DE10038461A1 - Modell für einen NOx-Speicherkatalysator - Google Patents

Modell für einen NOx-Speicherkatalysator

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Abstract

In einem Verfahren wird die örtliche Verteilung der Nitrate und Sulfate eines NOx-Speicherkatalysators eines durch eine Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs bestimmt, wobei für jede Zelle (x, y) eine X È Y-Matrix des NOx-Speicherkatalysators in einer Berechnungsschleife die Be- und Entladung mit NOx und SOx als Funktion DOLLAR A a) der NOx- und SOx-Emission vor dem Katalysator, DOLLAR A b) der Temperatur der Katalysatorscheiben oder der Abgastemperatur vor dem Katalysator, DOLLAR A c) des Abgasmassenstroms und DOLLAR A d) von Lambda vor dem Katalysator DOLLAR A berechnet wird, wobei X die Anzahl der Katalysatorscheiben in Durchströmrichtung x und Y die Zahl der übereinanderliegenden Washcoathüllen in Washcoatrichtung y des Katalysators bedeutet, und die Berechnung der NOx- und SOx-Einlagerung nacheinander für jede Katalysatorscheibe x in Strömungsrichtung und innerhalb jeder Katalysatorscheibe nacheinander von der äußersten (x, 1) zur innersten Washcoatzelle (x, Y) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Beladung eines NOx- Speicherkatalysators mit Nitraten und Sulfaten mittels eines Beladungsmodells, die Verwendung dieses Modells zur Durchführung und Steuerung der NOx- und SOx- Regeneration des Speicherkatalysators, sowie ein Verfahren zur Diagnose von Katalysatorbeschädigungen und Einleitung eventueller Reparaturmaßnahmen. Unter einem NOx-Speicherkatalysator wird hier ein solcher verstanden, wie er zur Reinigung des Abgases einer magerbetreibbaren Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird.
Bei einem mageren Abgasbetrieb genügen heutige Drei-Wege-Katalysatoren den Anforderungen an die Abgasqualität nicht. Daher werden Speicherkatalysatoren eingesetzt, die während der Magerphasen des Motors die dabei entstehenden NOx- Emissionen einspeichern. Mit zunehmender Beladung des NOx-Speicherkatalysators nimmt dessen Fähigkeit zur Einlagerung von NOx und damit sein Wirkungsgrad ab. Um den Zeitpunkt der dann notwendigen Regeneration bestimmen zu können, werden unter anderem Modellrechnungen zur Beladung des Speicherkatalysators verwendet. Derzeitige Modelle bzw. Verfahren zur Berechnung der NOx-Beladung eines Speicherkatalysators gehen ausnahmslos von einer homogenen Beladung des NOx- Speicherkatalysators aus. Homogene Beladung bedeutet bei diesen Verfahren gleichmäßig und gleichverteilt sowohl hinsichtlich der Katalysatorlauflänge als auch der Eindringtiefe in das Washcoat des Katalysators. Mit anderen Worten, bei einer modellhaften Berechnung der Einspeicherung von NOx in das Washcoat des Speichers wird vorausgesetzt, daß die Einspeicherung des NOx weder von der Eindringtiefe in das Washcoat noch von dem Ort in Katalysatorlängsrichtung abhängt.
Bei den bekannten Modellen kann berücksichtigt werden, daß die Speicherfähigkeit des Katalysators eine Funktion der Beladung des Katalysators ist. Mit anderen Worten, die Tendenz zum Einspeichern verringert sich mit zunehmendem Füllgrad des Katalysators. So sind bei halbgefülltem Katalysator die Emissionen an NOx nach dem Katalysator wesentlich größer als die Emissionen an NOx bei vollständig regeneriertem, d. h. leerem Katalysator. Diese ist von weiteren Parametern wie beispielsweise der Katalysatortemperatur, der Höhe der Rohemissionen und der Raumgeschwindigkeit des Angases abhängig.
Das einfachste Modell einer Katalysatorbeladung wird durch eine rein zeitgesteuerte Regenerierung des Speicherkatalysators gebildet, wobei nur davon ausgegangen wird, daß der Speicherkatalysator eine vorgegebene Menge an NOx einspeichern kann. Durch Messung der dem Katalysator vom Motor zugeführten NOx-Masse läßt sich so eine einfachste Steuerung über die Messung der Einspeicherzeit realisieren. Allerdings bedingt diese Modell hohe Sicherheitsmargen, was wiederum zu einen unnötigen Kraftstoffverbrauch führt.
Mit der Annahme einer homogenen Beladung des NOx-Speichers hinsichtlich der Katalysatorlauflänge und der Eindringtiefe in das Washcoat kann man im stationären Betrieb passable Ergebnisse zu erreichen. Allerdings kann dieses Modell einer homogenen Beladung den nichtstationären Betrieb mit abwechselnd hohen und niedrigen NOx- und SOx-Emissionen im Katalysatorvorlauf nicht wiedergeben. Mit anderen Worten, es treten beim nichtstationären Betrieb Fehler auf. Dadurch können NOx-/SOx-Regenerationen zu spät eingeleitet werden, wodurch es zu NOx- Durchbrüchen kommen kann. Oder aber es wird die Regenerationsphase mit der Folge eines erhöhten Kraftstoffverbrauchs zu früh eingeleitet.
Zusammenfassend ist bei den genannten Verfahren deren Ungenauigkeit hinsichtlich des tatsächlichen Zeitpunkts der Einleitung sowie des Beendens der Regeneration nachteilig. Ferner können keine bzw. nur sehr ungenaue Aussagen über den Katalysatorzustand getroffen werden. Dies bedingt die Verwendung hoher Sicherheitsmargen, was wiederum zu einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Modell zur Berechnung der Beladung eines NOx-Speicherkatalysators mit NOx und SOx zu schaffen, sowie dieses Modell zur Steuerung der Regeneration und zur Bestimmung des Zustands des Speicherkatalysators zu verwenden.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1, das Verfahren zur Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators nach Anspruch 31 und das Diagnoseverfahren nach Anspruch 33 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Durch das erfindungsgemäße Modell wird die örtliche Verteilung der Nitrate und Sulfate wesentlich genauer bestimmt, und zwar aufgelöst nach Katalysatorlauflänge und Washcoatdicke. Damit können zusätzlich Teil-NOx-/SOx-Regenerationen überwacht werden, die zwar zunächst zu einer guten NOx-Einlagerung an der Washcoat- Oberfläche führen, jedoch auch wegen der im Innern des Washcoats gespeicherten Nitrate und Sulfate eine schnellere Sättigung zur Folge haben. Ferner sind je nach dem Ausmaß der Abweichungen zwischen den gemessenen und den berechneten NOx- Emissionen hinter dem Katalysator nach bewußt oder betriebsbedingt durchgeführten Regenerationen des Speicherkatalysators zusätzliche Erkenntnisse über Schädigungsarten oder -ausmaß des Katalysators möglich. Dabei kann es sich bei den Regenerationen um teilweise oder vollständige Regenerationen handeln.
Durch das Modell bzw. Verfahren werden die örtlich und zeitlich aufgelösten Soll- Einlagerungen und Soll-Verteilungen der Nitrate und Sulfate im mageren Betrieb, die örtlich und zeitlich aufgelöste Soll-Austragung der Nitrate und Sulfate im fetten Betrieb und die Soll-Alterungseffekte durch thermische Einflüsse und Schwefelvergiftung berechnet.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Ermittlung der örtlichen Verteilung der Nitrate und Sulfate der NOx-Speicherkatalysator in einzelne Zellen unterteilt, so daß sich eine X.Y-Matrix ergibt. Dabei gibt X die Anzahl der Katalysatorscheiben in Durchströmungsrichtung x des Katalysators an, während Y die Anzahl der übereinanderliegenden Washcoat-Hüllen in deren Richtung y wiedergibt. Theoretisch sind für X und Y Werte zwischen 1 und unendlich möglich. In der Praxis werden Werte zwischen 2 und 30 verwendet. Als günstig haben sich Werte zwischen 3 und 15, insbesondere je nach Anwendungsfall zwischen 5 und 8 herausgestellt. Die Parameter X und Y müssen nicht notwendigerweise die gleichen Werte aufweisen, je nach Anwendungsfall sind die Werte unterschiedlich. Bei den zu erwartenden neuen Prozessorgenerationen, die in zukünftigen Motorsteuergeräten zum Einsatz kommen werden, werden wegen der höheren Rechenleistungen größere Zellzahlen möglich sein. Weiterhin sind die geometrischen Abmessungen der Zellen nicht notwendigerweise identisch. So ist es möglich, die Washcoat-Oberfläche feiner zu modellieren und das Innere des Washcoats entsprechend gröber abzubilden (oder genau umgekehrt). Ebenso können über die Lauflänge des Katalysators unterschiedlich lange Zellen verwendet werden, so daß die Hauptreaktionszone des Katalysators genau abgebildet wird.
Für jede Zelle wird in einer Berechnungsschleife, die beispielsweise der Taktfrequenz des Motorsteuergerätes entsprechen kann, die Be- bzw. Entladung mit NOx und SOx analysiert.
Als Eingangsgrößen werden verwendet:
  • a) die NOx- und SOx-Emissionen vor dem NOx-Speicherkatalysator (Konzentrationen oder Massenströme),
  • b) die modellierte oder gemessene Temperatur der entsprechenden Katalysatorscheibe x (1 ≦ x ≦ X), falls diese nicht verfügbar ist, wird die Abgastemperatur vor dem NOx-Speicherkatalysator verwendet,
  • c) der Abgasmassenstrom und
  • d) der Lambdawert vor dem NOx-Speicherkatalysator.
Die bekannten homogenen Modelle lassen sich zur Ermittlung der NOx-Rohemissionen heranziehen. Ferner können die SOx-Rohemissionen beispielsweise mit dem maximal zulässigen Schwefelgehalt im Kraftstoff korreliert werden. Denkbar sind auch andere Verfahren zur Rohemissionsermittlung, beispielsweise durch Messungen über geeignete Sensoren.
Die Berechnung der NOx- und SOx-Einlagerung erfolgt nacheinander für jede einzelne Katalysatorscheibe x, 1 ≦ x ≦ X, in x-Richtung und innerhalb jeder Katalysatorscheibe in y- Richtung nacheinander von der äußersten (x,1) bis zur innersten Washcoatzelle (x,Y), d. h. 1 ≦ y ≦ Y. Falls die Rechenleistung des Motorsteuergerätes zur Berechnung der gesamten Prozedur in jeder Berechnungsschleife nicht ausreicht, ist es auch denkbar, die Eingangsgrößen über einen applizierbaren Zeitraum zu mitteln und dann in einem gröberen Raster mit diesen mittleren Werten zu rechnen. Für die Berechnung der NOx- Beladung wird vorzugsweise ein Zeitraum von 0,001-2 Sekunden verwendet, insbesondere ca. 0,1 Sekunden. Für die Berechnung der NOx-Entladung wird vorzugsweise ein Zeitraum von 0,001-0,2 Sekunden verwendet, insbesondere ca. 0,02 Sekunden. Ferner wird für die Berechnung der SOx-Beladung vorzugsweise ein Zeitraum von 0,05-5 Sekunden verwendet, insbesondere ca. 0,2 Sekunden, und für die Berechnung der SOx-Entladung wird vorzugsweise ein Zeitraum von 0,01-1 Sekunde verwendet, insbesondere ca. 0,1 Sekunden.
Bei der Berechnung der NOx-Einlagerung wird zunächst von einem Speicherwirkungsgrad von 100% für jede Zelle (x,y) des NOx-Speicherkatalysators ausgegangen. Korrigierend wirken dabei vier Gruppen von Faktoren N1, N2, N3 und N4, die Einbrüche im Speicherwirkungsgrad beschreiben und im folgenden als Hemmungen bezeichnet werden:
N1: Abhängig von der Temperatur und der Raumgeschwindigkeit wird zunächst die Reaktionsdynamik in x-Richtung des NOx-Speicherkatalysators ermittelt.
N2: Bei thermischer Alterung nimmt die Speicherwirkung ab.
N3: Eine Schwefeleinlagerung wirkt hemmend auf die NOx-Einlagerung.
N4: Die Sättigung der NOx-Speicherzellen mit Nitraten vermindert den NOx- Einlagerungs- bzw. Einspeicherungswirkungsgrad.
Unter Berücksichtigung dieser Einflußfaktoren kann innerhalb einer jeden Scheibe x eine Berechnung des in den Zellen (x,1) bis (x,Y) eingelagerten NOx für jede Zelle y durchgeführt werden. Die von der Katalysatorscheibe x abströmenden NOx-Emissionen stellen dann die an der nächsten Katalysatorscheibe (x+1) anströmenden NOx- Emissionen dar. Die Berechnung erfolgt - wie obenstehend bereits beschrieben - scheibenweise und innerhalb der einzelnen Scheibe zellenweise von der äußersten zur innersten Zelle.
Bei der unter N2 beschriebenen Hemmung ist zwischen 3 Untergruppen zu unterscheiden:
N2.1: Schädigung der Speicherkomponente, z. B. durch Bildung von Mischoxiden, so daß die NOx-Einlagerung gemindert wird,
N2.2: Schädigung der Edelmetallkomponente, z. B. durch Sinterung, so daß die NO2- Bildung gemindert wird, und
N2.3: Entmischung der Edelmetall- und Speicherkomponente, so daß die Einlagerung des bereits gebildeten NO2 im ungünstigsten Fall nur noch bis zum NO/NO2- Gleichgewicht ermöglicht wird.
Bei der unter N3 beschriebenen Hemmung ist zwischen 2 Untergruppen zu unterscheiden:
N3.1: Mit zunehmender Dauer der Schwefelvergiftung wird die Speicherkomponente von außen nach innen mit Sulfaten belegt. Eine zunehmende SOx-Sättigung der weiter außen liegenden Zellen {(x,1) bis (x,y-1)} führen zu geringeren NOx- Speicherwirkungsgraden der aktuell berechneten Zelle (x,y), und
N3.2: mit zunehmender Dauer der Schwefelvergiftung wird neben der Speicherkomponente auch die umgebende Edelmetallkomponente mit Schwefelkomponenten belegt.
Bei der unter N4 beschriebenen Hemmung ist zwischen 3 Untergruppen zu unterscheiden:
N4.1: Mit zunehmender NOx-Sättigung der aktuell berechneten Zelle nimmt deren NOx-Speicherfähigkeit ab,
N4.2: eine zunehmende NOx-Sättigung der weiter außen liegenden Zellen {(x,1) bis (x,y-1)} führen zu geringeren NOx-Speicherwirkungsgraden der aktuell berechneten Zelle (x,y), und
N4.3: bei sehr hohem NOx-Angebot nähert sich die Zelle (x,y) als Funktion des NOx- Beladungszustands asymptotisch ihrer maximalen Einlagerungsgeschwindigkeit, und es kommt zu NOx-Durchbrüchen.
Auch bei der Berechnung der SOx-Einlagerung wird zunächst von einem Speicherwirkungsgrad von 100% für jede Zelle (x,y) des NOx-Speicherkatalysators ausgegangen. Korrigierend wirken dabei vier Gruppen von Faktoren, die Einbrüche im Speicherwirkungsgrad beschreiben:
S1: Abhängig von der Temperatur und der Raumgeschwindigkeit wird zunächst die Reaktionsdynamik in x-Richtung des NOx-Speicherkatalysators ermittelt,
S2: bei thermischer Alterung nimmt die SOx-Speicherwirkung ab,
S3: die Sättigung der NOx-Speicherzellen mit Nitraten vermindert den SOx- Einlagerungs- Wirkungsgrad, und
S4: die Sättigung der NOx-Speicherzellen mit Sulfaten vermindert den SOx- Einlagerungs-Wirkungsgrad.
Unter Berücksichtigung dieser Einflußfaktoren kann innerhalb einer jeden Scheibe x eine Berechnung des in den Zellen (x,1) bis (x,Y) eingelagerten SOx durchgeführt werden. Die von der Katalysatorscheibe x abströmenden SOx-Emissionen stellen dann die an der nächsten Katalysatorscheibe (x+1) anströmenden SOx-Emissionen dar.
Bei der unter S3 beschriebenen Hemmung ist zwischen 2 Untergruppen zu unterscheiden:
S3.1: Mit zunehmender NOx-Sättigung der aktuell berechneten Zelle nimmt deren SOx-Speicherfähigkeit ab, und
S3.2: eine zunehmende NOx-Sättigung der weiter außen liegenden Zellen (x,1) bis (x,y-1) führen zu geringeren SOx-Speicherwirkungsgraden der aktuell berechneten Zelle (x,y).
Bei der unter S4 beschriebenen Hemmung ist zwischen 2 Untergruppen zu unterscheiden:
S4.1: Mit zunehmender SOx-Sättigung der aktuell berechneten Zelle nimmt deren SOx-Speicherfähigkeit ab, und
S4.2: Eine zunehmende SOx-Sättigung der weiter außen liegenden Zellen (x,1) bis (x,y-1) führen zu geringeren SOx-Speicherwirkungsgraden der aktuell berechneten Zelle (x,y).
Für die NOx- und SOx-Regeneration, nicht jedoch für die Einlagerung, sind zwei weitere Faktoren von Bedeutung, die während der Einlagerung berechnet werden müssen:
NR1: Mit zunehmender Dauer der NOx-Einlagerung nimmt die Nitratkorngröße zu, und
SR1: mit zunehmender Dauer der Schwefelvergiftung nimmt die Sulfatkorngröße zu.
Bei der Berechnung der NOx-Regeneration wird zunächst über dem vor dem NOx- Speicherkatalysator bestimmten Lambda und dem Abgasmassenstrom die zur Verfügung stehende Reduktionsmittelmasse ermittelt. Abhängig von dem Abgasmassenstrom und der Temperatur der Katalysatorscheiben wird der in jeder Katalysatorscheibe nutzbare Roh-Reduktionsmittelanteil berechnet. Innerhalb jeder Katalysatorscheibe wird dann abhängig von Katalysatorscheibentemperatur und Abgasmassenstrom die Verteilung des Reduktionsmittels auf die einzelnen Zellen berechnet.
Für jede Katalysatorscheibe x erfolgt vor der eigentlichen NOx-Regeneration bei Unterschreiten von Lambda = 1 in der aktuell betrachteten Scheibe x die Berechnung des Verbrauchs des im Katalysator gespeicherten Restsauerstoffs, und zwar abhängig vom Reduktionsmittelmassenstrom und dem Restsauerstoffgehalt der Katalysatorscheibe. Wird innerhalb einer Katalysatorscheibe ein Restsauerstoffgehalt ≦ 0 errechnet, so kann die eigentliche NOx-Regeneration einsetzen.
Abhängig von den verwendeten Speichermaterialien kann der stöchiometrische Reduktionsmittelverbrauch in den einzelnen Zellen (x,y) bestimmt werden, d. h. das ideale Verhältnis von Reduktionsmittelmasse zu umsetzbarer NOx-Masse. In der Realität ist jedoch wegen der untenstehenden, hemmenden Einflußfaktoren mit einem höheren Reduktionsmittelverbrauch zu rechnen.
Zuschläge zum Reduktionsmittelbedarf ergeben sich durch die Temperatur und den thermischen Schädigungszustand der Katalysatorscheibe, durch die NOx-Beladung und die SOx-Beladung der aktuell berechneten Zelle, sowie durch die Nitrat- und Sulfatkorngröße in der aktuell berechneten Zelle. Zusätzlich wird dieser Wert über die gespeicherte NOx- und SOx-Masse in den weiter außerhalb liegenden Zellen innerhalb der aktuell berechneten Katalysatorscheibe korrigiert. Ferner wird eine Begrenzung der Entladegeschwindigkeit bei sehr hohem Reduktionsmittelangebot sowie ein Nitratzerfall ohne NOx-Reduktion bei starker thermischer Schädigung, bei lokal fettem Abgas und hohen Restsauerstoffgehalten in der aktuellen Zelle oder bei sehr niedrigen Lambdawerten berücksichtigt. (Eine sehr hohe CO-Konzentration im Fetten führt zu einer Belegung der Edelmetallkomponenten, so daß die zerfallenden Nitrate nicht mehr umgesetzt werden können.)
Mit zunehmender NOx-Entladung der aktuell berechneten Zelle (x,y) wird ferner die Nitratkorngröße herabgesetzt.
Die von einer Katalysatorscheibe x abströmenden, ungenutzten Reduktionsmittel sowie die herausgelösten, aber nicht umgesetzten Stickoxide NOx werden dem vorab berechneten Abgasstrom, der die nächste Katalysatorzelle (x,y+1) anströmt, hinzuaddiert.
Da zur Entschwefelung ein stark überstöchiometrisches Reduktionsmittelangebot erforderlich ist und überdies eine Reduzierung auf Elementarschwefel im Fahrzeug nihct möglich ist, kann die Berechnung der SOx-Entladung gegenüber der NOx-Reduzierung deutlich vereinfacht werden.
Abhängig von der Katalysatorscheibentemperatur wird für alle Katalysatorzellen (x,y) bei Unterschreiten eines applizierbaren Lambdawertes und Überschreiten eines applizierbaren Abgasmassenstromes eine gleiche SOx-Entladegeschwindigkeit (z. B. in mg/s) definiert, die anschließend individuell für jede Zelle (x,y) über die Schwefelbeladung der aktuell berechneten und der weiter außerhalb liegenden Zellen sowie die Sulfatkorngröße in der aktuell berechneten Zelle korrigiert wird. Zusätzlich erfolgt eine Korrektur über den thermischen Schädigungszustand der Katalysatorscheibe.
Mit zunehmender SOx-Entladung der aktuell berechneten Zelle (x,y) wird ferner die Sulfatkorngröße herabgesetzt.
Außerdem kann die Mobilität der Sulfatpartikel berücksichtigt werden, da in fettem Abgas und bei hohen Katalysatortemperaturen die Sulfate vom Washcoatinneren schneller in die äußeren Schichten wandern, als diese tatsächlich reduziert werden. Es kommt also zu einer Sulfatagglomeration in der Nähe der Washcoatoberfläche.
Wegen der deutlichen Überstöchiometrie bei der De-Sulfatierung kann näherungsweise zur Begrenzung des Berechnungsaufwandes unterstellt werden, daß kein Reduktionsmittelverbrauch erfolgt.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt das grundlegende Schema zur Berechnung der NOx-Einlagerung in den NOx-Speicherkatalysator,
Fig. 2 zeigt in Diagrammform die Bestimmung der Wirkungsgrade der NOx- Speicherung für jede Zelle eines Speicherkatalysators,
Fig. 3 zeigt im Detail ein Beispiel einer Berechnung des Wirkungsgrades der NOx- Einlagerung einer Katalysatorscheibe,
Fig. 4 zeigt im Detail ein Beispiel einer Berechnung des Wirkungsgrades der NOx- Einlagerung einer Katalysatorzelle,
Fig. 5 zeigt im Detail ein Beispiel einer Berechnung des Wirkungsgrades der SOx- Einlagerung einer Katalysatorscheibe, Fig. 6 zeigt im Detail ein Beispiel einer Berechnung des Wirkungsgrades der SOx- Einlagerung einer Katalysatorzelle,
Fig. 7 zeigt die Berechnung der Korngrößen NOx und SOx in einer Katalysatorzelle,
Fig. 8 zeigt die Berechnung des nutzbaren Reduktionsmittelstroms einer Katalysatorscheibe,
Fig. 9 zeigt die Berechnung des nutzbaren Reduktionsmittelstroms einer Katalysatorzelle,
Fig. 10 zeigt die Berechnung der NOx-Entladung einer Katalysatorzelle, und
Fig. 11 zeigt die Berechnung der SOx-Entladung einer Katalysatorzelle.
Fig. 1 zeigt den Ablauf der Berechnung der NOx-Einlagerung in den Speicherkatalysator. Da das Schema für den Sulfatfall SOx analog gilt, gilt für das für Fig. 1 im Zusammenhang mit den Stickoxiden NOx ausgeführte ebenfalls für die Schwefeloxide SOx.
Die von einer Brennkraftmaschine emittierte Roh-Masse "mNOx,Roh" an Stickoxiden NOx ist gleich der Masse "mNOx,1.1" an NOx, die vor der ersten Zelle (1,1) der ersten Scheibe x = 1 des Katalysators ansteht. Als Funktion des Wirkungsgrades "etaNOx,1.2" wird NOx in die erste Zelle (1,1) des Speicherkatalysators eingelagert. Durch die Einlagerung des NOx in die erste Zelle steht vor der zweiten Zelle (1,2) der ersten Scheibe nur die verminderte Masse "mNOx1.2" an und zur Einlagerung zur Verfügung. Als Funktion des Wirkungsgrades "etaNOx,1.2" der zweiten Zelle der ersten Scheibe, wobei die Wirkungsgrade aufgrund unterschiedlicher Randbedingungen i. a. unterschiedlich sind, wird NOx in die zweite Zelle eingelagert, so daß der dritten Zelle nur eine weiter vermindertes Angebot an einzulagerndem NOx zur Verfügung steht, aus dem wiederum ein Teil als Funktion des Einlagerungswirkungsgrades "etaNox,1.3" der dritten Zelle eingelagert wird. Dieses Verfahren setzt sich fort bis zur innersten Zelle (1,Y) der ersten Scheibe. Die um die eingelagerten Anteile aller Zellen (1,1) bis (1,Y) der ersten Scheibe x = 1 verminderte Roh-Masse an NOx, also
mNOx,2.1 = mNOx,Roh - ((mNOx,1.1 - mNOx,1.2) + . . . . + (mNOX,1.Y-1 - mNOx,1.Y))
steht an der zweiten Scheibe x = 2 an und wird von den einzelnen Zellen der zweiten Scheibe nach dem beschriebenen Schema eingelagert, wobei auch hier jede Zelle einen eigenen Einlagerungswirkungsgrad aufweist. Dieses Schema wird bis zur letzten Zelle der letzten Scheibe fortgeführt, und es ergibt sich auf diese Weise die Masse "mNOx,nK" an NOx (analog für SOx), die den Speicherkatalysator ohne Einlagerung verläßt.
Fig. 2 zeigt nun den prinzipiellen Ablauf der Bestimmung der Einlagerungswirkungsgrade der einzelnen Zellen für die hintereinanderliegenden Scheiben des Speicherkatalysators, wobei die in der Fig. 1 dargestellt Berechnung der Einlagerung aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt ist, aber entsprechend durchgeführt wird. Auch hier ist das Schema nicht nur für die Stickoxide NOx, sondern auch für die Schwefeloxide SOx anwendbar. Zur Ermittlung der Einlagerungwirkungsgrade wird zunächst in einem ersten Schritt die NOx-Rohemission "mNOx,Roh,1" vor dem Speicherkatalysator, d. h. vor der ersten Scheibe x = 1, die Temperatur "TKat,1" der ersten Katalysatorscheibe x = 1, der Abgasmassenstrom "Abg" und von "Lambda" vor dem Speicherkatalysator bestimmt. Die Bestimmung der genannten Größen erfolgt über eine Messung und/oder Berechnung. So kann die NOx- Rohemission vor dem Speicherkatalysator beispielsweise mit bekannten eindimensionalen Modellen aus im Motorsteuergerät abgelegten Kennfeldern bestimmt werden. Es ist auch möglich, die NOx-Rohemission direkt zu messen, beispielsweise als Konzentration im Abgasstrom mittels eines geeigneten Sensors. Bezüglich der Schwefeloxide kann die SOx-Rohemission ebenfalls gemessen werden. Ferner ist es auch möglich, die SOx-Rohemission mit dem maximal zulässigen oder einem beliebigen anderen Schwefelgehalt des Kraftstoffs zu korrelieren und so die Rohemission über entsprechende Kennfelder durch den aktuellen Kraftstoffverbrauch näherungsweise zu bestimmen.
Es wird dann der unkorrigierte Einspeicherungswirkungsgrad "etaNOx,Roh,1" der ersten Scheibe x = 1 festgelegt, wobei zunächst von einer 100%igen Einlagerung ausgegangen wird. Dieser "Roh-Wert" wird um eine thermische Schädigung nach der Hemmung N.2, im SOx-Fall nach Hemmung S.2, korrigiert. Dabei wird die Korrektur "Korr,N2" für die gesamte Scheibe vorgenommen, da eine thermische Schädigung des Speicherkatalysators für die Zellen der Washcoatschicht einer Scheibe als gleichmäßig angenommen wird. Mit anderen Worten, die thermische Schädigung ist keine Funktion der Dicke der Washcoatschicht einer Scheibe. Es werden hier also die unter N2 bzw. S2 beschriebenen Hemmungen samt deren Untergruppen für die gesamte Scheibe berücksichtigt.
Es ergibt sich somit der unkorrigierte "Roh"-Einlagerungswirkungsgrad "etaNOx,Roh,1.1" der ersten Zelle (1,1) der ersten Scheibe x = 1. Dieser wird einerseits um die Schwefeleinlagerung in die Zelle (Korr,N3) und andererseits um die Sättigung der Zellen mit Nitraten (Korr,N4), d. h. um die Hemmungen N3 und N4 bzw. bezüglich der Sulfate um S3 und S4 sowie die jeweiligen dazugehörigen Untergruppen, korrigiert. Es ergibt sich also der "reale" Einlagerungswirkungsgrad "etaNOx,1.1" der ersten Zelle (1,1) der ersten Scheibe x = 1. Mit diesem realen Wirkungsgrad wird dann die Einlagerung von NOx bzw. SOx in die erste Zelle unter Verwendung der Eingangsgrößen berechnet. Da bei diesen Hemmungen die Korrekturen teilweise Funktionen der darüberliegenden Zellen sind, ist eine individuelle Korrektur des Einlagerungswirkungsgrads jeder Zelle notwendig. Diese Korrekturen werden entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Verfahren nacheinander für jede Zelle der ersten Scheibe vorgenommen.
Das gleiche Verfahren wird jetzt für die restlichen Scheiben, beginnend mit der zweiten Scheibe x = 2 und endend mit der letzten Scheibe x = X des Speicherkatalysators durchgeführt. Die entsprechenden Eingangsdaten sind nunmehr durch die NOx- Emission bzw. SOx-Emission "mNOx,Roh,2" vor der zweiten Scheibe, die Temperatur "TKat,2" der zweiten Scheibe, den Abgasmassenstrom "Abg" und von "Lambda" vor dem Speicherkatalysator bis zur NOx-Emission bzw. SOx-Emission "mNOx,Roh,X" vor der letzten Scheibe, die Temperatur "TKat,X" der letzten Scheibe, den Abgasmassenstrom "Abg" und von Lambda vor dem Speicherkatalysator gegeben. Es werden entsprechend die Roh-Speicherwirkungsgrad "etaNOx,Roh,2" für NOx bzw. SOx der zweiten Scheibe x = 2 bis "etaNOx,Roh,X" der letzten Scheibe x = X gebildet, wobei zunächst die Einlagerung mit 100% angenommen wird. Es erfolgt eine Korrektur "Korr,N2" bezüglich thermischer Schädigungen für die entsprechende gesamte Scheibe. Die Korrekturen der einzelnen Zellen (2,1) bis (2,Y) der zweiten Scheibe bis hin zu den Zellen (X,1) bis (X,Y) hinsichtlich der Schwefel- und Nitrateinlagerung "Korr,N3" und "Korr,N4" ausgehend von den entsprechenden Roh-Wirkungsgraden "etaNOx,Roh,2" bis "etaNOx,Roh,X" erfolgen für jede Zelle individuell. Mit den sich ergebenden realen Wirkungsgraden "etaNOx, 2.1" bis "etaNOx,X.Y" erfolgt die Bestimmung der Einlagerung an NOx bzw. SOx für die restlichen Zellen der Scheiben 2 bis X.
Dieses Verfahren wird, wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, nacheinander für jede Scheibe vorgenommen, so daß sich nach Berechnung der letzten Zelle der letzten Scheibe die NOx- bzw. SOx-Emission "mNOx,nK" nach dem Katalysator ergibt.
Fig. 3 zeigt im Detail ein Beispiel der Berechnung der in Fig. 2 angesprochenen Bestimmung des alterungskorrigierten NOx-Einlagerungs- oder NOx- Speicherwirkungsgrades einer Katalysatorscheibe. Aus der Temperatur "TKat,x" der Katalysatorscheibe x und dem Abgasmassenstrom "Abg" wird über ein Kennfeld "KF- N1" der Rohwert "etaNOx,Roh,x" des NOx-Speicherwirkungsgrades der Katalysatorscheibe x bestimmt. Ferner wird aus der Temperatur "TKat,x" der Katalysatorscheibe x und "Lambda" über entsprechende Kennfelder "KF-N2.1", "KF- N2.2" und "KF-N2.3" die jeweilige aktuelle thermische Schädigung der Speicherkomponente "TS-N2.1" nach Hemmung N2.1, die aktuelle thermische Schädigung der Edelmetallkomponente "TS-N2.2" nach Hemmung N2.2. und die aktuelle thermische Schädigung "TS-N2.3" nach Hemmung N2.3 bestimmt. Diese Schädigungen "TS-N2.1", "TS-N2.2" und "TS-N2.3" werden aufsummiert und zu der thermischen Schädigung "TS-N2(t- 1)" zum vorangegangenen Berechnungszeitpunkt (t- 1) addiert, so daß sich die Beeinträchtigung der NOx-Einlagerung durch die thermische Schädigung "TS-N2(t)" zum aktuellen Zeitpunkt t ergibt. Diese sich ergebende aktuelle thermische Schädigung "TS-N2(t)" wird von dem Rohwert "etaNOx,Roh,x" des NOx- Speicherwirkungsgrades der Scheibe x subtrahiert und es ergibt sich der aufgrund der Temperatur alterungskorrigierte NOx-Speicherwirkungsgrad "eta-N2,x" der Katalysatorscheibe x nach Hemmung N2. Das aufgezeigte additive Verfahren zur Korrektur des Rohwertes des Speicherwirkungsgrades ist nur beispielhaft zu verstehen. Andere Korrekturverfahren, beispielsweise multiplikative Verfahren, bei denen ein Korrekturfaktor ermittelt wird, sind ebenfalls möglich.
Fig. 4 erläutert im Detail anhand eines beispielhaften additiven Verfahrens die beiden weiteren Korrekturen bezüglich der Schwefelvergiftung der Zellen nach Hemmung N3 (oberer Teil der Fig. 4) und bezüglich der Sättigung der Zellen mit Nitraten nach Hemmung N4 (unterer Teil der Fig. 4), wobei Fig. 4 das Verfahren für eine beliebige Zelle (x,y) einer Scheibe x betrachtet. Eingangsgröße ist der in Fig. 3 ermittelte, aufgrund der Temperatur alterungskorrigierte NOx-Speichermrirkungsgrad "eta-N2,x" der Katalysatorscheibe x. Es wird über eine Kennlinien "KL-N3.1,x.y" aus der in der betrachteten Zelle gespeicherten Schwefelmasse "gmSOx,x.y" die NOx- Einlagerungshemmung "EH-N3.1,x.y" durch Schwefelvergiftung der aktuellen Zelle (x,y) bestimmt. Ferner werden für alle über der betrachteten Zelle (x,y) liegenden Zellen (x, y-1) bis (x,1) über entsprechende Kennlinien KL-N3.1,x.y-1" bis "KL-N3.1,x.1" aus in der entsprechenden Zelle gespeicherten Schwefelmasse "gmSOx,x.y-1" bis "gmSOx,x.1" die NOx-Einlagerungshemmungen "EH-N3.1,x.y-1" bis "EH-N3.1,x.1" durch Schwefelvergiftung bestimmt.
Ferner wird über eine weitere Kennlinie "KL-N3.2" aus der gespeicherte Schwefelmasse "gmSOx,x.y" in der Zelle (x,y) die NOx-Einlagerungshemmung "EH-N3.2" durch Schwefelvergiftung der Edelmetallkomponente nach N3.2 bestimmt.
Die NOx-Einlagerungshemmungen "EH-N3.1x.y" bis "EH-N3.1,x.1" werden summiert und ergeben die NOx-Einlagerungshemmung "EH-N3.1" der Speicherkomponente bestehend aus der aktuellen Zelle (x,y) und aller darüberliegenden Zellen durch Schwefelvergiftung (Hemmung N3.1). Diese NOx-Einlagerungshemmung "EH-N3.1"' und die weitere Hemmung "EH-N3.2" werden vom termperaturalterungskorrigierten NOx- Einlagerungswirkungsgrad "eta-N2,x" der Katalysatorscheibe x subtrahiert und es ergibt sich der schwefelvergiftungskorrigierte NOx-Speicherwirkungsgrad "eta-N3,x.y" der Katalysatorzelle (x,y).
Der untere Teil der Fig. 4 stellt die weitere Korrektur des Speicherwirkungsgrades durch NOx-Sättigung nach Hemmung N4 dar, wobei der im vorangegangenen Abschnitt berechnete schwefelvergiftungskorrigierte NOx-Speichermrirkungsgrad "eta-N3,x.y" der Katalysatorzelle (x,y) die Eingangsgröße bildet. Mittels Kennlinien "KL-N4.1,x.y" bzw. "KL-N4.2,x.y-1" bis "KL-N4.2,x.1" werden die NOx-Einlagerungshemmungen "EH-N4.1" durch NOx-Beladung der aktuellen Zelle (x,y) nach Hemmung N4.1 sowie die entsprechenden NOx-Einlagerungshemmungen der darüberliegenden Zellen "EH- N4.2,x.y-1" bis "EH-N.2,x.1" nach Hemmung N4.2 aus den in den entsprechenden Zellen (x,y) bis (x,1) gespeicherten NOx-Massen "gmNOx,x.y" bis "gmNOx,x.1" berechnet. Die NOx-Einlagerungshemmungen der darüberliegenden Zellen "EH- N4.2,x.y-1" bis "EH-N.2,x.1" nach Hemmung N4.2 werden zur Einlagerungshemmung EH-N4.2 aufsummiert. Ferner wird aus dem NOx-Massenstrom "mNOx,x.y" vor der Zelle (x,y) und der in der Zelle (x,y) gespeicherten NOx-Masse "gmNOx,x.y" über ein Kennfeld "KF-N4.3" die NOx-Einlagerungshemmung "EH-N4.3" aufgrund der endlichen Einlagerungsgeschwindigkeit des NOx berechnet. Die genannten Hemmungen "EH- N4,1", "EH-N4.2" und "EH-N4.3" werden von dem schwefelvergiftungskorrigierten NOx- Einlagerungswirkungsgrad "eta-N3,x.y" der Zelle (x,y) subtrahiert und es ergibt sich der gesuchte reale NOx-Einlagerungswirkungsgrad "etaNOx,x.y" der Zelle (x,y).
Die Fig. 5 und 6 geben im wesentlichen die zu den Fig. 3 und 4 analoge Situation zur Berechnung des SOx-Einlagerungswirkungsgrades wieder. Aus der Temperatur "TKat,x" der Katalysatorscheibe x und dem Abgasmassenstrom "Abg" wird über ein Kennfeld "KF-S1" der Rohwert "etaSOx,Roh,x" des SOx- Speicherwirkungsgrades der Katalysatorscheibe x bestimmt. Ferner wird aus der Temperatur "TKat,x" der Katalysatorscheibe x und "Lambda" über ein entsprechendes Kennfeld "KF-S2" die aktuelle thermische Schädigung der Speicherkomponente "TS- S2,x" nach Hemmung S2 bestimmt. Diese aktuelle Schädigung "TS-S2,x" wird zur thermischen Schädigung "TS-S2(t-1)" des vorangegangenen Berechnungszeitpunkts (t- 1) addiert, so daß sich die Beeinträchtigung der SOx-Einlagerung durch die thermische Schädigung "TS-S2(t)" zum aktuellen Zeitpunkt t ergibt. Diese sich ergebende aktuelle thermische Schädigung "TS-S2(t)" wird von dem Rohwert "etaSOx,Roh,x" des SOx- Einlagerungswirkungsgrades der Scheibe x subtrahiert und es ergibt sich der aufgrund der Temperatur alterungskorrigierte NOx-Speicherwirkungsgrad "eta-S2,x" der Katalysatorscheibe x. Auch hier gilt, daß das aufgezeigte additive Verfahren zur Korrektur des Rohwertes des SOx-Speicherwirkungsgrades nur beispielhaft zu verstehen ist. Andere Korrekturverfahren, beispielsweise multiplikative Verfahren, bei denen ein Korrekturfaktor ermittelt wird, sind ebenfalls möglich.
Fig. 6 erläutert im Detail anhand eines beispielhaften additiven Verfahrens die weiteren Korrekturen bezüglich der NOx-Beladung der Zellen nach Hemmung S3 (oberer Teil der Fig. 6) und bezüglich der SOx-Beladung der Zellen nach Hemmung S4 (unterer Teil der Fig. 6), wobei Fig. 6 das Verfahren für eine beliebige Zelle (x,y) einer Scheibe x betrachtet. Eingangsgröße ist der in Fig. 5 ermittelte, aufgrund der Temperatur alterungskorrigierte SOx-Speicherwirkungsgrad "eta-S2,x" der Katalysatorscheibe x. Es wird über eine Kennlinie "KL-S3.1" aus der in der betrachteten Zelle gespeicherten NOx- Masse "gmNOx,x.y" die SOx-Einlagerungshemmung "EH-S3.1" durch NOx-Beladung der aktuellen Zelle (x,y) bestimmt. Ferner werden für alle über der betrachteten Zelle (x,y) liegenden Zellen (x,y-1) bis (x,1) über entsprechende Kennlinien "KL-S3.2,x.y-1" bis "KL-S3.2,x.1" aus in der entsprechenden Zelle gespeicherten NOx-Masse "gmNOx,x.y- 1" bis "gmNOx,x.1" die SOx-Einlagerungshemmungen "EH-S3.2,x.y-1" bis "EH-S3.2,x.1" durch NOx-Beladung der entsprechenden Zelle bestimmt.
Die SOx-Einlagerungshemmungen "EH-S3.1" und "EH-S3.2,x.y-1" bis "EH-S3.2,x.1" werden summiert und vom termperaturalterungskorrigierten SOx- Einlagerungswirkungsgrad "eta-S2,x" der Katalysatorscheibe x subtrahiert. Es ergibt sich so der NOx-beladungskorrigierte SOx-Speicherwirkungsgrad "eta-S3,x.y" der Katalysatorzelle (x,y).
Der untere Teil der Fig. 6 stellt die weitere Korrektur des Einlagerungswirkungsgrades durch die SOx-Beladung der aktuellen Zelle nach Hemmung S4.1 sowie der darüberliegenden Zellen nach Hemmung S4.2 dar, wobei der im vorangegangenen Abschnitt berechnete NOx-beladungskorrigierte SOx-Speicherwirkungsgrad "eta-S3,x.y" der Katalysatorzelle (x,y) die Eingangsgröße bildet. Mittels Kennlinien "KL-S4.1" sowie "KL-S4.2,x.y-1" bis "KL-S4.2,x.1" werden die SOx-Einlagerungshemmung "EH-N4.1" durch SOx-Beladung der aktuellen Zelle (x,y) nach Hemmung S4.1 und die entsprechenden SOx-Einlagerungshemmungen der darüberliegenden Zellen "EH- N4.2,x.y-1" bis "EH-N.2,x.1" nach Hemmung S4.2 aus den in den entsprechenden Zellen gespeicherten Schwefelmassen "gmSOx,x.y" bis "gmSOx,x.1' berechnet. Die Summe der genannten Hemmungen "EH-S4.1" und "EH-S4.2,x.y-1" bis "EH-S4.2,x.1" wird von dem NOx-beladungskorrigierten SOx-Einlagerungswirkungsgrad "eta-S3,x.y" der Zelle (x,y) subtrahiert und es ergibt sich der gesuchte reale SOx-Einlagerungswirkungsgrad "etaSOx,x.y" der aktuellen Zelle (x,y).
Die so ermittelten Einlagerungswirkungsgrade der einzelnen Zellen (x,y) des NOx- Speicherkatalysators sowohl für NOx als auch für SOx werden dann zur tatsächlichen Berechnung der NOx- bzw. SOx-Einlagerung nach dem in Fig. 1 angegebenen Schema verwendet.
Um die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators berechnen zu können, muß die NOx- und SOx-Korngröße jeder Katalysatorzelle (x,y) bekannt sein. Daher müssen die entsprechenden Korngrößen während der Einlagerungsphase berechnet werden. Eine Berechnung dieser Korngrößen einer Katalysatorzelle (x,y) zur Zeit t ist in Fig. 7 dargestellt, wobei der obere Teil von Fig. 7 die Berechnung für NOx und der untere Teil von Fig. 7 die Berechnung für SOx schematisch zeigt. Das Verfahren arbeitet iterativ, da sowohl die Nitratkorngröße "KGNOx(t-1)" als auch die Sulfatkorngröße "KGSOx(t-1)" zum vorhergehenden Zeitpunkt (t-1) bekannt sind. Dies ist möglich, da davon ausgegangen wird, daß ein regenerierter oder neuer Speicherkatalysator kein eingespeichertes Nitrat bzw. Sulfat enthält, so daß zum Zeitpunkt t = 0 sowohl die Nitratkorngröße "KGNOx(t = 0)" als auch die Sulfatkorngröße "KGSOx(t = 0)" gleich Null gesetzt werden können.
Aus der neu eingelagerten NOx-Masse "gmNOx(t-1,t)" einer Zelle (x,y) im Zeitintervall von (t-1) bis t und der gesamten eingelagerten NOx-Masse "gmNOx(t)" der Zelle (x,y) zum Zeitpunkt t ergibt sich über ein Kennfeld "KF-KGNOx" der Zuwachs der Nitratkorngröße "DKGNOx(t-1,t)" im genannten Zeitintervall. Dieser Zuwachs wird zu der bekannten Nitratkorngröße "KGNOx(t-1)" zum vorherigen Berechnungszeitpunkt (t-1) addiert und es ergibt sich die aktuelle Nitratkorngröße "KGNOx(t)" zum Zeitpunkt t. Auf die gleiche Art wird die aktuelle Sulfatkorngröße "KGSOx(t)" der Zelle (x,y) zum Zeitpunkt t berechnet. Ausgehend von den im vorangegangenen berechneten folgenden Eingangsgrößen, nämlich neu eingelagerte SOx-Masse "gmSOx(t-1,t)" der Zelle (x,y) im Zeitintervall von (t-1) bis t und der gesamten eingelagerten SOx-Masse "gmSOx(t)" der Zelle (x,y) zum Zeitpunkt t, wird über ein Kennfeld "KF-KGSOx" der Zuwachs der Sulfatkorngröße "DKGSOx(t-1,t)" im genannten Zeitintervall bestimmt. Dieser Zuwachs wird zu der bekannten Sulfatkorngröße "KGSOx(t-1)" zum vorherigen Berechnungszeitpunkt (t-1) addiert und es ergibt sich die aktuelle Sulfatkorngröße "KGSOx(t)" zum Zeitpunkt t.
Ferner sind zur Berechnung der NOx- bzw. SOx-Entladung der Katalysatorzellen die Kenntnisse des nutzbaren Massenstroms an Reduktionsmitteln einer Katalysatorscheibe und des nutzbaren Massenstroms an Reduktionsmitteln einer Katalysatorzelle notwendig. Die Berechnungsschemata sind in den Fig. 8 und 9 dargestellt.
Im oberen Teil der Fig. 8 wird der Roh-Massenstrom an Reduktionsmitteln "mRed,Roh,x" vor der Scheibe x berechnet, in dem aus den Eingangsgrößen "Lambda" und Abgasmassenstrom "Abg" über ein entsprechendes Kennfeld "KF-Red" der gesamte Reduktionsmittelmassenstrom "mRed" berechnet wird. Ferner wird aus der Katalysatorscheibentemperatur "TKat,x" der Katalysatorscheibe x und dem Abgasmassenstrom "Abg" über ein weiteres Kennfeld "KF-Vert" ein Faktor (im allgemeinen Fall ein Vektor) "Vert,1X" berechnet, der angibt, welcher Anteil des gesamten Reduktionsmittelmassenstroms jeder Scheibe x als Roh- Reduktionsmittelmassenstrom zur Verfügung steht, was durch Multiplikation dieses Faktors mit dem gesamten Reduktionsmittelmassenstrom berechnet wird. Im allgemeinen Fall sind die Anteile jeder Scheibe x unterschiedlich, beispielsweise wenn die Scheiben unterschiedliche Dicken haben.
Aus dem errechneten Roh-Massenstrom "mRed,Roh,x" des Reduktionsmittels vor der Scheibe x wird im unteren Teil der Fig. 8 der nutzbare Reduktionsmittelmassenstrom "mRed,x" vor der Scheibe x berechnet. Eingangsgrößen sind hier neben dem Roh- Massenstrom "mRed,Roh,x" der in der Scheibe x zum vorangegangenen Zeitpunkt (t-1) gespeicherte Restsauerstoff "gmO2,x(t-1)" und der in der Scheibe x maximal speicherbare Menge an Sauerstoff "maxO2,x". Die in Fig. 8 eingezeichneten Schalter S1 und S2, sowie S3 befinden sich in der sog. Ruhestellung, d. h. der Motor wird mager betrieben und Lambda ist größer oder gleich 1. Die Umschaltung der Schalter S1 und S2 wird durch den Vergleicher V1 bewirkt, in dem Lambda mit der Zahl Eins verglichen wird, während die Umschaltung des Schalters S3 durch den Vergleicher V2 bewirkt wird, der ermittelt, ob der Restsauerstoffgehalt "gmO2,x(t)" der Scheibe x zum Zeitpunkt t kleiner Null ist oder nicht.
Solange "Lambda" größer oder gleich Eins ist, ist der Roh- Reduktionsmittelmassenstrom "mRed,Roh,x" vor der Scheibe x Null und es befindet sich die maximal mögliche Sauerstoffmenge "maxO2,x" in der betrachteten Scheibe x. Die Recheneinheit F, in der der Abbau des Restsauerstoffs durch das Reduktionsmittel in bekannter Weise berechnet wird und die als Ausgangsgröße den noch gespeicherten Restsauerstoff in der Scheibe zum Zeitpunkt t ausgibt, gibt daher in diesem Fall als Ausgangsgröße die maximal mögliche Sauerstoffmenge "maxO2,x" in der Scheibe x aus, so daß der Vergleich im folgenden Vergleicher V2 ein negatives Ergebnis liefert. Daher verbleibt der Schalter S3 in der Ruhestellung. Mit anderen Worten, im mageren Betrieb beträgt der nutzbare Reduktionsmittelmassenstrom "mRed,x" vor der Scheibe x Null.
Ist nun Lambda kleiner als Eins, so bewirkt das Ausgangssignal des Vergleichers V1 das Umschalten der Schalter S1 und S2, so daß nunmehr der gespeicherte Restsauerstoff "gmO2x(t-1)" der Scheibe x zum vorangegangenen Zeitpunkt (t-1) und der Roh-Reduktionsmittelmassenstrom "mRed,Rohx" vor der Scheibe x als Eingangsgrößen in die Berechnungseinheit F einfließen. Daraus wird in der Berechnungseinheit F der gespeicherte Restsauerstoff "gmO2,x(t)" in der Scheibe x zum Zeitpunkt t berechnet. Im Vergleicher V2 wird diese Größe mit Null verglichen. Im Fall, daß der in der Scheibe x gespeicherte Restsauerstoff "gmO2,x(t)" kleiner als Null ist, wird der Schalter S3 betätigt, so daß nunmehr der Roh-Reduktionsmittelmassenstrom "mRed,Roh,x" vor der Scheibe x als nutzbarer Reduktionsmittelmassenstrom "mRed,x" zur weiteren Verwendung ausgegeben wird.
Fig. 9 zeigt, wie aus dem in der Fig. 8 ermittelten nutzbaren Reduktionsmittelmassenstrom "mRed,x" einer Scheibe x der nutzbare Reduktionsmittelmassenstrom "mRed,x.y" vor einer Zelle (x,y) ermittelt wird. Aus der Katalysatorscheibentemperatur "TKat,x" der Scheibe x und dem Abgasmassenstrom "Abg" wird mittels eines entsprechenden Kennfeldes "KF-Vert,x.1Y" die Aufteilung des Reduktionsmittelverbrauch auf die Zellen (x,1) bis (x,Y) in Form eines entsprechenden Faktors "Vert,x.1Y", wobei in der allgemeinen Form der Faktor einen Vektor bildet, berechnet. Dieser Faktor bzw. Vektor wird mit dem in der Scheibe x nutzbaren Reduktionsmittelstrom "mRed,x" multipliziert und es ergibt sich der der Zelle (x,y) zur Verfügung stehende nutzbare Reduktionsmittelmassenstrom "mRed,x.y".
Aus den durch die in den Fig. 7, 8 und 9 dargestellten Verfahren ermittelten Größen läßt sich nun sowohl die NOx-Entladung als auch die SOx-Entladung einer Katalysatorzelle berechnen, wie dies in den Fig. 10 und 11 dargestellt ist.
Dabei wird aus der Eingangsgröße nutzbarer Reduktionsmittelmassenstrom "mRed,x.y" vor der betrachteten Zelle (x,y) in einem ersten Block F1 der theoretisch erzielbare NOx-Reduktionsmassenstrom "NOx-Red-Th,x.y" als Funktion beispielsweise der verwendeten Speicherkatalysatormaterialien bestimmt. Der erste Block F1 wird dabei vorzugsweise durch eine Multiplikation mit einem geeigneten Faktor gebildet. Die theoretisch erzielbare NOx-Reduktionmassenstrom bedarf unter Umständen einer Korrektur, da bei einem Überangebot an nutzbarem Reduktionsmittel aufgrund beispielsweise der endlichen Reaktionsgeschwindigkeit die Reduktion des NOx in eine Sättigung läuft. Mittels einer Kennlinie "KL-St" wird daher ein Korrekturfaktor als Funktion des Reduktiorismittelmassenstroms "mRed,x.y" ermittelt, der, mit dem theoretisch erzielbaren NOx-Reduktionmassenstroms "NOx-Red-Th,x.y" multipliziert, den maximal erreichbaren NOx-Reduktionsmassenstrom "NOx-Red-Max,x.y" ergibt. Dieser maximal erreichbare NOx-Reduktionsmassenstrom muß mit einem weiteren Faktor "Kor-NOx" korrigiert werden, wobei der Faktor "Kor-NOx" immer kleiner oder gleich Eins ist und die tatsächlichen oder modellierten Begebenheiten des Speicherkatalysators widerspiegelt. Er setzt sich aus einer Vielzahl von Komponenten zusammen. Ohne Anspruch auf Vollständigkeit zu stellen, sind in Fig. 10 von oben nach unten die folgenden Komponenten aufgelistet:
  • - aus der Katalysatorscheibentemperatur "TKat,x" der Scheibe x wird über eine Kennlinie "KL-T" eine temperaturabhängige Korrekturkomponente "KO-1" ermittelt;
  • - aus der Beeinträchtigung "TS-N2(t)" der NOx-Einlagerung durch thermische Schädigung zum Zeitpunkt t wird über eine weitere Kennlinie "KL-TS" eine thermoschädigungsabhängige Korrekturkomponente "KO-2" ermittelt;
  • - aus der NOx-Beladung "gmNOX,x.y" der Zelle (x,y) wird über eine Kennlinie "KL-gmNOx" eine NOx-beladungsabhängige Korrekturkomponente "KO-3" ermittelt;
  • - aus der SOx-Beladung "gmSOx,x.y" der Zelle (x,y) wird über eine Kennlinie "KL-gmSOx" eine SOx-beladungsabhängige Korrekturkomponente "KO-4" ermittelt;
  • - aus der Nitratkorngröße "KGNOx,x.y(t)" in der Zelle (x,y) zum Zeitpunkt t wird über eine Kennlinie "KL-KGNOx-Kor" eine von der Nitratkorngröße abhängige Korrekturkomponente "KO-5" ermittelt;
  • - aus der Sulfatkorngröße "KGSOx,x.y" in der Zelle (x,y) zum Zeitpunkt t wird über eine Kennlinie "KL-KGSOx-Kor" eine von der Sulfatkorngröße abhängige Korrekturkomponente "KO-6" ermittelt;
  • - aus den NOx-Beladungen "gmNOx,x.y-1" bis "gmNOx,x.1" der Zellen (x,y-1) bis (x,1) wird über entsprechende Kennlinien "KL-gmNOx,x.y-1" bis "KL-gmNOx,x.1" die NOx-beladungsabhängigen Zuschläge der weiter außen liegenden Zellen ermittelt und zur Korrekturkomponente "KO-7" aufsummiert; und
  • - aus den SOx-Beladungen "gmSOx,x.y-1" bis "gmSOx,x.1" der Zellen (x,y-1) bis (x,1) wird über entsprechende Kennlinien "KL-gmSOx,x.y-1" bis "KL-gmSOx,x.1" die SOx-beladungsabhängigen Zuschläge der weiter außen liegenden Zellen ermittelt und zur Korrekturkomponente "KO-8" aufsummiert.
Die verschiedenen Korrekturkomponenten "KO-1" bis "KO-8" werden aufsummiert und von der Zahl Eins subtrahiert, so daß sich der tatsächliche Reduktionsmittelstöchiometrie-Faktor "Kor-NOx" ergibt, der kleiner oder gleich Eins ist und mit dem maximal erreichbaren NOx-Reduktionsmassenstrom multipliziert wird. Somit ergibt sich der tatsächliche NOx-Reduktionmassenstrom "NOx-Red-Real,x.y".
Aus diesem tatsächlichen NOx-Reduktionsmassenstrom "NOx-Red-Real,x.y" wird in einer weiteren Berechnungseinheit F2 der tatsächliche Verbrauch an Reduktionsmitteln "mRed-Vbr,x.y" in der Zelle (x,y) berechnet, was im wesentlichen durch eine geeignete Multiplikation des NOx-Reduktionsmassenstroms "NOx-Red-Real,x.y" mit einem Faktor durchgeführt wird. Durch Subtraktion des Reduktionsmittelverbrauchs "mRed-Vbr,x.y" der Zelle (x,y) von dem nutzbaren Reduktionsmittelmassenstrom "mRed,x.y" vor der Zelle (x,y) ergibt sich der von der Zelle (x,y) nicht genutzte Reduktionsmittelmassenstrom "mRed-NG,x.y", der den nutzbaren Reduktionsmittelmassenstrom vor der nächsten Zelle (x,y+1) (bzw. bei y = Y vor der nächsten Scheibe x+1) bildet.
Dieser tatsächliche NOx-Reduktionsmassenstrom "NOx-Red-Real,x.y" der betrachteten Zelle (x,y) bildet den gesamten NOx-Austrag aus der Zelle (x,y), und zwar sowohl hinsichtlich des reduzierten Stickstoffs N2 als auch nichtreduzierter Stickoxide NOx. Der gesamte Austrag aus einer Katalysatorscheibe x ergibt sich dann aus der Summation der Austräge aller Zellen einer Katalysatorscheibe. Analog ergibt sich der Gesamtaustrag des Katalysators als die Summe über alle Katalysatorscheiben.
Aus diesem Austrag "NOx-Red-Real,x.y" wird mittels einer Kennlinie "KL-KGNOx" die Verringerung der Nitratkorngröße "D-KGNOx" in der betrachteten Zelle (x,y) bestimmt. Diese aus der Kennlinie bestimmte Abnahme "D-KGNOx" wird von der Nitratkorngröße "KGNOx,x.y(t)" zum Zeitpunkt t subtrahiert und ergibt die aktuelle Nitratkorngröße "KGNOx,x.y(t+1)" der betrachteten Zelle zum Zeitpunkt t+1.
Da der gesamte Massenstrom an NOx-Austrag "NOx-Red-Real,x.y" der Zelle (x,y) aus zwei Anteilen besteht, nämlich dem in N2 reduzierten NOx-Anteil und einem unkonvertierten NOx-Massenstrom, muß zur Bestimmung dieses unkonvertierten NOx- Massenstroms dessen prozentuale Anteil am Gesamtstrom bestimmt werden.
Dazu wird aus der in Fig. 3 bestimmten Eingangsgröße Beeinträchtigung der NOx- Einlagerung durch thermische Schädigung des Katalysators zum Zeitpunkt t "TS-N2(t)" mittels einer Kennlinie "KL-NOx-TS" die Korrekturkomponente thermoschädigungsabhängiger Nitratzerfall ohne NOx-Reduktion "KO-9" bestimmt. Ferner wird aus der Größe "Lambda" und dem gespeicherten Restsauerstoff in der Scheibe x zum Zeitpunkt t "gmO2,x(t)" mittels einer weiteren Kennlinie "KL-NOx-Dsp" die Korrekturkomponente NOx-Desorption "KO-10" bei der NOx-Regeneration durch Nitratzerfall bei magerem Abgas bestimmt. Schließlich wird aus "Lambda" mittels einer Kennlinie "KI-PI" der Nitratzerfall bei Belegung der Edelmetallkomponenten "KO-11" bestimmt. Die aus den genannten drei Kennlinien "Ki-NOx-Ts", "KI-NOx-Dsp" und "KI-PI" ermittelten Korrekturfaktoren "KO-9", "KO-10" und "KO-11" werden summiert und ergeben (nach geeigneter Normierung) den Faktor an unkonvertierten NOx "Kor-NOx- UK" am gesamten NOx-Austrag, der, mit dem gesamten Massenaustrag multipliziert, den unkonvertierten Massenstrom an NOx-Austrag aus der betrachteten Zelle (x,y) "NOx-UK,x.y" ergibt.
Fig. 11 zeigt beispielhaft die Berechnung der SOx-Entladung einer Katalysatorzelle (x,y). Dabei wird im oberen Teil der Fig. 11 der maximal umsetzbare Schwefelmassenstrom "SOx-Max" berechnet, die für alle Zellen als gleich angenommen wird. Diese Annahme kann getroffen werden, da zur Entschwefelung ein stark überstöchiometrisches Reduktionsmittelangebot erforderlich ist und überdies eine Reduzierung auf Elementarschwefel nicht möglich ist, wodurch die Berechnung vereinfacht durchgeführt werden kann. Aus der Katalysatorscheibentemperatur "TKat,x" wird mittels einer Kennlinie "KL-SOx-Roh" die umgesetzte Roh-Schwefelmasse "SOx-Roh" ermittelt, die für alle Zellen gleich ist. Aus "Lambda" und dem Abgasmassenstrom "Abg" wird mittels einem Kennfeld "KF-USOx" eine Korrektur "Kor- SOx-Roh" der umgesetzten Schwefelmasse "SOx-Roh" ermittelt, die zu "SOx-Roh" addiert wird, so daß sich die maximal umsetzbare Schwefelmasse "SOx-Max" ergibt.
Die maximal umsetzbare Schwefelmasse "SOx-Max", die für alle Zellen gleich ist, wird durch eine Subtraktion um einen Betrag "Kor-SOx" korrigiert, wobei sich der Korrekturbetrag "Kor-SOx" aus einer Vielzahl von Summanden zusammensetzt, die im mittleren Teil der Fig. 11 dargestellt sind. Dabei wird für die aufgeführten Komponenten kein Anspruch auf Vollständigkeit erhoben. Die Summanden sind von oben nach unten:
  • - aus der gespeicherten Schwefelmasse "gmSOx,x.y" in der Zelle (x,y) wird über eine Kennlinie "KL-gmSOx,x.y" ein schwefelbeladungsabhängiger Korrektursummand SUM-x.y bestimmt.
  • - aus den gespeicherten Schwefelmassen "gmSOx,x.y-1" bis "gmSOx,x.1" der außen liegenden Zellen (x,y-1) bis (x,1) wird über entsprechende Kennlinien "KL-gmSOx,x.y-1" bis KL-gmSOx,x.1" Korrektursummanden "Sum-x.y-1" bis "Sum-x.1" bestimmt,
  • - aus der Sulfatkorngröße "KGSOx,x.y" in der Zelle (x,y) wird über eine Kennlinie "KL-KGSOx" ein sulfatkorngrößenabhängiger Korrektursummand "Sum-KG" bestimmt; und
  • - aus der Beeinträchtigung TS-N2(t)" der NOx-Einlagerung durch thermische Schädigung zum Zeitpunkt t wird über eine Kennlinie "KL-TS" ein thermoschädigungsabhängiger Korrektursummand "Sum-TS" bestimmt.
Die Summe "Kor-SOx" der genannten Korrektursummanden "Sum-x.y", "Sum-x.y-1" bis "Sum-x.1", "Sum-KG" und "Sum-TS" wird von der maximal umsetzbaren Schwefelmasse "SOx-Max" subtrahiert und es ergibt sich die real aus der Zelle (x,y) ausgetragene Schwefelmasse "SOx-Real,x.y".
Die real aus der Zelle (x,y) ausgetragene Schwefelmasse "SOx-Real,x.y" wird ferner zur Bestimmung der Sulfatkorngröße in der Zelle (x,y) benutzt, in dem über eine Kennlinie "KL-SOx-Real" aus "SOx-Real,x.y" die Verringerung "D-KGSOx" der Sulfatkorngröße bestimmt wird. Diese Verringerung "D-KGSOx" wird von der zum Zeitpunkt t bestehenden Sulfatkorngröße "KGSOx,x, y(t)" subtrahiert, und es ergibt sich die Sulfatkorngröße der Zelle (x,y) zum Zeitpunkt t+1, nämlich KGSOx,x.y(t+1).
Ferner zeigt Fig. 11 im unteren Teil noch die Berechnung weiterer Eingangsgrößen, die für die Berechnung der SOx-Entladung einer Katalysatorzelle benötigt werden. So werden über Kennfelder "KF-x.2/1" bis "KF-x.Y/Y-1" aus "Lambda" und der Temperatur "TKat,x2 der Katalysatorscheibe x die jeweiligen Wanderungen der Sulfatpartikel "SOx,x.2/1" bis "SOx,x,Y/Y-1" im Zeitschritt t bestimmt.
BEZUGSZEICHENLISTE
mNOx,Roh aus dem Motor emittierte Roh-Masse an NOx
mNOx,1.1 Roh-Masse an NOx vor der ersten Zelle (1,1) der ersten Scheibe
mNOx,1.2 Roh-Masse an NOx vor der zweiten Zelle (1,2)der ersten Scheibe
mNOx,1.Y Roh-Masse an NOx vor der letzten Zelle (1,Y) der ersten Scheibe
mNOx,2.1 Roh-Masse an NOx vor der ersten Zelle (2,1) der zweiten Scheibe
mNOx,2.2 Roh-Masse an NOx vor der zweiten Zelle (2,1) der zweiten Scheibe
mNOx,2.Y Roh-Masse an NOx vor der letzten Zelle (2,Y) der zweiten Scheibe
mNOx,X.1 Roh-Masse an NOx vor der ersten Zelle (2,1) der letzten Scheibe
mNOx,X.2 Roh-Masse an NOx vor der zweiten Zelle (2,1) der letzten Scheibe
mNOx,X.Y Roh-Masse an NOx vor der letzten Zelle (2,1) der letzten Scheibe
etaNOx,Roh,1 Roh-Einspeicherungswirkungsgrad der ersten Scheibe
etaNOx,Roh,1.1 Roh-Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (1,1) der ersten Scheibe
etaNOx,1.1 Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (1,1) der ersten Scheibe
etaNOx,Roh,1.2 Roh-Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (1,2) der ersten Scheibe
etaNOx,1.2 Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (1,2) der ersten Scheibe
etaNOx,Roh,1.Y Roh-Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (1,Y) der ersten Scheibe
etaNOx,1.Y Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (1,Y) der ersten Scheibe
etaNOx,Roh,2 Roh-Einspeicherungswirkungsgrad der zweiten Scheibe
etaNOx,Roh,2.1 Roh-Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (2,1) der Scheibe zwei
etaNOx,2.1 Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (2,1) der Scheibe zwei
etaNOx,Roh,2.2 Roh-Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (2,2) der Scheibe zwei
etaNOx,2.2 Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (2,2) der Scheibe zwei
etaNOx,Roh,2.Y Roh-Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (2,Y) der Scheibe zwei
etaNOx,2.Y Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (2,Y) der Scheibe zwei
etaNOx,Roh,X Roh-Einspeicherungswirkungsgrad der Scheibe X
etaNOx,Roh,X.1 Roh-Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (X,1) der Scheibe X
etaNOx,X.1 Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (X,1) der Scheibe X
etaNOx,Roh,X.2 Roh-Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (X,2) der Scheibe X
etaNOx,X.2 Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (X,2) der Scheibe X
etaNOx,Roh,X.Y Roh-Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (X,y) der Scheibe X
etaNOx,X.Y Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (X,y) der Scheibe X
mNOx,nK Restmasse an NOx nach dem Katalysator
TKat,x Temperatur Katalysatorscheibe x
TKat,1 Temperatur Katalysatorscheibe 1
TKat,2 Temperatur Katalysatorscheibe 2
TKat,X Temperatur Katalysatorscheibe X
Abg Abgasmassenstrom
Lambda Lambda (Mischungsverhältnis Kraftstoff-Luft)
Korr,N2 Korrektur bezüglich Hemmung N2
Korr,N3 Korrektur bezüglich Hemmung N3
Korr,N4 Korrektur bezüglich Hemmung N4
KF-N1 Kennfeld Hemmung N1
KF-N2.1 Kennfeld Hemmung N2.1
KF-N2.2 Kennfeld Hemmung N2.2
KF-N2.3 Kennfeld Hemmung N2.3
TS-N2.1 Thermische Schädigung nach Hemmung N2.1
TS-N2.2 Thermische Schädigung nach Hemmung N2.2
TS-N2.2 Thermische Schädigung nach Hemmung N2.3
TS-N2(t-1) Thermische Schädigung nach N2 zum Zeitpunkt (t-1)
TS-N2(t) Thermische Schädigung nach N2 zum Zeitpunkt t
eta-N2,x Einspeicherungswirkungsgrad Scheibe x korrigiert um N2
gmSOx,x.y Gespeicherte Schwefelmasse in Zelle (x,y)
gmSOx,x.y-1 Gespeicherte Schwefelmasse in Zelle (x,y-1)
gmSOx,x.1 Gespeicherte Schwefelmasse in Zelle (x,1)
KL-N3.1,x.y Kennlinie Hemmung N3.1 Zelle (x,y)
KL-N3.1,x.y-1 Kennlinie Hemmung N3.1 Zelle (x,y-1)
KL-N3.1,x.1 Kennlinie Hemmung N3.1 Zelle (x,1)
KL-N3.2 Kennlinie Hemmung N3.2
EH-N3.1,x.y Einlagerungshemmung der Zelle (x,y) nach N3.1
EH-N3.1,x.y-1 Einlagerungshemmung der Zelle (x, y-1) nach N3.1
EH-N3.1,x.1 Einlagerungshemmung der Zelle (x,1) nach N3.1
EH-N3.2,x.y Einlagerungshemmung der Zelle (x,y) nach N3.2
eta-N3,x.y Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (x,y) korrigiert um N3
gmNOx,x.y gespeicherte NOx-Masse in Zelle (x,y)
gmNOx,x.y-1 gespeicherte NOx-Masse in Zelle (x,y-1)
gmNOx,x.1 gespeicherte NOx-Masse in Zelle (x,1)
mNOx,x.y NOx-Massenstrom vor Zelle (x,y)
KL-N4.1,x.y Kennlinie Hemmung N4.1 Zelle (x,y)
KL-N4.2,x.y-1 Kennlinie Hemmung N4.2 Zelle (x,y-1)
KL-N4.2,x.1 Kennlinie Hemmung N4.2 Zelle (x,1)
KF-N4.3 Kennfeld Hemmung N4.3
EH-N4.1 Einlagerungshemmung der Zelle (x,y) nach N4.1
EH-N4.2,x.y-1 Einlagerungshemmung der Zelle (x,y-1) nach N4.2
EH-N4.2,x.1 Einlagerungshemmung der Zelle (x,1) nach N4.2
EH-N4.2, Gesamt-Einlagerungshemmung der äußeren Zellen nach N4.2
EH-N4.3 Einlagerungshemmung der Zelle (x,y) nach N4.3
etaNOx,x.y Realer NOx-Einspeicherungswirkungsgrad der Zelle (x,y)
KF-S1 Kennfeld Hemmung S1
KF-S2 Kennfeld Hemmung S2
etaSOx,Roh,x Roh-Einspeicherungswirkungsgrad SOx der Scheibe x
TS-S2,x Thermische Schädigung der Scheibe x nach S2
TS-S2(t-1) Thermische Schädigung nach S2 zum Zeitpunkt (t-1)
TS-S2(t) Thermische Schädigung nach S2 zum Zeitpunkt t
eta-S2,x Einspeicherungswirkungsgrad SOx der Scheibe x korrigiert um S2
KL-S3.1 Kennlinie Hemmung S3.1 Zelle (x,y)
KL-S3.2,x.y-1 Kennlinie Hemmung S3.2 Zelle (x,y-1)
KL-S3.2,x.1 Kennlinie Hemmung S3.2 Zelle (x,1)
KL-S4.1 Kennlinie Hemmung S4.1 Zelle (x,y)
KL-S4.2,x.y-1 Kennlinie Hemmung S4.2 Zelle (x,y-1)
KL-S4.2, x.1 Kennlinie Hemmung S4.2 Zelle (x,1)
EH-S3.1 Einlagerungshemmung der Zelle (x,y) nach S3.1
EH-S3.2,x.y-1 Einlagerungshemmung der Zelle (x,y-1) nach S3.2
EH-S3.2,x.1 Einlagerungshemmung der Zelle (x,1) nach S3.2
EH-S3.2 Gesamt-Einlagerungshemmung der äußeren Zellen nach S3.2
eta-S3,x.y Einspeicherungswirkungsgrad SOx der Zelle (x,y) korrigiert um S3
EH-S4.1 Einlagerungshemmung der Zelle (x,y) nach S4.1
EH-S4.2,x.y-1 Einlagerungshemmung der Zelle (x,y-1) nach S4.2
EH-S4.2,x.1 Einlagerungshemmung der Zelle (x,1) nach S4.2
EH-S4.2 Gesamt-Einlagerungshemmung der äußeren Zellen nach S4.2
etaSOx,x.y Realer Einspeicherungswirkungsgrad SOx der Zelle (x,y)
gmNOx(t-1,t) Neu in Zelle (x,y) gespeicherte NOx-Masse im Zeitintervall {t-1 bis t}
gmNOx(t) Gesamte in Zelle (x,y) eingelagerte NOx-Masse zum Zeitpunkt t
KGNOx(t-1) Nitratkorngröße zum Zeitpunkt t-1
KGNOx(t) Nitratkorngröße zum Zeitpunkt t
KF-KGNOx Kennfeld Korngröße NOx
DKGNOx(t-1,t) Korngrößenzuwachs NOx in Zelle (x,y) im Intervall {t-1 bis t}
gmSOx(t-1,t) Neu in Zelle (x,y) gespeicherte SOx-Masse im Intervall {t-1 bis t}
gmSOx(t) Gesamte in Zelle (x,y) eingelagerte SOx-Masse zum Zeitpunkt t
GSOx(t-1) Sulfatkorngröße zum Zeitpunkt t-1
KGSOx(t) Sulfatkorngröße zum Zeitpunkt t
KF-KGSOx Kennfeld Korngröße SOx
DKGSOx(t-1,t) Korngrößenzuwachs SOx in Zelle (x,y) im Zeitintervall {t-1 bis t}
KF-Red Kennfeld Reduktionsmittel
KF-Vert Kennfeld Verteilung der Reduktionsmittel auf die Scheiben 1 bis X
mRed Gesamter Reduktionsmittelmassenstrom
Vert,1X Verteilung der Reduktionsmittel auf die Scheiben 1 bis X
mRed,Roh,x Roh-Reduktionsmittelmassenstrom vor der Scheibe x
gmO2,x(t-1) Gespeicherter Restsauerstoff der Scheibe x zum Zeitpunkt (t-1)
maxO2,x Maximale O2-Speichermenge in der Scheibe x
F Berechnungsverfahren
mRed,x Nutzbarer Reduktionsmittelmassenstrom vor der Scheibe x
S1 Schalter
S2 Schalter
S3 Schalter
V1 Vergleicher
V2 Vergleicher
mRed,x.y Nutzbarer Reduktionsmittelmassenstrom vor der Zelle (x,y)
KF-Vert,x.1Y Kennfeld zur Verteilung des Reduktionsmittelverbrauchs auf die Zellen (x,1) bis (x,Y)
Vert,x.1Y Verteilung des Reduktionsmittelverbrauchs auf die Zellen (x,1) bis (x,Y)
NOx-Red-Th,x.y Theoretisch erzielbarer NOx-Reduktionsmassenstrom
NOx-Red-Max,x.y Maximal erzielbarer NOx-Reduktionsmassenstrom
NOx-Red-Real,x.y Tatsächlicher NOx-Reduktionsmassenstrom
mRed-Vbr,x.y Reduktionsmittelverbrauch in der Zelle (x,y)
Red-NG,x.y Nicht genutzter Reduktionsmittelmassenstrom der Zelle (x,y)
KL-St Kennlinie Sättigung NOx-Reduktion
Kor-NOx Korrekturfaktor tatsächliche Reduktionsmittelstöchiometrie
KL-T Kennlinie Temperatur
KL-TS Kennlinie thermische Schädigung
KL-gmNOx Kennlinie gespeicherte NOx-Masse
KL-gmSOx Kennlinie gespeicherte SOx-Masse
KL-KGNOx-Kor Kennlinie Korrektur NOx-Korngröße
KL-KGSOx-Kor Kennlinie Korrektur SOx-Korngröße
KL-gmNOx,x.y-1 Kennlinie gespeicherte NOx-Masse
KL-gmNOx,x.1 Kennlinie gespeicherte NOx-Masse
KL-gmSOx,x.y-1 Kennlinie gespeicherte SOx-Masse
KL-gmSOx,x.1 Kennlinie gespeicherte SOx-Masse
KO-1 Korrekturfaktor 1 zum Stöchiometriefaktor NOx-Regeneration
KO-2 Korrekturfaktor 2 zum Stöchiometriefaktor NOx-Regeneration
KO-3 Korrekturfaktor 3 zum Stöchiometriefaktor NOx-Regeneration
KO-4 Korrekturfaktor 4 zum Stöchiometriefaktor NOx-Regeneration
KO-5 Korrekturfaktor 5 zum Stöchiometriefaktor NOx-Regeneration
KO-6 Korrekturfaktor 6 zum Stöchiometriefaktor NOx-Regeneration
KO-7 Korrekturfaktor 7 zum Stöchiometriefaktor NOx-Regeneration
KO-8 Korrekturfaktor 8 zum Stöchiometriefaktor NOx-Regeneration
KL-NOx-TS Kennlinie thermoschädigungsabhängiger Nitratzerfall ohne NOx- Reduktion
KL-NOx-Dsp Kennlinie NOx-Desorption bei der NOx-Regeneration durch Nitratzerfall bei lokal magerem Abgas
KL-PI Kennlinie Nitratzerfall bei Belegung der Edelmetallkomponenten
KO-9 Korrekturfaktor 9
KO-10 Korrekturfaktor 10
KO-11 Korrekturfaktor 11
Kor-NOx-UK Korrekturfaktor unkonvertiertes NOx am gesamten NOx-Austrag
NOx-UK,x.y Unkonvertierter Massenstrom NOx-Austrag aus der Zelle (x,y)
KL-KGNOx-Real Kennlinie NOx-Korngröße
KGNOx,x.y(t) NOx-Korngröße in der Zelle (x,y) zum Zeitpunkt t
KGNOx,x.y(t+1) NOx-Korngröße in der Zelle (x,y) zum Zeitpunkt t+1
KL-SOx-Roh Kennlinie Roh-Schwefelmassenstrom
KF-USOx Kennfeld Korrektur Schwefelmassenstrom
KL-KGSOx Kennlinie Sulfatkorngröße
KL-TSSOx Kennlinie thermische Schädigung
KL-KGSOX-Real Kennlinie zur Bestimmung der SOx-Korngrößenänderung
KF-x.2/1 Kennfeld Sulfatpartikelwanderung von (x,2) nach (x,1)
KF-x.3/2 Kennfeld Sulfatpartikelwanderung von (x,3) nach (x,2)
KF-x.y/y-1 Kennfeld Sulfatpartikelwanderung von (x,y) nach (x,y-1)
Kor-SOx Korrekturbetrag Schwefelmassenstrom gesamt
Sum-x.y Summand Schwefelbeladung
Sum-x,y-1 Summand Schwefelbeladung
Sum-x.1 Summand Schwefelbeladung
Sum-KG Summand Korngröße
Sum-TS Summand thermische Schädigung
SOx-Roh Umgesetzter Roh-Schwefelmassenstrom
Kor-SOx-UM Korrektur des umgesetzten Schwefelmassenstroms
SOX-Max Maximal umsetzbarer Schwefelmassenstrom
SOx-Real,x.y Real ausgetragener Schwefelmassenstrom in der Zelle (x,y)
KGSOx,x.y(t) Korngröße SOx in der Zelle (x,y) zum Zeitpunkt t
KGSOx,x.y(t+1) Korngröße SOx in der Zelle (x,y) zum Zeitpunkt t+1
SOx,x.2/1 Sulfatpartikelwanderung von Zelle (x,2) zu Zelle (x,1) zur Zeit t
SOx,x.3/2 Sulfatpartikelwanderung von Zelle (x,3) zu Zelle (x,2) zur Zeit t
SOx,x.y/y-1 Sulfatpartikelwanderung von Zelle (x,y) zu Zelle (x,y-1) zur Zeit t

Claims (34)

1. Verfahren zur Bestimmung der örtlichen Verteilung der Nitrate und Sulfate eines NOx-Speicherkatalysators eines durch eine Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs, wobei
für jede Zelle (x,y) einer X . Y-Matrix des NOx-Speicherkatalysators in einer Berechnungsschleife die Be- und Entladung mit NOx und SOx als Funktion
  • a) der NOx- und SOx-Emission vor dem Katalysator,
  • b) der Temperatur der Katalysatorscheiben x oder der Abgastemperatur vor dem Katalysator,
  • c) des Abgasmassenstroms, und
  • d) von Lambda vor dem Katalysator
berechnet wird, wobei X die Anzahl der Katalysatorscheiben in Durchströmrichtung x und Y die Zahl der übereinanderliegenden Washcoathüllen in Washcoatrichtung y des Katalysators bedeutet, und
die Berechnung der Be- und Entladung nacheinander für jede Katalysatorscheibe x, 1 ≦ x ≦ X, in Strömungsrichtung x und innerhalb jeder Katalysatorscheibe nacheinander von der äußersten (x,1) zur innersten Washcoatzelle (x,Y) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die berechnete NOx- und SOx-Emissionen der x-ten Katalysatorscheibe als Eingangsgröße der (x+1)-ten Katalysatorscheibe verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der NOx-Einlagerung ausgehend von einer Einlagerung von 100% für jede Zelle die Einlagerung durch vier Gruppen von Faktoren korrigiert wird, nämlich:
N1: Ermitteln der Reaktionsdynamik des NOx-Speicherkatalysators in X-Richtung als Funktion der Temperatur und der Raumgeschwindigkeit,
N2: Abnahme der NOx-Speicherwirkung durch thermische Alterung,
N3: Hemmung der NOx-Einlagerung durch Schwefeleinlagerung, und
N4: Verminderung des NOx-Einlagerungswirkungsgrads durch Sättigung der Speicherzellen mit Nitraten.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe N2 die folgenden Untergruppen umfaßt:
N2.1: Schädigung der Speicherkomponente,
N2.2: Schädigung der Edelmetallkomponente, und
N2.3: Entmischung der Speicher- und der Edelmetallkomponente,
umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe N3 die folgenden Untergruppen umfaßt:
N3.1: Belegung der Speicherkomponente von außen nach innen mit Sulfaten bei zunehmender Dauer der Schwefelvergiftung, und
N3.2: Belegung der Edelmetallkomponente mit Schwefelkomponenten bei zunehmender Dauer der Schwefelvergiftung.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe N3 die folgenden Untergruppen umfaßt:
N4.1: Abnahme der NOx-Speicherfähigkeit der betrachteten Zelle mit zunehmender NOx-Sättigung,
N4.2: Abnahme des NOx-Speicherwirkungsgrades der betrachteten Zelle durch zunehmende Sättigung der weiter außen liegenden Zellen,
N4.3: Annäherung der betrachteten Zelle an ihre maximale Einlagerungsgeschwindigkeit bei hohem NOx-Angebot in Abhängigkeit von deren Beladungszustand.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der SOx-Einlagerung ausgehend von einer Einlagerung von 100% für jede Zelle die Einlagerung durch vier Gruppen von Faktoren korrigiert wird, nämlich
S1: Ermitteln der Reaktionsdynamik des NOx-Speicherkatalysators in X- Richtung als Funktion der Temperatur und der Raumgeschwindigkeit,
S2: Abnahme der SOx-Speicherwirkung durch thermische Alterung,
S3: Verminderung der SOx-Einlagerung durch Sättigung der Speicherzelle mit Nitraten, und
S4: Verminderung des SOx-Einlagerungswirkungsgrads durch Sättigung der Speicherzellen mit Sulfaten.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe S3 die folgenden Untergruppen umfaßt:
S3.1: Abnahme der SOx-Speicherfähigkeit der betrachteten Zelle mit zunehmender NOx-Sättigung, und
S3.2: Verringerung des SOx-Speicherwirkungsgrades der betrachteten Zelle (x,y) mit zunehmender NOx-Sättigung der weiter außen liegenden Zellen (x,1) bis (x,y-1).
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe S4 die folgenden Untergruppen umfaßt:
S4.1: Abnahme der SOx-Speicherfähigkeit der betrachteten Zelle mit zunehmender SOx-Sättigung, und
S4.2: Verringerung des SOx-Speicherwirkungsgrades der betrachteten Zelle (x,y) mit zunehmender SOx-Sättigung der weiter außen liegenden Zellen (x,1) bis (x,y-1).
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berechnung der NOx-Entladung des Katalysators während der Berechnung der NOx-Einlagerung die Nitratkorngröße einer Zelle mittels
NR1: Zunahme der Nitratkorngröße mit zunehmender Dauer der NOx-Einlagerung berechnet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berechnung der SOx-Entladung des Katalysators während der Berechnung der SOx-Einlagerung die Sulfatkorngröße einer Zelle mittels
SR1: Zunahme der Sulfatkorngröße mit zunehmender Dauer der SOx-Einlagerung berechnet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berechnung der NOx-Entladung eine Verteilung des zur Verfügung stehendes Reduktionsmittels im Abgas auf die einzelnen Zellen des Katalysators ermittelt wird, und aus dem einer Zelle zur Verfügung stehenden Reduktionsmittelmassenstrom die NOx-Entladung der Zelle berechnet wird, wobei die von einer Katalysatorscheibe x abströmenden ungenutzten Reduktionsmittel den die nächste Katalysatorscheibe x+1 anströmenden Reduktionsmittelmassenstrom bilden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verfügung stehende Reduktionsmittelmasse aus dem vor dem Speicherkatalysator bestimmten Lambda und dem Abgasmassenstrom vor dem Katalysator bestimmt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der stöchiometrische Verbrauch an Reduktionsmitteln als Funktion der verwendeten Speichermaterialien bestimmt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrektur des Verbrauchs an Reduktionsmitteln als Funktion der Temperatur, des thermischen Schädigungszustands der betrachteten Katalysatorscheibe x, der NOx-Beladung der aktuellen Zelle (x,y), der SOx-Beladung der aktuellen Zelle (x,y), der Nitratkorngröße in der aktuellen Zelle (x,y) und/oder der Sulfatkorngröße in der aktuellen Zelle (x,y) durchgeführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrektur des Verbrauchs an Reduktionsmitteln als Funktion der gespeicherten NOx- und/oder SOx-Masse in weiter außen liegenden Zellen (x,y-1) bis (x,1) innerhalb der aktuell berechneten Katalysatorscheibe x durchgeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrektur des Verbrauchs an Reduktionsmitteln als Funktion der Begrenzung der Entladegeschwindigkeit bei sehr hohem Reduktionsmittelangebot, des Nitratzerfalls ohne NOx-Reduktion bei starker thermischer Schädigung, bei lokal fettem Abgas und hohen Restsauerstoffgehalten in der aktuellen Zelle (x,y) und/oder sehr niedriger Lambda-Werte durchgeführt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Nitratkorngröße mit zunehmender NOx-Entladung der aktuell berechneten Zelle (x,y) herabgesetzt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die von einer Zelle (x,y) abströmenden, ungenutzten Reduktionsmittel sowie die herausgelösten, aber nicht umgesetzten NOx-Bestandteile dem vorab berechneten Abgasstrom hinzuaddiert werden, der die Zelle (x,y+1) anströmt.
20. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berechnung der SOx-Entladung als Funktion der Temperatur der Katalysatorscheiben x für alle Zellen (x,y) bei Unterschreiten eines vorgegebenen Lambda und Überschreiten eines vorgegebenen Abgasmassenstroms eine für alle Zellen gleiche SOx- Entladegeschwindigkeit definiert wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die SOx- Entladegeschwindigkeit für die aktuell berechnete Zelle hinsichtlich der Schwefelbeladung der aktuellen Zelle (x,y), der Schwefelbeladung der weiter außen liegenden Zellen (x,y-1) bis (x,1) und/oder der Sulfatkorngröße der aktuellen Zelle (x,y) korrigiert wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrektur bezüglich des thermischen Schädigungszustands der Katalysatorscheibe x der aktuellen Zelle (x,y) erfolgt.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfatkorngröße mit zunehmender Entladung der aktuell berechneten Zelle herabgesetzt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der SOx-Entladung als Funktion der Mobilität der Sulfatpartikel erfolgt.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß kein Verbrauch an Reduktionsmitteln angenommen wird.
26. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Berechnungsschleife innerhalb eines Taktes der Frequenz des Motorsteuergeräts erfolgt.
27. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für X und Y Werte zwischen 2 und 30 verwendet werden.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß Werte zwischen 3 und 15 verwendet werden.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß Werte zwischen 5 und 8 verwendet werden.
30. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß X und Y unterschiedliche Werte aufweisen.
31. Verfahren zur Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn und das Ende der Regeneration eines NOx- Speicherkatalysators nach dem Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche bestimmt wird.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung im Motorsteuergerät durchgeführt wird.
33. Verfahren zur Diagnose des Zustands eines NOx-Speicherkatalysators, dadurch gekennzeichnet, daß die NOx-Einlagerungsfähigkeit und NOx- Regenerationsfähigkeit nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26 berechnet wird, und die berechneten Daten mit den Sollwerten des NOx- Speicherkatalysators und/oder gemessenen Abgasdaten verglichen werden, um aus den Vergleichdaten eine Aussage über den Katalysatorzustand abzuleiten.
34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß der NOx- Speicherkatalysator ausgetauscht oder eine Beaufschlagung mit magerem Abgas teilweise oder vollständig unterdrückt wird, wenn die berechneten Daten von den Sollwerten um mindestens eine vorbestimmte Größe abweichen.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2848601A1 (fr) * 2002-05-16 2004-06-18 Volkswagen Ag Procede et dispositif destines a la surveillance et a la regulation d'un catalyseur d'un vehicule automobile
FR2849896A1 (fr) 2002-12-31 2004-07-16 Volkswagen Ag Procede et dispositif d'exploitation d'un moteur a combustion interne
WO2004097193A3 (de) * 2003-04-29 2005-02-17 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine insbesondere eines kraftfahrzeugs
DE102005060154A1 (de) * 2005-12-16 2007-06-28 Audi Ag Verfahren und Vorrichtung zur Lambdaregelung einer Brennkraftmaschine
WO2008043930A1 (fr) * 2006-10-12 2008-04-17 Renault S.A.S Dispositif et procede d'estimation de l'efficacite instantanee de stockage d'oxydes d'azote d'un systeme de piegeage catalytique d'oxydes d'azote
EP1967710A1 (de) 2007-03-08 2008-09-10 HONDA MOTOR CO., Ltd. Schwefelreinigungssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor
CN103321729A (zh) * 2012-03-19 2013-09-25 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于确定后处理装置的硫蓄积量的系统
WO2014007749A1 (en) * 2012-07-06 2014-01-09 Scania Cv Ab Method for estimating quantity of sulphur accumulated in exhaust after treatment system
DE102022209100A1 (de) 2022-09-01 2024-03-07 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Antriebseinrichtung

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4211092A1 (de) * 1992-04-03 1993-10-07 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zum Beurteilen der Funktionsfähigkeit eines Katalysators
JP3248359B2 (ja) * 1994-07-30 2002-01-21 スズキ株式会社 内燃機関の触媒劣化検出装置
DE19823921A1 (de) * 1998-05-28 1999-12-02 Siemens Ag Verfahren zur Überprüfung des Wirkungsgrades eines NOx-Speicherkatalysators
DE19847874A1 (de) * 1998-10-16 2000-04-20 Volkswagen Ag Verfahren zur Stickoxidreduzierung im Abgas einer mager betriebenen Brennkraftmaschine
DE19851843B4 (de) * 1998-11-10 2005-06-09 Siemens Ag Verfahren zur Sulfatregeneration eines NOx-Speicherkatalysators für eine Mager-Brennkraftmaschine

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2848601A1 (fr) * 2002-05-16 2004-06-18 Volkswagen Ag Procede et dispositif destines a la surveillance et a la regulation d'un catalyseur d'un vehicule automobile
FR2849896A1 (fr) 2002-12-31 2004-07-16 Volkswagen Ag Procede et dispositif d'exploitation d'un moteur a combustion interne
WO2004097193A3 (de) * 2003-04-29 2005-02-17 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine insbesondere eines kraftfahrzeugs
DE102005060154B4 (de) * 2005-12-16 2010-03-11 Audi Ag Verfahren und Vorrichtung zur Lambdaregelung einer Brennkraftmaschine
DE102005060154A1 (de) * 2005-12-16 2007-06-28 Audi Ag Verfahren und Vorrichtung zur Lambdaregelung einer Brennkraftmaschine
WO2008043930A1 (fr) * 2006-10-12 2008-04-17 Renault S.A.S Dispositif et procede d'estimation de l'efficacite instantanee de stockage d'oxydes d'azote d'un systeme de piegeage catalytique d'oxydes d'azote
FR2907163A1 (fr) * 2006-10-12 2008-04-18 Renault Sas Dispositif et procede d'estimation de l'efficacite instantanee de stockage d'oxydes d'azote d'un systeme de piegeage catalytique d'oxydes d'azote
EP1967710A1 (de) 2007-03-08 2008-09-10 HONDA MOTOR CO., Ltd. Schwefelreinigungssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor
CN103321729A (zh) * 2012-03-19 2013-09-25 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于确定后处理装置的硫蓄积量的系统
US8893482B2 (en) 2012-03-19 2014-11-25 GM Global Technology Operations LLC System for determining sulfur storage of aftertreatment devices
CN103321729B (zh) * 2012-03-19 2016-05-11 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于确定后处理装置的硫蓄积量的系统
WO2014007749A1 (en) * 2012-07-06 2014-01-09 Scania Cv Ab Method for estimating quantity of sulphur accumulated in exhaust after treatment system
DE102022209100A1 (de) 2022-09-01 2024-03-07 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Antriebseinrichtung

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