a temperature of the NO x storage catalytic converter with the model and / or a map for the NO x storage catalytic converter in the fresh State adapted and determines an end of the controlled NO x regeneration.
  • the model for the NO x storage catalytic converter in the fresh state preferably describes a storage and / or regeneration behavior of the NO x storage catalytic converter.
  • At least one adaptation value for the NO x storage capacity in the lean mode and at least one value for the O 2 storage capacity is determined.
  • An up-to-date evaluation of the NO x storage capacity and the necessary regeneration duration is achieved by the adaptation values determined during the adaptation of the state of NO x storage capacity and O 2 storage capability of the NO x storage catalytic converter in the controlled mode for lean operation and NO x regeneration to be updated.
  • the adaptation of the state of NO x storage capability and O 2 storage capability of the NO x storage catalytic converter is carried out only in those operating phases of the internal combustion engine in which an exhaust gas mass flow, a load, a temperature of the NO x storage catalytic converter and / or an exhaust gas temperature is within predetermined limits.
  • NO x characteristic values are calculated in and / or behind the NO x storage catalytic converter, taking into account the previously determined state of the NO x storage capability.
  • control of the NO x regeneration is performed only in those operating phases of the internal combustion engine, in which exhaust gas sensors, in particular a NO x sensor downstream of the NO x storage catalytic converter, are not ready for operation.
  • a cumulative reductant throughput is adapted without separation of NO x and O 2 storage amounts and the controlled regeneration is terminated taking into account the determined adaptation value as a function of the cumulative reductant throughput.
  • the reducing agent stream is preferably calculated from an exhaust gas mass flow and a combustion air ratio, wherein from the calculated reducing agent flow, a model and / or a map of the cumulative Reduktionsstoff besatzes during regeneration depending on the exhaust gas mass flow and a temperature of the NO x storage catalytic converter for a fresh NO x storage catalytic converter is created.
  • an accumulated reductant flow rate adaptation value is determined by comparing the current cumulative reductant flow rate value with a cumulative reductant flow rate value stored in the model and / or map at that operating point.
  • the adaptation of the cumulative reductant flow rate is only performed in those operating phases of the internal combustion engine in which an exhaust gas mass flow, a load, a temperature of the NO x storage catalytic converter and / or an exhaust gas temperature are within predetermined limits.
  • the adaptation values determined during the adaptation of the cumulative reducing agent throughput are determined by additive and / or multiplicative parameters as a function of an exhaust gas mass flow, a load, a temperature of the NO x storage catalytic converter, an exhaust gas temperature and / or a NO x level corrected.
  • FIG. A schematic representation of an internal combustion engine.
  • the method according to the invention relates to an internal combustion engine that runs at least temporarily lean, as shown schematically in the single FIGURE.
  • a pre-catalyst 18 and a NO x storage catalyst 12 is arranged in an exhaust tract of the internal combustion engine 10. Downstream of this NO x storage catalyst 12 is a measuring device 14, which is able to determine the air ratio of the exhaust gas.
  • the measuring device 14 is, for example, a leaky or broadband lambda probe or an NO x sensor which emits one or both lambda signals U ⁇ , and a measuring device 14 which is able to determine the NOx concentration in the exhaust gas, for example a NO x sensor.
  • a motor control unit 16 is provided which processes the lambda signal U ⁇ and the NO x signal.
  • this engine control unit 16 there is further implemented a functionality capable of determining the state of the NO x storage catalyst 12 during a storage phase, ie, for example, a lean operation of the internal combustion engine.
  • 2 storage capability of the NO x storage catalytic converter is adapted 12, the state of NO x storage capacity and O, NO x -Kennhong in and / or downstream of the NO x storing catalyst 12 in consideration of the determined NO x - Memory state calculated and thus determines the need for a NO x regeneration of the NO x storage catalytic converter 12 and this is initiated.
  • the duration of the NO x regeneration is controlled as a function of the determined reducing agent mass determined taking into account the currently stored NO x and O 2 mass determined.
  • the storage or regeneration behavior of the NO x storage catalytic converter 12 will be described for control by computational models. However, due to variations in model inputs, accurate modeling taking into account aging or sulfur poisoning is not possible.
  • the influence of aging or sulfur poisoning of the NO x storing catalyst 12 to the storage or regeneration behavior of the NO x storing catalyst 12 is therefore according to the invention by appropriate methods based on measurement signals from sensors determined.
  • the independent of the NO x storage ability state of O 2 storage capability has a great influence on the regeneration period.
  • the states of NO x storage capacity and O 2 storage capacity are adapted on the basis of physical and / or phenomenological correlations in comparison to a model of only the fresh NO x storage catalytic converter 12.
  • the adaptations take place in the exhaust gas aftertreatment system controlled by means of exhaust gas sensors. In each case, at least one adaptation value for the NO x storage capability in lean operation and the O 2 storage capability is determined with the aid of the exhaust gas sensor signals.
  • the adaptation values are updated in the regulated operation of the exhaust aftertreatment, so that there is a current assessment of the NO x storage capacity and the necessary regeneration duration at all times.
  • the adaptation processes preferably take place under conditions which enable a good dissolution of the aging state of the NO x storage catalytic converter 12. For this limits for the exhaust gas mass flow, the engine load, the catalyst and / or the exhaust gas temperature are specified.
  • the adaptation values are corrected via additive and / or multiplicative parameters as a function of the exhaust gas mass flow, the engine load, the temperature of the NO x storage catalytic converter 12, the exhaust gas temperature and / or an NO x level of the NO x storage catalytic converter 12
  • NO x characteristic values in and / or behind the NO x storage catalytic converter 12 are calculated taking into account the previously determined state of the NO x storage capability.
  • multiplicative and / or additive correction parameters can be used for the calculated NO x characteristic values for the low-emission design.
  • control of the regeneration period is dependent on the determined currently stored NO x - and O 2 mass or amount and the required reductant mass or quantity. Furthermore, multiplicative and / or additive correction parameters for the stored NO x and O 2 mass or quantity and / or the determined reducing agent mass or quantity are used.
  • the cumulative reductant throughput during the regulated regeneration is adapted and the controlled regeneration is terminated, taking into account the determined adaptation value as a function of the cumulative reductant throughput. This is based on the finding that during a regeneration depending on the stored NO x mass, a different sized O 2 mass is implemented. Depending on the coating, a dependence of the regeneration duration on the exhaust gas mass flow, the engine load, the temperature of the NO x storage catalytic converter, the exhaust gas temperature and / or the combustion air ratio results in today's NO x storage.
  • the reducing agent flow is calculated according to the invention from the exhaust gas mass flow and the combustion air ratio.
  • a model and / or map of cumulative reductant throughput during regeneration versus exhaust gas mass flow and catalyst temperature for a fresh NO x storage catalyst is created.
  • an adaptation value is determined by comparing the current cumulative reducing agent throughput stored in the model / characteristic map for a fresh catalyst.
  • the adaptation process is preferably carried out under conditions which allow a good resolution of the regeneration period. For this purpose, limits for the exhaust gas mass flow, the engine load, the catalyst temperature and / or the exhaust gas temperature are predetermined.
  • the adaptation values are corrected via additive and / or multiplicative parameters as a function of the stored NO x amount, O 2 amount, the exhaust gas mass flow, the engine load, the catalyst temperature and / or the exhaust gas temperature.
  • the reducing agent throughput is cumulated during the regeneration and the regeneration ends when a threshold value is reached, taking into account the adaptation value.
  • the NO x regeneration of the NO x storage catalytic converter is lengthened or shortened.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine mit einem in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordneten NOx-Speicherkatalysator. Hierbei wird ein Zustand einer NOx-Speicherfähigkeit und einer O2-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators adaptiert und mit dem adaptierten Zustand auf der Basis eines Modells für den NOx-Speicherkatalysator in frischem Zustand ermittelt, wann die NOx-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators erschöpft ist und in diesem Fall eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators angefordert, wobei eine Reduktionsmittelmenge zur Umsetzung der im NOx-Speicherkatalysator gespeicherten NOx- und O2-Menge berechnet und auf der Basis der berechneten Reduktionsmittelmenge die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators gesteuert durchgeführt wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine mit einem in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordneten NOx-Speicherkatalysator, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Heutige NOx-Sensoren und Lambdasonden müssen beheizt werden, um Betriebsbereitschaft zu erreichen. Werden diese Abgassensoren hinter einem NOx-Speicherkatalysator eingesetzt, können sie aus Gründen der Dauerhaltbarkeit und insbesondere wegen der Gefahr eines Kermaikbruches aufgrund eines Wasserschlages nicht beheizt werden, bevor kein flüssiges Wasser mehr in der Abgasanlage vorliegt. Daher muß zumindest eine Temperaturschwelle oder der Taupunkt hinter dem NOx-Speicherkatalysator überschritten werden, bevor die Beheizung der Abgassensoren einsetzen darf. Sind während des verbrauchsgünstigen Magerbetriebs die Abgassensorsignale hinter dem NOx-Speicherkatalysator für die Einleitung und/oder Beendigung einer NOx-Regeneration des NOx-Speicherkatalysators notwendig, kann bis zu dem Zeitpunkt, zu dem kein flüssiges Wasser hinter dem NOx-Speicherkatalysator mehr vorliegt, der Magerbetrieb nicht freigegeben werden. Statt dessen muß der Motor solange mit Lambda gleich 1 betrieben werden, um die Emissionssicherheit zu gewährleisten.
Aus der DE 100 23 079 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer NOx-Regeneration eines im Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten NOx-Speicherkatalysators bekannt, bei dem über eine vordere und hintere Messeinrichtung ein Lambdawert vor und nach dem NOx-Speicherkatalysator erfaßbar ist. Es ist vorgesehen, daß die Regenerationsparameter in Abhängigkeit von einem Katalysatorzustand und einem Verhältnis der Lambdawerte vor und nach dem NOx-Speicherkatalysator am Ende der NOx-Regeneration (Lambdaverhältnis) festgelegt werden (Adaption der Regenerationsparameter).
Aus der DE 199 51 544 C1 ist es bekannt, auf Basis der insgesamt in dem NOx-Speicherkatalysator gespeicherten NOx- und O2-Menge eine Modellierung der Regenerationsphase des NOx-Speicherkatalysators vorzusehen. Dabei wird die Speicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators durch ein Modell berechnet. Die Steuerung des Betriebs mittels Berücksichtigung der Speicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators hat den Vorteil, daß eine Verschlechterung des NOx-Speicherkatalysators, beispielsweise durch Alterung, im Betrieb erkannt werden kann und man mit der Steuerung geeignet darauf reagieren kann. Allerdings sind die erforderlichen Modellrechnungen relativ aufwendig und ungenau.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasnachbehandlung auch in solchen Betriebsphasen zu optimieren, in denen Abgassensoren und insbesondere ein dem NOx-Speicherkatalysator nachgeordneter NOx-Sensor nicht oder noch nicht betriebsbereit sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß ein Zustand einer NOx-Speicherfähigkeit und einer O2-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators adaptiert und mit dem adaptierten Zustand auf der Basis eines Modells für den NOx-Speicherkatalysator in frischem Zustand ermittelt wird, wann die NOx-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators erschöpft ist und in diesem Fall eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators angefordert wird, wobei eine Reduktionsmittelmenge zur Umsetzung der im NOx-Speicherkatalysator gespeicherten NOx- und O2-Menge berechnet und auf der Basis der berechneten Reduktionsmittelmenge die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators gesteuert durchgeführt wird.
Dies hat den Vorteil, daß auch bei noch nicht betriebsbereitem NOx-Sensor stromab des NOx-Speicherkatalysators ein Magerbetrieb mit etwaiger NOx-Regeneration des NOx-Speicherkatalysators zugelassen werden kann, so daß sich ein noch höherer Anteil von kraftstoffsparenden Magerbetriebsphasen während des Betriebs der Brennkraftmaschine erzielen läßt. Zusätzlich wird auf einfache Weise eine genaue Adaption des Alterungszustandes des NOx-Speicherkatalysator bei vollständig geregelter Abgasnachbehandlung erzielt.
Zweckmäßigerweise wird die Adaption des Zustands von NOx-Speicherfähigkeit und O2-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators auf der Basis von Sensorsignalen von Abgassensoren im Abgastrakt der Brennkraftmaschine durchgeführt.
Zur weiteren Optimierung der Adaption und gesteuerten NOx-Regeneration wird bei der gesteuerter NOx-Regeneration ein Reduktionsmitteldurchsatz in Abhängigkeit von einem Abgasmassenstrom und einer Temperatur des NOx-Speicherkatalysators mit dem Modell und/oder einem Kennfeld für den NOx-Speicherkatalysator im frischen Zustand adaptiert und daraus ein Ende der gesteuerten NOx-Regeneration bestimmt.
Das Modell für den NOx-Speicherkatalysator in frischem Zustand beschreibt bevorzugt ein Speicher- und/oder Regenerationsverhalten des NOx-Speicherkatalysators.
Zweckmäßigerweise wird bei der Adaption des Zustands von NOx-Speicherfähigkeit und O2-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators wenigstens ein Adaptionswert für die NOx-Speicherfähigkeit im Magerbetrieb und wenigstens ein Wert für die O2-Speicherfähigkeit ermittelt.
Eine jederzeit aktuelle Bewertung der NOx-Speicherfähigkeit sowie der notwendigen Regenerationsdauer erzielt man dadurch, daß die bei der Adaption des Zustands von NOx-Speicherfähigkeit und O2-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators ermittelten Adaptionswerte im geregelten Betrieb für den Magerbetrieb und die NOx-Regeneration aktualisiert werden.
Um eine gute Auflösung des Alterungszustandes des NOx-Speicherkatalysators zu erzielen, wird die Adaption des Zustands von NOx-Speicherfähigkeit und O2-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators nur in solchen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine durchgeführt, in denen ein Abgasmassenstrom, eine Last, eine Temperatur des NOx-Speicherkatalysator und/oder eine Abgastemperatur innerhalb vorbestimmter Grenzwerte liegt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden die bei der Adaption des Zustands von NOx-Speicherfähigkeit und O2-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators ermittelten Adaptionswerte über additive und/oder multiplikative Parameter in Abhängigkeit von einem Abgasmassenstrom, einer Last, einer Temperatur des NOx-Speicherkatalysators, einer Abgastemperatur und/oder einem NOx-Füllstand korrigiert.
Für die Steuerung der Einleitung einer NOx-Regeneration werden NOx-Kennwerte im und/oder hinter dem NOx-Speicherkatalysator unter Berücksichtigung des zuvor ermittelten Zustands der NOx-Speicherfähigkeit berechnet.
Zweckmäßigerweise wird die Steuerung der NOx-Regeneration nur in solchen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine durchgeführt, in denen Abgassensoren, insbesondere ein NOx-Sensor stromab des NOx-Speicherkatalysators, nicht betriebsbereit sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird von der Adaption des Zustands von NOx-Speicherfähigkeit und O2-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators sowie der Steuerung der NOx-Regeneration auf einen geregelten Betrieb für den NOx-Speicherkatalysator nur am Beginn einer Speicher- und/oder einer Regenerationsphase umgeschaltet.
Zweckmäßigerweise wird während einer geregelten NOx-Regeneration ein kumulierter Reduktionsmitteldurchsatz ohne Trennung von NOx- und O2-Speichermengen adaptiert und die gesteuerte Regeneration unter Berücksichtigung des ermittelten Adaptionswertes in Abhängigkeit vom kumulierten Reduktionsmitteldurchsatz beendet. Hierbei wird bevorzugt der Reduktionsmittelstrom aus einem Abgasmassenstrom und einem Verbrennungsluftverhältnis berechnet, wobei aus dem berechneten Reduktionsmittelstrom ein Modell und/oder ein Kennfeld des kumulierten Reduktionsmitteldurchsatzes während der Regeneration in Abhängigkeit vom Abgasmassenstrom und einer Temperatur des NOx-Speicherkatalysators für einen frischen NOx-Speicherkatalysator erstellt wird. In einem geregelten Betrieb der Abgasnachbehandlung wird ein Adaptionswert für den kumulierten Reduktionsmitteldurchsatz durch Vergleich des aktuellen Wertes für den kumulierten Reduktionsmitteldurchsatz mit einem in dem Modell und/oder Kennfeld abgelegten Wert für den kumulierten Reduktionsmitteldurchsatz an diesem Betriebspunkt bestimmt.
Um eine gute Auflösung des kumulierten Reduktionsmitteldurchsatzes zu erzielen, wird die Adaption des kumulierten Reduktionsmitteldurchsatzes nur in solchen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine durchgeführt, in denen ein Abgasmassenstrom, eine Last, eine Temperatur des NOx-Speicherkatalysators und/oder eine Abgastemperatur innerhalb vorbestimmter Grenzwerte liegt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden die bei der Adaption des kumulierten Reduktionsmitteldurchsatzes ermittelten Adaptionswerte über additive und/oder multiplikative Parameter in Abhängigkeit von einem Abgasmassenstrom, einer Last, einer Temperatur des NOx-Speicherkatalysator, einer Abgastemperatur und/oder einem NOx-Füllstand korrigiert.
Zur Emissionsminderung wird mit einem vorbestimmten Sicherheitsfaktor die gesteuerte Regeneration zusätzlich verlängert oder verkürzt.
Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine.
Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf eine zumindest zeitweise magerlaufende Brennkraftmaschine, wie sie schematisch in der einzigen Fig. dargestellt ist. In einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine 10 ist ein Vorkatalysator 18 und ein NOx-Speicherkatalysator 12 angeordnet. Stromab von diesem NOx-Speicherkatalysator 12 befindet sich eine Meßeinrichtung 14, die in der Lage ist, das Luftverhältnis des Abgases zu bestimmen. Die Meßeinrichtung 14 ist beispielsweise eine Sprung- oder Breitband-Lambdasonde oder ein NOx-Sensor, der ein oder beide Lambdasignale Uλ abgibt, sowie eine Meßeinrichtung 14, die in der Lage ist, die NOx-Konzentration im Abgas zu bestimmen, beispielsweise ein NOx-Sensor. Weiter ist eine Motorsteuereinheit 16 vorgesehen, welche das Lambdasignal Uλ sowie das NOx-Signal verarbeitet. In dieser Motorsteuereinheit 16 ist ferner eine Funktionalität implementiert, die in der Lage ist, den Zustand des NOx-Speicherkatalysators 12 während einer Einspeicherphase, d.h. beispielsweise eines Magerbetriebs der Brennkraftmaschine, zu bestimmen.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß der Zustand einer NOx-Speicherfähigkeit und einer O2-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators 12 adaptiert wird, NOx-Kennwerte im und/oder hinter dem NOx-Speicherkatalysator 12 unter Berücksichtigung des ermittelten NOx-Speicherzustandes berechnet und damit die Notwendigkeit einer NOx-Regeneration des NOx-Speicherkatalysator 12 bestimmt und diese eingeleitet wird. Die Dauer der NOx-Regeneration wird abhängig von der unter Berücksichtigung der ermittelten aktuell gespeicherten NOx- und O2-Masse ermittelten, notwendigen Reduktionsmittelmasse gesteuert.
Das Speicher- bzw. Regenerationsverhalten des NOx-Speicherkatalysators 12 wird für die Steuerung durch rechnerische Modelle beschrieben. Aufgrund von Streuungen der Modelleingangsgrößen ist eine genaue Modellierung unter Berücksichtigung der Alterung bzw. Schwefelvergiftung jedoch nicht möglich. Der Einfluß von Alterung bzw. Schwefelvergiftung des NOx-Speicherkatalysators 12 auf das Speicher- bzw. Regenerationsverhalten des NOx-Speicherkatalysators 12 wird daher erfindungsgemäß durch geeignete Methoden anhand von Meßsignalen von Sensoren ermittelt.
Desweiteren hat der von der NOx-Speicherfähigkeit unabhängige Zustand der O2-Speicherfähigkeit großen Einfluß auf die Regenerationsdauer. Erfindungsgemäß werden die Zustände von NOx-Speicherfähigkeit und O2-Speicherfähigkeit anhand physikalischer und/oder phänomenologischer Zusammenhänge im Vergleich zu einem Modell nur des frischen NOx-Speicherkatalysators 12 adaptiert. Die Adaptionen erfolgen im mittels Abgassensoren geregelten Betrieb der Abgasnachbehandlung. Es werden jeweils zumindest ein Adaptionswert für die NOx-Speicherfähigkeit im Magerbetrieb und der O2-Speicherfähigkeit unter Zuhilfenahme der Abgassensorsignale ermittelt.
Die Adaptionswerte werden im geregelten Betrieb der Abgasnachbehandlung aktualisiert, so daß zu jeder Zeit eine aktuelle Bewertung der NOx-Speicherfähigkeit sowie der notwendigen Regenerationsdauer vorliegt. Die Adaptionsvorgänge finden dabei bevorzugt unter Bedingungen statt, die eine gute Auflösung des Alterungszustandes des NOx-Speicherkatalysators 12 ermöglichen. Dazu sind Grenzen für den Abgasmassenstrom, die Motorlast, die Katalysator- und/oder die Abgastemperatur vorgegeben. Optional erfolgt eine Korrektur der Adaptionswerte über additive und/oder multiplikative Parameter in Abhängigkeit vom Abgasmassenstrom, von der Motorlast, von der Temperatur des NOx-Speicherkatalysators 12, von der Abgastemperatur und/oder von einem NOx-Füllstandes des NOx-Speicherkatalysators 12. Für die Steuerung der Einleitung der NOx-Regeneration des NOx-Speicherkatalysators 12 werden NOx-Kennwerte im und/oder hinter dem NOx-Speicherkatalysator 12 unter Berücksichtigung des zuvor ermittelten Zustands der NOx-Speicherfähigkeit berechnet. Desweiteren können multiplikative und/oder additive Korrekturparameter für die berechneten NOx-Kennwerte zur emissionsgünstigen Auslegung verwendet werden.
Die Steuerung der Regenerationsdauer erfolgt abhängig von der ermittelten aktuell gespeicherten NOx- und O2-Masse bzw. -Menge und der dafür erforderlichen Reduktionsmittelmasse bzw. -menge. Desweiteren werden multiplikative und/oder additive Korrekturparameter für die gespeicherte NOx- und O2-Masse bzw. -Menge und/oder die ermittelte Reduktionsmittelmasse bzw. -menge verwendet.
Sobald die für die geregelte Abgasnachbehandlung notwendigen Abgassensoren betriebsbereit sind, wird die Abgasnachbehandlung von den zuvor erläuterten Steuerungsfunktionalitäten an die Regelfunktionalitäten übergeben. Dies erfolgt vorzugsweise zu Beginn einer Speicher- und/oder Regenerationsphase.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ohne eine explizite Trennung von NOx- und O2-Speichermengen der kumulierte Reduktionsmitteldurchsatz während der geregelten Regeneration adaptiert und die gesteuerte Regeneration unter Berücksichtigung des ermittelten Adaptionswertes abhängig vom kumulierten Reduktionsmitteldurchsatz beendet. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, daß während einer Regeneration abhängig von der gespeicherten NOx-Masse eine unterschiedlich große O2-Masse umgesetzt wird. Bei heutigen NOx-Speicherkatalysatoren ergibt sich je nach Beschichtung eine Abhängigkeit der Regenerationsdauer vom Abgasmassenstrom, der Motorlast, der Temperatur des NOx-Speicherkatalysators, der Abgastemperatur und/oder dem Verbrennungsluftverhältnis.
Der Reduktionsmittelstrom wird erfindungsgemäß aus dem Abgasmassenstrom und dem Verbrennungsluftverhältnis berechnet. Damit wird ein Modell und/oder Kennfeld des kumulierten Reduktionsmitteldurchsatzes während der Regeneration in Abhängigkeit vom Abgasmassenstrom und der Katalysatortemperatur für einen frischen NOx-Speicherkatalysator erstellt. Im geregelten Betrieb der Abgasnachbehandlung wird ein Adaptionswert durch Vergleich des aktuellen zum im Modell/Kennfeld für einen frischen Katalysator abgelegten kumulierten Reduktionsmitteldurchsatz ermittelt. Der Adaptionsvorgang erfolgt bevorzugt unter Bedingungen, die eine gute Auflösung der Regenerationsdauer ermöglichen. Dazu sind Grenzen für den Abgasmassenstrom, die Motorlast, die Katalysatortemperatur und/oder die Abgastemperatur vorgegeben. Optional erfolgt eine Korrektur der Adaptionswerte über additive und/oder multiplikative Parameter in Abhängigkeit von der gespeicherten NOx-Menge, O2-Menge, vom dem Abgasmassenstrom, von der Motorlast, von der Katalysatortemperatur und/oder von der Abgastemperatur.
Im gesteuerten Betrieb der Abgasnachbehandlung wird während der Regeneration der Reduktionsmitteldurchsatz kumuliert und die Regeneration mit Erreichen eines Schwellwertes unter Berücksichtigung des Adaptionswertes beendet. Optional wird zur Emissionsminderung mit einem Sicherheitsfaktor die NOx-Regeneration des NOx-Speicherkatalysator verlängert bzw. verkürzt.

Claims (18)

  1. Verfahren zum Betreiben einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine mit einem in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordneten NOx-Speicherkatalysator,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Zustand einer NOx-Speicherfähigkeit und einer O2-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators adaptiert und mit dem adaptierten Zustand auf der Basis eines Modells für den NOx-Speicherkatalysator in frischem Zustand ermittelt wird, wann die NOx-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators erschöpft ist und in diesem Fall eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators angefordert wird, wobei eine Reduktionsmittelmenge zur Umsetzung der im NOx-Speicherkatalysator gespeicherten NOx- und O2-Menge berechnet und auf der Basis der berechneten Reduktionsmittelmenge die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators gesteuert durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adaption des Zustands von NOx-Speicherfähigkeit und O2-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators auf der Basis von Sensorsignalen von Abgassensoren im Abgastrakt der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der gesteuerten NOx-Regeneration ein Reduktionsmitteldurchsatz in Abhängigkeit von einem Abgasmassenstrom und einer Temperatur des NOx-Speicherkatalysators mit dem Modell und/oder einem Kennfeld für den NOx-Speicherkatalysator im frischen Zustand adaptiert wird und daraus ein Ende der gesteuerten NOx-Regeneration bestimmt wird.
  4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell für den NOx-Speicherkatalysator in frischem Zustand ein Speicher- und/oder Regenerationsverhalten des NOx-Speicherkatalysators modelliert.
  5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Adaption des Zustands von NOx-Speicherfähigkeit und O2-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators wenigstens ein Adaptionswert für die NOx-Speicherfähigkeit im Magerbetrieb und wenigstens ein Wert für die O2-Speicherfähigkeit ermittelt wird.
  6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Adaption des Zustands von NOx-Speicherfähigkeit und O2-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators ermittelten Adaptionswerte im geregelten Betrieb für den Magerbetrieb und die NOx-Regeneration aktualisiert werden.
  7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adaption des Zustands von NOx-Speicherfähigkeit und O2-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators nur in solchen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine durchgeführt wird, in denen ein Abgasmassenstrom, eine Last, eine Temperatur des NOx-Speicherkatalysator und/oder eine Abgastemperatur innerhalb vorbestimmter Grenzwerte liegt.
  8. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Adaption des Zustands von NOx-Speicherfähigkeit und O2-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators ermittelten Adaptionswerte über additive und/oder multiplikative Parameter in Abhängigkeit von einem Abgasmassenstrom, einer Last, einer Temperatur des NOx-Speicherkatalysators, einer Abgastemperatur und/oder einem NOx-Füllstand korrigiert werden.
  9. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß NOx-Kennwerte im und/oder hinter dem NOx-Speicherkatalysator unter Berücksichtigung des zuvor ermittelten Zustands der NOx-Speicherfähigkeit berechnet werden.
  10. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der NOx-Regeneration nur in solchen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine durchgeführt wird, in denen Abgassensoren, insbesondere ein NOx-Sensor stromab des NOx-Speicherkatalysators, nicht betriebsbereit sind.
  11. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von der Adaption des Zustands von NOx-Speicherfähigkeit und O2-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators sowie der Steuerung der NOx-Regeneration auf einen geregelten Betrieb für den NOx-Speicherkatalysator nur am Beginn einer Speicherund/oder einer Regenerationsphase umgeschaltet wird.
  12. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während einer geregelten NOx-Regeneration aus einem Reduktionsmittelstrom ein kumulierter Reduktionsmitteldurchsatz ohne Trennung von NOx- und O2-Speichermengen adaptiert und die gesteuerte Regeneration unter Berücksichtigung des ermittelten Adaptionswertes in Abhängigkeit vom kumulierten Reduktionsmitteldurchsatz beendet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Reduktionsmittelstrom aus einem Abgasmassenstrom und einem Verbrennungsluftverhältnis berechnet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem berechneten Reduktionsmittelstrom ein Modell und/oder ein Kennfeld des kumulierten Reduktionsmitteldurchsatzes während der Regeneration in Abhängigkeit vom Abgasmassenstrom und einer Temperatur des NOx-Speicherkatalysators für einen frischen NOx-Speicherkatalysator erstellt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in einem geregelten Betrieb der Abgasnachbehandlung ein Adaptionswert für den kumulierten Reduktionsmitteldurchsatz durch Vergleich des aktuellen Wertes für den kumulierten Reduktionsmitteldurchsatz mit einem in dem Modell und/oder Kennfeld abgelegten Wert für den kumulierten Reduktionsmitteldurchsatz an diesem Betriebspunkt bestimmt wird.
  16. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Adaption des kumulierten Reduktionsmitteldurchsatzes nur in solchen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine durchgeführt wird, in denen ein Abgasmassenstrom, eine Last, eine Temperatur des NOx-Speicherkatalysators und/oder eine Abgastemperatur innerhalb vorbestimmter Grenzwerte liegt.
  17. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Adaption des kumulierten Reduktionsmitteldurchsatzes ermittelten Adaptionswerte über additive und/oder multiplikative Parameter in Abhängigkeit von einem Abgasmassenstrom, einer Last, einer Temperatur des NOx-Speicherkatalysator, einer Abgastemperatur und/oder einem NOx-Füllstand korrigiert werden.
  18. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem vorbestimmten Sicherheitsfaktor die gesteuerte Regeneration zusätzlich verfangert oder verkürzt wird.
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