DE10008564A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators

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Abstract

Die Erfindung besteht in einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung der Regeneration eines NO¶x¶-Speicherkatalysators, der in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors angeordnet und in einem Absorptions- und einem Regenerationsmodus betreibbar ist, wobei in Abhängigkeit vom Betriebszustand des NO¶x¶-Speicherkatalysators eine Veränderung von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors vorgenommen wird. Erfindungsgemäß wird die NO¶x¶-Konzentration im Abgas stromabwärts des NO¶x¶-Speicherkatalysators gemessen. Zur Ermittlung des Bestriebszustands, insbesondere einer Schädigung des NO¶x¶-Speicherkatalysators, werden bei einem Übergang des NO¶x¶-Speicherkatalysators vom Absorptionsmodus zum Regenerationsmodus die Werte von charakteristischen Merkmalen eines NO¶x¶-Desorptionspeaks im zeitlichen Verlauf der NO¶x¶-Konzentration ermittelt, mit vorgegebenen Prüfmustern verglichen und ein Vergleichsergebnis gebildet, aus dem ein den Betriebszustand des NO¶x¶-Katalysators charakterisierendes Katalysator-Zustandssignal bestimmt wird. Die Veränderung der Betriebsparameter beinhaltet die Durchführung einer Regenerationsmaßnahme in Abhängigkeit von dem Katalysator-Zustandssignal zur Erreichung einer optimalen Regeneration des NO¶x¶-Speicherkatalysators. Die Vorrichtung zur Steuerung der Regeneration eines NO¶x¶-Speicherkatalysators weist ein Motorsteuergerät zur Erfassung und Beeinflussung von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors auf. Ferner ist eine ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Regeneration eines NOX-Speicherkatalysators mit den im Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 12 genannten Merkmalen.
NOX-Speicherkatalysatoren finden vorwiegend Anwendung bei Magermotoren. Bei dieser Motorenart wird der sog. Magerbetrieb mit einem sog. Lambdawert < 1 des Luft/Kraftstoffgemischs im Vergleich zu einem stöchiometrischen mit einem Lambdawert = 1 oder einem sog. fetten Betrieb mit einem Lambdawert < 1 bevorzugt, da ein wesentlich geringerer Kraftstoffverbrauch bei Luftüberschuss im Luft/Kraftstoffgemisch, d. h. bei einem Lambdawert < 1 erreicht werden kann. Eine besondere Form des Magermotors stellen Schichtladungsmotoren dar. Im Schichtladebetrieb eines Schichtladungsmotors wird dem Motor ein mageres Luft/Kraftstoffgemisch zugeführt und im Brennraum in der Nähe der Zündkerze ein zündfähiges fettes Luft/Kraftstoffgemisch bereitgestellt, während im übrigen Teil des Brennraums ein mageres Gemisch vorhanden ist. Mit der Zündkerze wird zunächst das fette Luft/Kraftstoffgemisch und mit diesem dann das magere gezündet. Mit dem bisher üblichen 3-Wege-Katalysator allein lassen sich jedoch die beim Betrieb eines Magermotors entstehenden Abgase nicht zu unschädlichen Gaskomponenten reduzieren, da dieser eine Zuführung von Luft und Kraftstoff im genau definiertem stöchiometrischen Verhältnis verlangt. Ein NOX-Speicherkatalysator dagegen kann Stickoxide unter bestimmten Randbedingungen bei einem Lambdawert < 1 für einen begrenzten Zeitraum absorptiv speichern und zu einem späteren Zeitpunkt bei einem Lambdawert < 1 oder = 1 wieder ausspeichern und zu unschädlichen Gasen reduzieren. Bei einem Schichtladungsmotor wird der NOX-Speicherkatalysator während des Schichtladebetriebs in einem sog. Absorptionsmodus betrieben. Im Homogenbetrieb des Motors wird dagegen ein stöchiometrisches oder fettes Luft/Kraftstoffgemisch zugeführt und der NOX-Speicherkatalysator in einem sog. Regenerationsmodus betrieben.
Üblicherweise arbeiten NOX-Speicherkatalysatoren in Speicherzyklen, die jeweils zumindest einen relativ langsamen Absorptionsmodus und einen schnelleren Regenerationsmodus umfassen.
Funktion und Wirkungsgrad eines NOX-Speicherkatalysators hängen von einer Vielzahl von Einflussfaktoren ab und können insbesondere reversiblen und irreversiblen Schädigungen unterliegen. Reversible Schädigungen können beispielsweise durch eine Verschwefelung des Katalysators entstehen, die insbesondere zu einer Reduzierung der NOX-Speicherfähigkeit oder zum Aufbau mechanischer Verspannungen im Katalysator führen. Thermische Schädigungen, wie Sinterung einer Katalysatorkomponente, Entmischung von Katalysator- und Speicherkomponente oder eine zunehmend inhomogene, oberflächennahe NOX-Beladung stellen dagegen irreversible Schädigungen des NOX-Speicherkatalysators dar. Thermische Schädigungen führen in der Regel neben einer Reduzierung der NOX-Speicherfähigkeit auch zu einer reduzierten Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators. Neben diesen betriebsbedingten Schädigungen können auch herstellungsbedingte Streuungen in den Eigenschaften Wirkungsgrad und Funktion der Katalysatoren beinflussen. Reversible Schädigungen eines NOX-Speicherkatalysators können unter bestimmten Randbedingungen durch Regenerierungsmaßnahmen während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs zumindest teilweise behoben werden. Beispielsweise kann eine Entschwefelung durch eine temporäre Erhöhung der Abgastemperatur erreicht werden. Bei irreversiblen Schädigungen ist als Regenerationsmaßnahme dagegen nur eine Anpassung der Betriebsparameter des Motors und/oder der Abgasanlage möglich, die den veränderten Wirkungsgrad der Abgasreinigung berücksichtigt.
Aus der DE 196 07 151 C1 ist bereits ein Verfahren zur Regeneration eines NOX- Speicherkatalysators bekannt, bei dem abhängig von einem Betriebszustand des NOX- Speicherkatalysators eine Regenerationsphase gestartet wird. Der Betriebszustand entspricht mindestens einer Grenzmenge von NOX-Verbindungen, die vom NOX- Speicherkatalysator ausgegeben werden. Die abgegebene Menge an NOX- Verbindungen wird aus dem Signal einer stromaufwärts des NOX-Speicherkatalysators angeordneten Lambdasonde ermittelt. Hiermit ist eine zuverlässige Ermittlung des Betriebszustandes des NOX-Speicherkatalysators, insbesondere des Schädigungsgrades jedoch nicht möglich, so dass auch die Regenerationssteuerung entsprechend ungenau erfolgt.
Aus der EP 0936349 A2 ist bereits System zur Diagnose eines NOX-Katalysators bekannt, der an einen Verbrennungsmotor angeschlossen ist und bei dem die Signale einer hinter dem Katalysator angeordneten NOX-empflindlichen Sonde zur Beurteilung des Schädigungsgrades ausgewertet werden. Eine Steuerung der Regeneration des NOX-Speicherkatalysators wird in diesem Dokument jedoch nicht beschrieben. Ferner offenbart die EP 0936349 A2 in diesem Zusammenhang eine Verminderung der NOX- Konzentration nach dem Umschalten auf ein fettes Luft/Kraftstoffgemisch. Die NOX- Konzentration erreicht nach einer gewissen Zeit ein Minimum um anschließend wieder auf höhere Werte anzusteigen und schließlich wieder einen Wert zu erreichen, wie er vor dem Umschalten auf Sauerstoffmangel bestanden hat. Der Zustand des NOX- Speicherkatalysators beziehungsweise seine Schädigung wird bei dem bekannten System aus der Veränderungsrate der NOX-Konzentration nach Erreichen des Minimums ermittelt. Hierfür müssen Werte der NOX-Konzentration innerhalb eines relativ großen Zeitintervalls nach Umschalten auf Sauerstoffmangel herangezogen werden, was zu einer entsprechend langen Diagnosedauer führt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Rate der Veränderung der NOX-Konzentration in dem verwendeten Zeitintervall empfindlich von den Betriebsparametern des Motors und der Abgasanlage abhängig ist und daher aufwendige Korrekturmaßnahmen erfordert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Steuerung der Regeneration eines NOX-Speicherkatalysators, die im wesentlichen auf der Auswertung von Werten der NOX-Konzentration innerhalb eines relativ kurzen Zeitintervalls basiert und eine relativ schnelle und unaufwendige Ermittlung des Betriebszustandes des NOX-Speicherkatalysators zur Erreichung einer optimalen Regeneration erlaubt.
Diese Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass bei einem Übergang des NOX- Speicherkatalysators von einem Absorptionsmodus zu einem Regenerationsmodus innerhalb eines kurzen Zeitintervalls nur ein Teil des ausgespeicherten NOX katalytisch umgesetzt wird. Der nicht umgesetzte Teil des NOX führt zu einem kurzzeitigen Anstieg der NOX-Konzentration im Abgas, dem sog. NOX-Desorptionspeak. Charakteristische Eigenschaften dieses Peaks, wie beispielsweise zeitliche Dauer, Höhe oder dgl. stehen in Beziehung zur Funktion bzw. zu ggfs. vorhandenen Schädigungen des NOX- Katalysators. Erfindungsgemäß werden die NOX-Konzentration im Abgas stromabwärts des NOX-Speicherkatalysators gemessen und zur Ermittlung des Betriebszustandes des NO-Speicherkatalysators bei einem Übergang des NOX-Speicherkatalysators vom Absorptionsmodus zum Regenerationsmodus, die Werte von charakteristischen Merkmalen eines NOX-Desorptionspeaks im zeitlichen Verlauf der NOX-Konzentration ermittelt, mit vorgegebenen Prüfmustern verglichen, ein Vergleichsergebnis gebildet und aus dem Vergleichsergebnis ein den Betriebszustand des NOX-Speicherkatalysators charakterisierendes Katalysatorzustandssignal abgeleitet. In Abhängigkeit von dem Katalysatorzustandssignal wird eine Veränderung der Betriebsparameter vorgenommen, die die Durchführung einer Regenerationsmaßnahme zur Erreichung einer optimalen Regeneration des NOX-Speicherkatalysators beinhaltet. Da der NOX-Desorptionspeak innerhalb eines relativ kurzen Zeitintervalls, beispielsweise nach dem Übergang von einem mageren zu einem fetten oder stöchiometrischen Luft/Kraftstoffgemisch auftritt, ist die Ermittlung des Betriebszustands in einem relativ kurzer Zeitintervall erreichbar. Im günstigsten Fall reicht die Zeitdauer eines einzelnen NOX-Desorptionspeaks aus. Die erfindungsgemäße Ermittlung von Werten charakteristischer Merkmale des NOX- Desorptionspeaks erlaubt eine besonders einfache Auswertung des zeitlichen Verlaufs der NOX-Konzentration in dem interessierenden Zeitintervall und erfordert somit nur einen geringen Erkennungsaufwand.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen.
In den Zeichnungen zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 einen Verbrennungsmotor mit einem NOX-Speicherkatalysator;
Fig. 2 ein Diagramm zeitlicher Verläufe verschiedener Signale bei einem Regeneriervorgang eines NOX-Speicherkatalysators;
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm einer Steuerung der Regeneration eines NOX- Speicherkatalysators.
Fig. 1 zeigt einen nur schematisch dargestellten mager betreibbaren Verbrennungsmotor 3 eines Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel einen Schichtladungsmotor mit einer nachgeschalteten Abgasanlage 2 mit einem NOX- Speicherkatalysator 1 zur Speicherung und Umsetzung von Stickoxiden sowie mit einem Motorsteuergerät 13 und einer NOX-Kontrolleinrichtung 13a. Der NOX- Speicherkatalysator 1 ist in einem Speicherzyklus mit einen Absorptions- und einen Regenerationsmodus betreibbbar.
Der Abgasanlage 2 sind neben dem NOX-Speicherkatalysator 1 ein Vorkatalysator 16, ein Temperatursensor 12 sowie Lambdasonden 10 und 15 zur Erfassung des Lambdawerts des Abgases im Bereich des Vorkatalysators 16 bzw. stromabwärts des NOX-Speicherkatalysators 1 zugeordnet. Ein stromabwärts des NOX- Speicherkatalysators 1 angeordneter an sich bekannter NOX-Sensor 4 liefert ein selektiv die NOX-Konzentration im Abgas repräsentierendes NOX-Signal sowie ggfs. ein entsprechendes Signal für die Sauerstoffkonzentration.
Das Motorsteuergerät 13 erfasst in bekannter Weise über den Temperatursensor 12 und weitere (nicht dargestellte) Sensoren Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 3 wie Abgastemperatur, Last, Drehzahl, Rohemissionsverlauf oder dgl. und kann diese über (nicht dargestellte) Stellglieder, wie beispielsweise eine Drosselklappe in der Luftzuführung des Verbrennungsmotors 3 gegebenenfalls beeinflussen. Die Kommunikation zwischen dem Motorsteuergerät 13 und dem Verbrennungsmotor 3, bzw. den Stellgliedern erfolgt über ein Kabelsystem 14. Das Motorsteuergerät 13 umfasst insbesondere eine Lambdaregelung 11, die mit der Lambdasonde 10 verbunden ist. Weiterhin beinhaltet das Motorsteuergerät 13 die NOX-Kontrolleinrichtung 13a, der das Signal der NOX-Sonde 4 zugeführt wird.
Die ggfs. auch als seperates Bauteil ausgeführte NOX-Kontrolleinrichtung 13a weist Mittel 5 zum Ermitteln der Werte von charakteristischen Merkmalen eines NOX- Desorptionspeaks, Mittel 6 zum Vergleich der ermittelten Werte mit vorgegebenen Prüfmustern und zur Bildung eines Vergleichsergebnis entsprechend der Abweichung zwischen den ermittelten Werten und den Prüfmustern, sowie Auswertungsmittel 7 und Speichermittel 8 auf. Die NOX-Kontrolleinrichtung 13a kann beispielsweise durch einen Mikrocontroller mit einer CPU, einem Programmspeicher, einem Datenspeicher und Eingabe- und Ausgabeschnittstellen realisiert sein. Ein den Betriebszustand des NOX- Speicherkatalysators charakterisierendes Katalysator-Zustandssignal wird, wie nachfolgend noch genauer beschrieben wird, von den Auswertungsmitteln 7 in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis gebildet, weiches von den Mitteln 6 geliefert wird. Die Prüfmuster, die beispielsweise in einem ROM abgelegt sein können, repräsentieren Soll-Werte der charakteristischen Merkmale des NOX-Desorptionspeaks im Abgas stromabwärts des NOX-Speicherkatalysators 1 bei einem Übergang vom Absorptions- zum Regenerationsmodus des NOX-Speicherkatalysators 1, worauf nachfolgend noch genauer eingegangen wird. Das Katalysator-Zustandssignal wird vom Motorsteuergerät 13 zur Erreichung einer optimalen Regeneration des NOX- Speicherkatalysators ausgewertet.
Fig. 2 stellt zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens den prinzipiellen zeitlichen Verlauf von Signalen für den Regeneriervorgang eines NOX- Speicherkatalysators 1 beim Übergang von Mager- auf Fettbetrieb bei einem Schichtladungsmotor dar. Bis zum Zeitpunkt t1 befindet sich der NOX- Speicherkatalysator 1 im Absorptionsmodus. Zu diesem Zeitpunkt wird vom Motorsteuergerät 13 erkannt, dass eine Regeneration des NOX-Speicherkatalysators 1 erforderlich ist. Dies kann zum Beispiel geschehen, wenn das Motorsteuergerät 13 feststellt, dass die NOX-Konzentration im Abgas einen Schwellwert NOX-S erreicht hat, weil die NOX-Beladungskapazität des NOX-Speicherkatalysators 1 ausgeschöpft ist und damit kein oder nur eine geringe Menge an NOX weiter eingelagert werden kann. Zum Zeitpunkt t1 erfolgt daher von der Motorsteuerung 13 die Anforderung einer NOX- Reduktion und der Wert des Steuersignals SM wird auf 1 gesetzt. Der Lambdawert L des Luft/Kraftstoffgemischs wird dementsprechend von einem Wert < 2 auf einen Wert von ca. 0,9 abgesenkt, was einem Übergang von einem Sauerstoffüberschuss zu einem Sauerstoffmangel entspricht.
Der Verbrennungsmotor 3 wird beginnend mit dem Zeitpunkt t1, da nunmehr ein fettes Luft/Kraftstoffgemisch zur Verfügung gestellt wird, von Schicht- auf Homogenbetrieb umgeschaltet. Das Steuersignal SB wird von 1 auf 0 gesetzt. Zu diesem Zeitpunkt beginnt der eigentliche Regenerationsmodus des NOX-Speicherkatalysators 1. Unter diesen Bedingungen wird kurzzeitig zunächst nicht das gesamte NOX im Abgas an dem NOX-Speicherkatalysator 1 katalytisch umgesetzt. Es kommt kurzzeitig zu einem Anstieg der NOX-Konzentration über dem Schwellwert NOX-S hinaus, der als NOX- Desorptionspeak im NOX-Signal zu erkennen ist.
In Fig. 2 ist im Bereich D für den zeitlichen Verlauf der NOX-Signale NOXn und NOXa bei einem neuen bzw. einem gealterten NOX-Speicherkatalysator 1 der jeweilige, in diesem Fall im Wesentlichen dreiecksförmige NOX-Desorptionspeak dargestellt. Als charakteristische Merkmale der jeweiligen NOX-Desorptionspeaks sind der Maximalwert Hn, die Fläche An und die zeitliche Dauer Dn für einen neuen, beziehungsweise Ha, Aa und Da für einen gealterten NOX-Speicherkatalysator in der Zeichnung eingetragen. Die Werte dieser Merkmale sind jeweils bezogen auf eine Referenz-NOX-Konzentration. In dem Ausführungsbeispiel wird als Referenz-NOX- Konzentration der Wert der gemessenen NOX-Konzentration zum Zeitpunkt t2 verwendet. Jedoch können erfindungsgemäß auch andere Referenzwerte verwendet werden, insbesondere der Wert der NOX-Konzentration zum Zeitpunkt t1 bei der vom Motorsteuergerät 13 eine NOX-Reduktion angefordert wird. Der Bezug der Werte der charakteristischen Merkmale auf einen Referenzwert erlaubt es, statt absoluter Werte der NOX-Konzentration lediglich Werte relativ zu diesem Referenzwert zu verwenden und damit mögliche Offsetfehler der NOX-Sonde 4 in einfacher Weise zu kompensieren.
Anstelle oder zusätzlich zu den genannten Merkmalen eines NOX-Desorptionspeaks können erfindungsgemäß auch andere Merkmale, insbesondere die Anstiegsflanke, die Abfallflanke oder die Halbwertsbreite gewählt werden. Insbesondere könne auch nicht- dreiecksförmige NOX-Desorptionspeaks, ggfs. auch mit mehr als einem Maximum berücksichtigt werden.
Zur Ermittlung der Werte der charakteristischen Merkmale aus dem zeitlichen Verlauf des NOX-Signals werden von dem NOX-Kontrollgerät 13a an sich bekannte Sortier- Algorithmen, beispielsweise aus der Mustererkennung eingesetzt.
Zur weiteren Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die ermittelten Werte der charakteristischen Merkmale des NOX-Desorptionspeaks mit den entsprechenden Prüfmustern verglichen. Da die Prüfmuster Soll-Werte, insbesondere Fehlerschwellwerte der jeweiligen charakteristischen Merkmale repräsentieren, werden sie vorzugsweise aus einem Modell für den NOX-Speicherkatalysator 1 und gemessenen oder berechneten Betriebsparametern des Verbrennungsmotors 3 bestimmt. Als Betriebsparameter kommen hier insbesondere Last, Drehzahl, Rohemissionsverlauf, Abgastemperatur, Funktion eines Vorkatalysators 16 oder dgl. in Frage. Alternativ können die Prüfmuster auch in einer Lernphase des Motorsteuergeräts 13 bzw. der NOX-Kontrolleinrichtung 13a aus den gemessenen Werten eines neuen NOX- Speicherkatalysators 1 gewonnen werden.
Im einfachsten Fall besteht ein Prüfmuster nur aus dem Soll-Wert eines einzigen Merkmals, beispielsweise dem Maximalwert des NOX-Desorptionspeaks.
Für eine differenzierte Diagnose werden die Werte einer Anzahl von zwei oder mehr charakteristischen Merkmalen mit entsprechenden Prüfmustern verglichen. Das entsprechend der Abweichung zwischen den charakteristischen Merkmalen und den Prüfmustern gebildete Vergleichsergebnis spiegelt dann Art und Grad der Schädigung wieder. Hierbei wird die Erkenntnis verwendet, dass unterschiedliche Schädigungen des NOX-Speicherkatalysators 1 den Wert der charakteristischen Merkmale des NOX- Desorptionspeaks unterschiedlich beeinflussen. So resultiert eine thermische Schädigung bei einem gewissen Typ von NOX-Speicherkatalysatoren in einem reduzierten Maximalwert des NOX-Desorptionspeaks, beeinflusst aber nicht seine zeitliche Dauer, während eine Schwefelvergiftung lediglich zu einer verringerten zeitlichen Dauer führt. Bei NOX-Speicherkatalysatoren anderen Typs können jedoch bedingt durch andere Schädigungsmechanismen andere Veränderungen des NOX- Desorptionspeaks auftreten.
Zur Erreichung einer optimalen Regenerierung des NOX-Speicherkatalysators 1 werden die Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 3 vom Motorsteuergerät 13 in Abhängigkeit vom Katalysator-Zustandssignal verändert. Beispielsweise kann bei einer reversiblen Schädigung durch Verschwefelung während des Regenerationsmodus die Abgastemperatur erhöht werden, um eine Entschwefelung zu erreichen. Andererseits ist es bei einer thermischen Schädigung sinnvoll, die zeitliche Dauer des Regenerationsmodus zu verkürzen. Alternativ oder ergänzend kann in diesem Fall eine Abgasgrenztemperatur festgelegt werden, ab der vom Absorptions- in den Regenerationsmodus übergegangen wird. Ferner kann eine Regenerationsmaßnahme in Abhängigkeit von einer ggfs. zuvor vorgenommenen Regenerationsmaßnahme erfolgen. Beispielsweise kann nach einer Entschwefelung, die nicht die erwünschten Resultate erbracht hat, eine weitere Entschwefelung mit erhöhter Temperatur oder Konzentration an einem Reduktionsmittel vorgesehen werden.
Aus Fig. 2 ist zu entnehmen, dass einige Zeit nach Anforderung der NOX-Regeneration zum Zeitpunkt t1 der stromabwärts des NOX-Speicherkatalysators 1 beispielsweise von dem Lambdasensor 15 gemessene Lambdawert Ln von einem Wert < 2 auf einen Wert nahe 1 abfällt und zu einem späteren Zeitpunkt nach Beendigung des NOX- Desorptionspeaks einen Wert < 1 annimmt, bevor er nach Beendigung des Regenerationsmodus wieder ansteigt. Der Abfall des Lambdawerts Ln auf einen Wert < 1 erfolgt wie dem Diagramm der Fig. 2 zu entnehmen ist für einen neuen NOX- Speicherkatalysator 1 zu einem späteren Zeitpunkt als der entsprechende Abfall des Lambdawerts La für einen gealterten Katalysator. Diese Unterschiede im zeitlichen Verlauf der Lambdawerte Ln und La können als zusätzliche Informationen zur Bewertung des NOX-Desorptionspeaks herangezogen werden, ebenso wie ein ggfs. vor dem NOX- Desorptionspeak auftretender Peak in der Sauerstoffkonzentration.
Für eine spätere Auswertung können auch die Werte der charakteristischen Merkmale eines oder mehrerer NOX-Desorptionspeaks gespeichert werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann auch der zeitliche Verlauf der Werte der NOX-Konzentration zumindest in einem oder mehreren den NOX-Desorptionspeaks zugeordneten Zeitfenstern gespeichert werden um eine vollständigere Information zur Verfügung zu haben.
Da die gemessenen Werte der NOX-Konzentration Schwankungen unterliegen können, ist bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Mittelwertbildung zum Ausgleich dieser Schwankungen vorgesehen. Hierzu werden die Werte der charakteristischen Merkmale über ein Anzahl von Speicherzyklen des NOX- Speicherkatalysators ermittelt und ein entsprechender Mittelwert, beispielsweise ein arithmetischer Mittelwert gebildet. Diese Maßnahme kann generell vorgesehen sein oder in Abhängigkeit von den ermittelten Werten der charakteristischen Merkmale, insbesondere vom Wert der Schwankungsbreite vorgesehen werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird aus den ermittelten Werten der charakteristischen Merkmale des NOX-Desorptionspeaks eine Katalysator- Zustandskennzahl K bestimmt, indem die Werte der charakteristischen Merkmale bewertet und algebraisch kombiniert werden. Eine Möglichkeit hierfür zeigt die Gleichung:

K = Hk.c1 + Dk.c2 + Ak.c3.
Hier bezeichnet Hk den Maximalwert, Dk die zeitliche Dauer und Ak die Fläche des jeweiligen NOX-Desorptionspeaks. Die Bewertungsfaktoren c1 bis c3 erlauben eine Anpassung an die spezifischen Eigenschaften eines konkreten NOX- Speicherkatalysators 1. Ebenso erlauben die Bewertungsfaktoren eine Anpassung an Eigenschaften des Verbrennungsmotors 3 und der Abgasanlage 2. Das Katalysator- Zustandssignal wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung in Abhängigkeit von dem Wert der Katalysator-Zustandskennzahl K und einem Fehlerschwellwert gebildet.
Das Ablaufdiagramm in Fig. 3 zeigt einen typischen Ablauf bei der Ermittlung und Bewertung der Merkmale eines NOX-Desorptionspeaks mit anschließender Regenerationsmaßnahmen. Nach dem Start der Diagnose in Schritt S1 wird gewartet bis ein Signal den Beginn des NOX-Regenerationsmodus zum Zeitpunkt t2 anzeigt, weil das NOX-Signal den Schwellwert NOX-S erreicht hat. Sobald hierfür am Verzweigungspunkt S2 eine positive Entscheidung erfolgt, wird in Schritt S3 der Wert des NOX-Signals zum Zeitpunkt t2 gespeichert. Anschließend wird in Schritt S4 der zeitliche Verlauf des NOX- Signals gespeichert. Dabei muß nicht in jedem Fall der gesamte zeitliche Verlauf des NOX-Signals gespeichert werden, da in Abhängigkeit von den gewählten charakteristischen Merkmalen des NOX-Desorptionspeaks auch ein Teilbereich des zeitlichen Verlaufs des NOX-Signals ausreichen kann. Sobald das NOX-Signal den gespeicherten Wert des NOX-Signal zum Zeitpunkt t2 unterschreitet, erfolgt am Verzweigungspunkt S5 eine Entscheidung zur Ermittlung der NOX- Desorptionspeakmerkmale in Schritt S6, da zu diesem Zeitpunkt der NOX- Desorptionspeak als beendet angesehen wird. Die ermittelten Werte werden in Schritt S7 bewertet und anschließend in Schritt S8 abgefragt, ob ein vorgegebener Fehlerschwellwert überschritten wird. Falls dies verneint wird, erfolgt ein Rücksprung zur Verzweigungspunkt S2. Ist ein Fehler festgestellt worden, erfolgt in Schritt S9 eine Entscheidung, ob eine Verschwefelung oder eine thermische Schädigung mit verminderter NOX-Speicherkapazität vorliegt.
Bei festgestellter Verschwefelung, erfolgt in Schritt S10 die Einleitung einer Entschwefelung. Ist eine thermische Schädigung mit verminderter NOX- Speicherkapazität festgestellt worden, erfolgt in Schritt S11 eine Anpassung des Regenerationsmodus, beispielweise durch eine zeitliche Verkürzung.
In Abhängigkeit von dem Katalysator-Zustandssignal ist bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, den Fahrer eines Kraftfahrzeugs mittels der Anzeigemittel 9 sofort zu warnen. Andererseits können auch in den Speichermitteln 8 abgelegte Informationen bei einem Werkstattaufenthalt des Kraftfahrzeugs an ein Werkstatt-Diagnosesystem weitergeleitet werden.
Insgesamt ermöglicht die erfindungsgemäße Ermittlung und nachfolgende Auswertung von Werten charakteristischer Merkmale des bei einem Umschalten von einem Absorptions- auf einen Regenerationsmodus auftretenden NOX-Desorptionspeaks eine schnelle und unaufwendige Optimierung der Regeneration des NOX- Speicherkatalysators eines Kraftfahrzeugs.

Claims (12)

1. Verfahren zur Steuerung der Regeneration eines NOX-Speicherkatalysators, der in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors angeordnet und in einem Absorptions- und einem Regenerationsmodus betreibbar ist, wobei in Abhängigkeit vom Betriebszustand des NOX-Speicherkatalysators eine Veränderung von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die NOX-Konzentration im Abgas stromabwärts des NOX- Speicherkatalysators gemessen, und zur Ermittlung des Betriebszustands, insbesondere einer Schädigung des NOX-Speicherkatalysators, bei einem Übergang des NOX-Speicherkatalysators vom Absorptionsmodus zum Regenerationsmodus, die Werte von charakteristischen Merkmalen eines NOX-Desorptionspeaks im zeitlichen Verlauf der NOX-Konzentration ermittelt, mit vorgegebenen Prüfmustern verglichen, ein Vergleichsergebnis gebildet wird, aus dem ein den Betriebszustand des NOX-Katalysators charakterisierendes Katalysator-Zustandssignal bestimmt wird, und die Veränderung der Betriebsparameter die Durchführung einer Regenerationsmaßnahme in Abhängigkeit von dem Katalysator-Zustandssignal zur Erreichung einer optimalen Regeneration des NOX-Speicherkatalysators beinhaltet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regenerationsmaßnahme in Abhängigkeit von einer ggfs. zuvor durchgeführten Regenerationsmaßnahme vorgenommen wird.
3. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regenerationsmaßnahme eine Entschwefelung des NOX- Speicherkatalysators beinhaltet.
4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die NOX-Speicherfähigkeit des NOX-Speicherkatalysators ermittelt und bei Vorliegen einer herabgesetzten NOX-Speicherfähigkeit als Regenerationsmaßnahme die Dauer des Regenerationsmodus verkürzt und/oder eine Abgasgrenztemperatur festgelegt wird, oberhalb der von einem Absorptions- in einen Regenerationsmodus umgeschaltet wird.
5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als charakteristische Merkmale des NOX-Desorptionspeaks die Merkmale Form, Anzahl der Maxima, Höhe der Maxima, zeitliche Dauer, Fläche, Halbwertsbreite, Anstiegs- und/oder Abstiegsflanke jeweils bezogen auf eine vorgegebene Referenz-NOX-Konzentration gewählt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem NOX- Desorptionspeak aus der Höhe des Maximums, der zeitlichen Dauer und der Fläche des NOX-Desorptionspeaks eine Katalysator-Zustandskennzahl gebildet und das Katalysator-Zustandssignal in Abhängigkeit von der Katalysator-Zustandskennzahl gebildet wird.
7. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenz-NOX-Konzentration ein NOX-Schwellwert gewählt wird, bei der der Regenerationsmodus des NOX-Speicherkatalysators eingeleitet wird.
8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem in Schichtlademodus betreibbaren Verbrennungsmotor als Referenz-NOX-Konzentration der Wert der NOX- Konzentration zum Zeitpunkt eines Umschaltens des Verbrennungsmotors auf Homogenbetrieb gewählt wird.
9. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich relative Änderungen der NOX-Konzentration bezogen auf einen vorgegebenen Bezugswert berücksichtigt werden.
10. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfmuster in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors gewählt werden.
11. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von den Werten der charakteristischen Merkmale, insbesondere von ihrer Schwankungsbreite für eine Anzahl von Speicherzyklen des NOX-Speicherkatalysators die Werte der charakteristischen Merkmale gespeichert, ihr Mittelwert berechnet und das Katalysator-Zustandssignal in Abhängigkeit von dem Mittelwert bestimmt wird.
12. Vorrichtung zur Steuerung der Regeneration eines NOX-Speicherkatalysators, der in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors angeordnet und in einem Absorptions- und einem Regenerationsmodus betreibbar ist, mit einem Motorsteuergerät zur Erfassung und Beeinflussung von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass eine NOX-Kontrolleinrichtung vorgesehen ist, der die Messwerte eines stromabwärts des NOX-Speicherkatalysators angeordneten NOX-Sensors zur Messung der NOX-Konzentration im Abgas zuführbar sind und die
Mittel zur Ermittlung der Werte von charakteristischen Merkmalen eines NOX- Desorptionspeak im zeitlichen Verlauf der NOX-Konzentration bei einem Übergang des NOX-Speicherkatalysators vom Absorptionsmodus zum Regenerationsmodus,
Mittel zum Vergleich der Werte der charakteristischen Merkmale mit vorgegebenen Prüfmustern und zur Bildung eines Vergleichsergebnis sowie
Auswertungsmittel zur Bildung eines den Betriebszustand des NOX- Speicherkatalysators charakterisierenden Katalysator-Zustandssignals in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis aufweist
wobei das Katalysatorzustandssignal dem Motorsteuergerät zur Einleitung einer Regenerationsmaßnahme zur Erreichung einer optimalen Regeneration des NOX- Speicherkatalysators zuführbar ist.
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