DE102017217525A1

DE102017217525A1 - Verfahren zur Überwachung eines Speicherkatalysators einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens

Info

Publication number: DE102017217525A1
Application number: DE102017217525.7A
Authority: DE
Inventors: Frederik De Smet; Mario Balenovic; Christian Nederlof; Jim Bromham; Eren Erdogan
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-10-02
Filing date: 2017-10-02
Publication date: 2019-04-04
Also published as: GB201815596D0; GB2568793B; GB2568793A

Abstract

Verfahren zur Überwachung eines NO_x-Speicherkatalysators (6) einer Brennkraftmaschine (1), welcher in einem Abgasabführsystem (2) zum Abführen der Abgase vorgesehen ist, bei dem
- zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators (6) die Brennkraftmaschine (1) unter definierten Betriebsbedingungen für eine vorgebbare Zeitspanne Δt_λ<1 > Δt_min in einen unterstöchiometrischen Betrieb (λ < 1) überführt wird, wobei Δt_min die Zeitspanne bezeichnet, die benötigt wird, um die im Speicherkatalysator gespeicherten Stickoxide NO_x und den gespeicherten Sauerstoff O₂ freizugeben und Wasserstoff H₂ zu bilden, und
- das Luftverhältnis λ_down,mess stromabwärts des Speicherkatalysators (6) mittels eines Sensors (5) messtechnisch erfasst wird, wobei
- das messtechnisch erfasste Luftverhältnis λ_down,mess mit einem Referenzwert λ_ref, der vorgegeben wird, verglichen wird, wobei λ_ref das Luftverhältnis bezeichnet, welches unter den definierten Betriebsbedingungen stromabwärts eines funktionsuntüchtigen Speicherkatalysators (6) festgestellt wird, und
- von einer ausreichenden Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators (6) ausgegangen wird, falls das messtechnisch erfasste Luftverhältnis λ_down,mess den vorgegebenen Referenzwert λ_ref unterschreitet, und
- von einer Funktionsuntüchtigkeit des Speicherkatalysators (6) ausgegangen wird, falls das messtechnisch erfasste Luftverhältnis λ_down,mess den vorgegebenen Referenzwert λ_ref nicht unterschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines NO_x-Speicherkatalysators einer Brennkraftmaschine, welcher in einem Abgasabführsystem zum Abführen der Abgase vorgesehen ist, bei dem

- zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators die Brennkraftmaschine unter definierten Betriebsbedingungen für eine vorgebbare Zeitspanne Δt_λ<1 > Δt_min in einen unterstöchiometrischen Betrieb (λ_rich < 1) überführt wird,
- das Luftverhältnis λ_down,mess stromabwärts des Speicherkatalysators mittels eines Sensors messtechnisch erfasst wird,
- das messtechnisch erfasste Luftverhältnis λ_down,mess mit einem Referenzwert λ_ref verglichen wird, und
- von einer ausreichenden Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators ausgegangen wird, falls das messtechnisch erfasste Luftverhältnis λ_down,mess den vorgegebenen Referenzwert λ_ref unterschreitet, und
- von einer Funktionsuntüchtigkeit des Speicherkatalysators ausgegangen wird, falls das messtechnisch erfasste Luftverhältnis λ_down,mess den vorgegebenen Referenzwert λ_ref nicht unterschreitet.

Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
Üblicherweise und im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist das Luftverhältnis λ definiert als das Verhältnis der dem mindestens einen Zylinder tatsächlich zugeführten Luftmasse m_Luft zu der stöchiometrischen Luftmasse m_Luft,stöch , welche erforderlich wäre, um die dem mindestens einen Zylinder zugeführte Kraftstoffmasse m_Kraftstoff gerade vollständig zu oxidieren (stöchiometrischer Betrieb der Brennkraftmaschine λ = 1).
Es gilt: $λ = m_{L u f t} / m_{L u f t, s t ö c h}$
bzw. mit den Massenströmen ṁ anstelle der Massen m: $λ = {\dot{m}}_{L u f t} / {\dot{m}}_{L u f t, s t ö c h}$
Mit dem stöchiometrischen Luftbedarf L_stöch , der definiert ist zu: $L_{s t ö c h} = m_{L u f t, s t ö c h} / m_{K r a f t s t o f f}$
bzw. mit den Massenströmen ṁ anstelle der Massen m zu: $L_{s t ö c h} = {\dot{m}}_{L u f t, s t ö c h} / {\dot{m}}_{K r a f t s t o f f}$
Gilt für das Luftverhältnis λ: $λ = {\dot{m}}_{L u f t} / {\dot{m}}_{K r a f t s t o f f} * (1 / L_{s t ö c h})$
Nach dem Stand der Technik werden Brennkraftmaschinen zur Reduzierung der Schadstoffemissionen mit verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen ausgestattet.
Bei Ottomotoren kommen katalytische Reaktoren zum Einsatz, die unter Verwendung katalytischer Materialien, welche die Geschwindigkeit bestimmter Reaktionen erhöhen, eine Oxidation von HC und CO auch bei niedrigen Temperaturen sicherstellen. Sollen zusätzlich Stickoxide reduziert werden, kann dies durch den Einsatz eines Drei-Wege-Katalysators erreicht werden, der dazu aber einen in engen Grenzen ablaufenden stöchiometrischen Betrieb (λ ≈ 1) des Ottomotors erfordert. Dabei werden die Stickoxide NO_x mittels der vorhandenen nicht oxidierten Abgaskomponenten, nämlich den Kohlenmonoxiden CO und den unverbrannten Kohlenwasserstoffen HC, reduziert, wobei gleichzeitig diese Abgaskomponenten oxidiert werden.
Bei Brennkraftmaschinen, die mit einem Luftüberschuss betrieben werden, beispielsweise im Magerbetrieb arbeitende Ottomotoren, aber auch direkteinspritzende Dieselmotoren und auch direkteinspritzende Ottomotoren, können die im Abgas befindlichen Stickoxide prinzipbedingt, d.h. aufgrund der fehlenden Reduktionsmittel nicht reduziert werden.
Infolgedessen müssen Abgasnachbehandlungssysteme zur Reduzierung der Stickoxide vorgesehen werden, beispielsweise Speicherkatalysatoren (LNT - Lean NO_x Trap). Dabei werden die Stickoxide zunächst - während eines mageren Betriebs der Brennkraftmaschine - im Katalysator adsorbiert, d.h. gesammelt und gespeichert, um dann während einer Regenerationsphase beispielsweise mittels eines unterstöchiometrischen Betriebs (λ < 1) der Brennkraftmaschine bei Sauerstoffmangel reduziert zu werden, wobei die im Abgas befindlichen unverbrannten Kohlenwasserstoffe HC und das Kohlenmonoxid CO als Reduktionsmittel dienen. Weitere innermotorische Möglichkeiten zur Anreicherung des Abgases mit Reduktionsmittel, insbesondere mit unverbrannten Kohlenwasserstoffen, bietet die Abgasrückführung und - bei Dieselmotoren - die Drosselung im Ansaugtrakt. Eine Anreicherung des Abgases mit unverbrannten Kohlenwasserstoffen kann auch mittels Nacheinspritzung von Kraftstoff in mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine realisiert werden. Ein Nachteil der letztgenannten Vorgehensweise ist insbesondere die Ölverdünnung. Auf innermotorische Maßnahmen kann verzichtet werden, wenn das Reduktionsmittel direkt in den Abgastrakt eingebracht wird, beispielsweise durch Einspritzen von zusätzlichem Kraftstoff stromaufwärts des LNT.
Während der Regenerationsphase werden die Stickoxide NO_x und im Speicherkatalysator gespeicherter Sauerstoff O₂ freigegeben und im Wesentlichen in Stickstoffdioxid N₂ , Kohlenstoffdioxid CO₂ und Wasser H₂O umgewandelt. Die Temperatur des Speicherkatalysators sollte vorzugsweise in einem Temperaturfenster zwischen 200°C und 450°C liegen, so dass einerseits eine schnelle Reduktion sichergestellt wird und andererseits keine Desorption ohne Konvertierung der wieder freigegebenen Stickoxide NO_x stattfindet, was durch zu hohe Temperaturen ausgelöst werden kann.
Eine Schwierigkeit bei Verwendung eines Speicherkatalysators ergibt sich aus dem im Abgas enthaltenen Schwefel, der ebenfalls adsorbiert wird und im Rahmen einer sogenannten Entschwefelung regelmäßig entfernt werden muss. Hierfür muss der Speicherkatalysator auf hohe Temperaturen, üblicherweise zwischen 600°C und 700°C, erwärmt und mit einem Reduktionsmittel versorgt werden.
Die für eine Entschwefelung erforderlichen hohen Temperaturen können den Speicherkatalysator schädigen, zur thermischen Alterung des Katalysators beitragen und die gewollte Konvertierung der Stickoxide gegen Ende seiner Lebensdauer deutlich mindern. Das Speichervermögen bzw. die Fähigkeit, Stickoxide zu speichern, nimmt mit zunehmender Betriebsdauer ab, was unter anderem auf die Kontamination des Speicherkatalysators mit Schwefel, d.h. auf die Einlagerung von Schwefel, zurückzuführen ist, aber auch auf thermische Alterung infolge der hohen Temperaturen.
Die vom Gesetzgeber vorgegebenen Grenzwerte für Stickoxidemissionen machen eine On-Board-Diagnose (OBD) erforderlich, um die mit zunehmender Betriebsdauer des LNT zu erwartende Einschränkung der Funktionstüchtigkeit, d.h. die Abnahme der Konvertierung, zu überwachen bzw. zu detektieren. Folglich sind Konzepte erforderlich, um die Funktionstüchtigkeit zu überwachen und unerwünscht hohe Schadstoffemissionen infolge eingeschränkter Funktionstüchtigkeit bzw. mangelnder Konvertierung zu vermeiden.
Die europäische Patentanmeldung EP 1 936 140 A1 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung eines Speicherkatalysators unter Verwendung von zwei Lambda-Sonden, wobei ein messtechnisches Fehlverhalten der Lambda-Sonden ausgenutzt wird. Überschreiten die unverbrannten Kohlenwasserstoffe im Abgas nämlich eine bestimmte Konzentration, liefert die Sonde einen höheren Wert für das Luftverhältnis λ_mess als tatsächlich vorliegt, beispielsweise bei einem unterstöchiometrischen Betrieb (λ_rich < 1) der Brennkraftmaschine und einer HC-Konzentration von 10.000ppm im Abgas ein Luftverhältnis von λ_mess = 0,95 als Messgröße, obwohl tatsächlich nur ein Luftverhältnis λ_tat = 0,85 vorliegt.
Zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators wird die HC-Konzentration im Abgas gezielt in der Weise erhöht, dass eine erste stromaufwärts des Speicherkatalysators angeordnete Sonde fehlerhaft arbeitet. Falls der Speicherkatalysator funktionsuntüchtig ist, d.h. das Speichervermögen zumindest eingeschränkt ist, werden weniger oder keine unverbrannten Kohlenwasserstoffe mehr durch Freigabe von Stickoxid NO_x und Sauerstoff O₂ oxidiert und die HC-Konzentration stromabwärts des Speicherkatalysators ist im Wesentlichen genau so groß wie stromaufwärts des Speicherkatalysators, weshalb eine zweite stromabwärts des Speicherkatalysators angeordnete Lambda-Sonde denselben - mit einem gleichgroßen Messfehler behafteten - Wert für das Luftverhältnis liefert. Daher wird von einer Funktionsuntüchtigkeit des Speicherkatalysators ausgegangen, falls die mittels Sonden ermittelten Luftverhältnisse λ_up,mess , λ_down,mess im Wesentlichen gleichgroß sind und gilt λ_up,mess / λ_down,mess ≈ 1.
Falls der Speicherkatalysator hingegen weiterhin funktionstüchtig ist, werden die im Abgas befindlichen unverbrannten Kohlenwasserstoffe zumindest teilweise beim Durchströmen im Speicherkatalysator oxidiert, weshalb die HC-Konzentration im Abgas stromabwärts des Speicherkatalysators geringer sein wird als stromaufwärts des Katalysators. Insofern wird von einer zumindest teilweisen Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators ausgegangen, falls die beiden Luftverhältnisse λ_up,mess , λ_down,mess unterschiedlich groß sind mit λ_up,mess / λ_down,mess > 1. Das mit der zweiten, stromabwärts des Speicherkatalysators angeordneten Sonde ermittelte Luftverhältnis λ_down,mess muss dabei nicht zwingend frei sein von einem Messfehler. Die Abweichung des Luftverhältnisses λ_down,mess vom tatsächlich vorliegenden Luftverhältnis λ_tat ist aber zumindest geringer als stromaufwärts des Speicherkatalysators.
Nachteilig an dem in der EP 1 936 140 A1 beschriebenen Verfahren ist, dass eine deutliche Anfettung (λ << 1) vorgenommen werden muss, nämlich eine Anreicherung des Abgases mit unverbrannten Kohlenwasserstoffen in einer Größenordnung, die zu einem messtechnischen Fehlverhalten der ersten Lambda-Sonde führt. Dabei wird deutlich mehr Kraftstoff eingespritzt als mit der bereitgestellten Luftmenge überhaupt verbrannt werden kann. Dies ist unter energetischen Aspekten, insbesondere hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine, aber grundsätzlich auch hinsichtlich der Schadstoffemissionen als nachteilig anzusehen.
Auch die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2012 218 728 A1 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung eines Speicherkatalysators unter Verwendung von zwei Lambda-Sonden, bei dem die Brennkraftmaschine zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators für eine vorgebbare Zeitspanne in einen unterstöchiometrischen Betrieb (λ_rich < 1) überführt wird. Im Gegensatz zu dem in der EP 1 936 140 A1 beschriebenen Verfahren wird aber keine deutliche Anfettung, sondern nur eine moderate Anfettung vorgenommen, die zu keinem messtechnischen Fehlverhalten der Lambda-Sonden führt. Dies ist sogar eine notwendige Voraussetzung des Verfahrens gemäß der DE 10 2012 218 728 A1 , um eine Aussage über die Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators treffen zu können.
Es wird der Umstand ausgenutzt, dass beim Durchströmen eines in der Funktionstüchtigkeit eingeschränkten Speicherkatalysators keine oder weniger im Abgas befindliche unverbrannte Kohlenwasserstoffe durch die Freigabe von Stickoxiden NO_x und Sauerstoff O₂ oxidiert werden, weshalb sich die HC-Konzentration im Abgas nicht oder nur in geringerem Ausmaß ändert.
Die im Speicherkatalysator ablaufenden Oxidationsvorgänge haben Einfluss auf ein stromabwärts von der zweiten Lambda-Sonde erfasstes Luftverhältnis λ_down,mess(t). Bei einem voll funktionstüchtigen Speicherkatalysator werden die infolge Anfettung stromaufwärts des Katalysators im Abgas befindlichen unverbrannten Kohlenwasserstoffe beim Durchströmen des Katalysators vollständig oxidiert, so dass sich stromabwärts des Katalysators keine unverbrannten Kohlenwasserstoffe im Abgas befinden und die zweite Sonde ein Luftverhältnis λ_down,mess ≈ 1 erfasst, d.h. detektiert, als wäre die Brennkraftmaschine stöchiometrisch, d.h. ohne Kraftstoffüberschuss, betrieben worden.
Wird nun das Luftverhältnis λ_down,mess(t) über die vorgegebene Zeitspanne observiert, wird eine mehr oder weniger schnelle Abnahme des Luftverhältnisses λ_down,mess(t) zu beobachten sein, wobei der Verlauf der Funktion λ_down,mess(t) über die Zeit vom Speichervermögen des LNT beeinflusst ist. Ist die Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators eingeschränkt, d.h. das Speichervermögen deutlich herabgesetzt, wird der LNT nach Einleitung der Anfettung nur kurze Zeit fähig sein, unverbrannte Kohlenwasserstoffe durch Freigabe von NO_x und O₂ zu oxidieren, wobei das stromabwärts erfasste Luftverhältnis λ_down,mess(t) vergleichsweise schnell abnimmt und sich mehr oder weniger schnell dem stromaufwärts erfassten Luftverhältnis λ_up,mess(t) annähert.
Folglich kann schon anhand des zeitlichen Verlaufs des Luftverhältnisses λ_down,mess(t) während der Phase der Anfettung eine Aussage hinsichtlich der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators getroffen werden. Dies erfordert aber eine vergleichsweise lange Beobachtungsdauer und damit eine langanhaltende Anfettung, weshalb die DE 10 2012 218 728 A1 vorschlägt, unter Verwendung der zeitlichen Funktionen λ_up,mess(t) und λ_down,mess(t) Integrale über eine bestimmte Zeitspanne zu bilden bzw. zu bestimmen. Eine Beurteilung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators kann dann durch einen Vergleich der beiden Integrale erfolgen.
Die US 2008/0168824 A1 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung eines Speicherkatalysators eines Dieselmotors unter Verwendung von zwei Lambda-Sonden, von denen eine erste Lambda-Sonde stromaufwärts des Speicherkatalysators zur Erfassung des Luftverhältnisses λ_up,mess(t) und eine zweite Lambda-Sonde stromabwärts des Speicherkatalysators zur Erfassung des Luftverhältnisses λ_down,mess(t) angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine wird zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators in einen unterstöchiometrischen Betrieb (λ_rich < 1) überführt, wobei das stromabwärts erfasste Luftverhältnis λ_down,mess(t) mit dem stromaufwärts erfassten Luftverhältnis λ_up,mess(t) verglichen wird.
Von einer Funktionsuntüchtigkeit des Speicherkatalysators wird ausgegangen, falls die Luftverhältnisse λ_down,mess(t) und λ_up,mess(t) sich nicht unterscheiden. Von einer ausreichenden Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators wird hingegen ausgegangen, falls die Luftverhältnisse λ_down,mess(t) und λ_up,mess(t) sich unterscheiden.
Nachteilig an dem in der US 2008/0168824 A1 beschriebenen Verfahren ist, dass das stromaufwärts erfasste Luftverhältnis λ_up,mess(t) zu Vergleichszwecken herangezogen wird. Dabei wird vernachlässigt, dass auch in einem funktionsuntüchtigen Speicherkatalysator Oxidationsvorgänge ablaufen und diese Oxidationsvorgänge Einfluss haben auf das stromabwärts von der zweiten Lambda-Sonde erfasste Luftverhältnis λ_down,mess(t).
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren aufzuzeigen, mit dem die Funktionstüchtigkeit eines Speicherkatalysators überwacht werden kann.
Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitzustellen.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch ein Verfahren zur Überwachung eines NO_x-Speicherkatalysators einer Brennkraftmaschine, welcher in einem Abgasabführsystem zum Abführen der Abgase vorgesehen ist, bei dem

- zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators die Brennkraftmaschine unter definierten Betriebsbedingungen für eine vorgebbare Zeitspanne Δt_λ<1 > Δt_min in einen unterstöchiometrischen Betrieb (λ_rich < 1) überführt wird, wobei Δt_min die Zeitspanne bezeichnet, die benötigt wird, um die im Speicherkatalysator gespeicherten Stickoxide NO_x und den gespeicherten Sauerstoff O₂ freizugeben und Wasserstoff H₂ zu bilden,
- das Luftverhältnis λ_down,mess stromabwärts des Speicherkatalysators mittels eines Sensors messtechnisch erfasst wird,
- das messtechnisch erfasste Luftverhältnis λ_down,mess mit einem Referenzwert λ_ref , der vorgegeben wird, verglichen wird, wobei λ_ref das Luftverhältnis bezeichnet, welches unter den definierten Betriebsbedingungen stromabwärts eines funktionsuntüchtigen Speicherkatalysators festgestellt wird, und
- von einer ausreichenden Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators ausgegangen wird, falls das messtechnisch erfasste Luftverhältnis λ_down,mess den vorgegebenen Referenzwert λ_ref unterschreitet, und
- von einer Funktionsuntüchtigkeit des Speicherkatalysators ausgegangen wird, falls das messtechnisch erfasste Luftverhältnis λ_down,mess den vorgegebenen Referenzwert λ_ref nicht unterschreitet.

Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Brennkraftmaschine zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators für eine vorgebbare Zeitspanne Δt_λ<1 in einen unterstöchiometrischen Betrieb (λ_rich < 1) überführt, d.h. eine Anfettung vorgenommen, und zwar unter definierten Betriebsbedingungen.
Dabei wird die Dauer Δt_λ<1 des unterstöchiometrischen Betriebs ausreichend lang bzw. groß gewählt, d.h. die Brennkraftmaschine mindestens so lange unterstöchiometrisch betrieben, dass die im Speicherkatalysator gespeicherten Stickoxide NO_x sowie der gespeicherte Sauerstoff O₂ weitestgehend freigesetzt und verbraucht werden und Wasserstoff H₂ gebildet wird.
Erfindungsgemäß wird nämlich der Effekt ausgenutzt, dass bei einem funktionstüchtigen Speicherkatalysator große Mengen Wasserstoff H₂ gebildet werden, beispielweise durch die Wassergasreaktion (CO + H₂O → H₂ + CO₂), sobald die gespeicherten Stickoxide NO_x sowie der gespeicherte Sauerstoff O₂ freigesetzt und im Rahmen von Oxidationsvorgängen verbraucht wurden. Die Zunahme der H₂ -Konzentration im Abgas führt dazu, dass das stromabwärts des Speicherkatalysators messtechnisch erfasste Luftverhältnis λ_down,mess abnimmt. Vorteilhafterweise ist die Selektivität des Sensors bzw. der eingesetzten Lambda-Sonde bezüglich Wasserstoff H₂ besonders hoch, so dass die Änderung des Luftverhältnisses λ_down,mess mit einer Zunahme der H₂ -Konzentration im Abgas besonders ausgeprägt ist, d.h. deutlich ausfällt. Letzteres ist insbesondere deshalb von Vorteil, weil auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens das messtechnisch erfasste Luftverhältnis λ_down,mess mit einem Referenzwert λ_ref verglichen wird und deutliche Unterschiede in den zu vergleichenden Luftverhältnissen λ_down,mess und λ_ref die Güte des Verfahrens in relevanter Weise verbessern.
Erfindungsgemäß wird aber nicht ein stromaufwärts des Speicherkatalysators ermitteltes Luftverhältnis λ_up bzw. λ_rich zum Vergleich herangezogen, d.h. als Referenzwert verwendet, sondern ein Referenzwert λ_ref verwendet und vorgegeben, der das Luftverhältnis abbildet, welches unter den definierten Betriebsbedingungen stromabwärts eines funktionsuntüchtigen Speicherkatalysators festgestellt werden würde bzw. festgestellt wird.
Der Referenzwert λ_ref wurde zuvor im Rahmen von Kalibrierungsarbeiten generiert und in einer vorzusehenden Motorsteuerung hinterlegt, d.h. gespeichert. Zu Vergleichszwecken, d.h. bei Bedarf wird der Referenzwert λ_ref dann bereitgestellt, d.h. vorgegeben. Der Referenzwert λ_ref kann empirisch ermittelt werden, beispielsweise mittels einer als Sensor dienenden Lambda-Sonde messtechnisch auf einem Rollenprüfstand oder einem Motorenprüfstand erfasst werden, aber auch unter Verwendung von Rechenmodellen rechnerisch ermittelt werden. In jedem Fall handelt es sich um einen Referenzwert λ_ref , der bereits vorhanden und bei Bedarf bereitgestellt wird. Der Referenzwert λ_ref ist betriebspunktspezifisch, d.h. bestimmten definierten Betriebsbedingungen zugeordnet, welche beispielsweise durch die Drehzahl n der Brennkraftmaschine, die Last T der Brennkraftmaschine und/oder das Luftverhältnis λ_rich bzw. λ_up als Betriebsparameter gekennzeichnet sind.
Im Gegensatz zu einem stromaufwärts des Speicherkatalysators ermittelten Luftverhältnis λ_up bzw. λ_rich trägt die Verwendung des erfindungsgemäßen Referenzwertes λ_ref dem Umstand Rechnung, dass auch in einem funktionsuntüchtigen Speicherkatalysator Oxidationsvorgänge ablaufen und diese Oxidationsvorgänge Einfluss haben auf das Luftverhältnis λ_down stromabwärts des Speicherkatalysators. So reagiert der im Abgas befindliche Sauerstoff O₂ mit den unvollständig oxidierten Abgaskomponenten, insbesondere bzw. vorzugsweise mit dem Wasserstoff und nach Verbrauch des Wasserstoffes mit dem Kohlenmonoxid. Der Verbrauch von O₂ und H₂ infolge Oxidation und damit die Abnahme der H₂-Konzentration im Abgas führen dazu, dass das Luftverhältnis λ_down stromabwärts des funktionsuntüchtigen Speicherkatalysators zunimmt. D.h. das Luftverhältnis λ_down stromabwärts des funktionsuntüchtigen Speicherkatalysators ist größer als das stromaufwärts des Speicherkatalysators vorliegende Luftverhältnis λ_up bzw. λ_rich . Es gilt: λ_down > λ_rich und dies, obwohl der Speicherkatalysator funktionsuntüchtig ist, d.h. nicht mehr über die Fähigkeit verfügt, Stickoxide und Sauerstoff einzulagern und im Rahmen einer Regeneration bzw. Anfettung wieder freizugeben.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe gelöst, nämlich ein verbessertes Verfahren aufgezeigt, mit dem die Funktionstüchtigkeit eines Speicherkatalysators überwacht werden kann.
Im Gegensatz zum Stand der Technik erfordert das erfindungsgemäße Verfahren nicht zwingend einen Sensor bzw. eine Lambda-Sonde stromaufwärts des Speicherkatalysators.
Weitere vorteilhafte Verfahrensvarianten gemäß den Unteransprüchen werden im Folgenden erläutert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Luftverhältnis λ_down,mess stromabwärts des Speicherkatalysators mittels einer als Sensor dienenden Lambda-Sonde messtechnisch erfasst wird. Lambda-Sonden sind aufgrund der großen Nachfrage bzw. der daraus resultierenden hohen Stückzahl kostengünstig verfügbar, wobei praktische Erfahrung vorhanden ist, insbesondere das Messverhalten und die besonderen Eigenarten einer Lambda-Sonde bekannt sind, wodurch sich der Umgang mit dieser Art Sensor in vorteilhafter Weise vereinfacht. Eine Lambda-Sonde liefert als Ausgangssignal ein Luftverhältnis λ.
Grundsätzlich kann auch ein als O₂ -Sensor dienender NO_x -Sensor stromabwärts des Speicherkatalysators vorgesehen werden, der als Ausgangssignal eine O₂ -Konzentration liefert, wobei das Luftverhältnis λ_down,mess sich unter Verwendung der messtechnisch erfassten O₂-Konzentration bestimmen bzw. berechnen lässt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Luftverhältnis λ_up stromaufwärts des Speicherkatalysators ermittelt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert grundsätzlich keinen Sensor bzw. keine Lambda-Sonde stromaufwärts des Speicherkatalysators. Es ergeben sich aber regelungstechnische Vorteile bei der Einstellung bzw. Überwachung des Luftverhältnisses λ, mit dem die Brennkraftmaschine betrieben wird. Insbesondere lässt sich eine Feedback-Regelung des Luftverhältnisses λ bzw. λ_rich realisieren.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Luftverhältnis λ_up,mess stromaufwärts des Speicherkatalysators messtechnisch erfasst wird, beispielsweise mittels einer Lambda-Sonde oder einem als O₂ -Sensor dienenden NO_x-Sensor. In diesem Zusammenhang wird Bezug genommen auf die bereits gemachten Ausführungen.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Luftverhältnis λ_up stromaufwärts des Speicherkatalysators berechnet wird. Dabei kann das Luftverhältnis λ_up unter Verwendung der zugeführten Frischluft, dem zugeführten Kraftstoff und dem stöchiometrischen Luftbedarf L_stöch berechnet werden. Für das Luftverhältnis λ_up gilt: $λ_{u p} = {\dot{m}}_{L u f t} / {\dot{m}}_{K r a f t s t o f f} * (1 / L_{s t ö c h})$
Ist eine Niederdruck-Abgasrückführung vorgesehen, muss gegebenenfalls noch die mittels Niederdruck-Abgasrückführung rückgeführte Abgasmasse und ihre Zusammensetzung berücksichtigt werden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Brennkraftmaschine zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators in einen unterstöchiometrischen Betrieb mit 1 > λ_rich > 0.87 überführt wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Brennkraftmaschine zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators in einen unterstöchiometrischen Betrieb mit 1 > λ_rich > 0.90 überführt wird, vorzugsweise in einen unterstöchiometrischen Betrieb mit 1 > λ > 0.93 bzw. mit 1 > λ > 0.95 überführt wird.
Vorteilhaft können auch Ausführungsformen des Verfahrens sein, bei denen die Brennkraftmaschine zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators in einen unterstöchiometrischen Betrieb mit 0.99 > λ_rich > 0.92 überführt wird, vorzugsweise in einen unterstöchiometrischen Betrieb mit 0.96 > λ > 0.93 überführt wird.
Die Festlegung des Luftverhältnisses λ_rich für den unterstöchiometrischen Betrieb der Brennkraftmaschine erfordert einen Kompromiss. Einerseits soll eine so geringe Anfettung wie möglich vorgenommen werden, da ein messtechnisches Fehlverhalten der Lambda-Sonde zu vermeiden ist und sich die Nachteile der Anfettung mit zunehmender Anfettung in stärkerer Ausprägung manifestieren. Andererseits muss das Abgas mittels Anfettung in einem solchen Umfang mit unvollständig oxidierten Verbrennungsprodukten, insbesondere unverbrannten Kohlenwasserstoffen, angereichert werden, dass im Speicherkatalysator unter Desorption von Stickoxiden und Sauerstoff ein relevanter Anteil oxidiert werden kann und eine messbare Veränderung des Luftverhältnisses λ herbeigeführt wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Brennkraftmaschine zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators für eine Zeitspanne 2 < Δt_λ<1 < 10 Sekunden in einen unterstöchiometrischen Betrieb mit λ_rich überführt wird.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Brennkraftmaschine zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators für eine Zeitspanne 4 < Δt_λ<1 < 8 Sekunden in einen unterstöchiometrischen Betrieb mit λ_rich überführt wird.
Die Dauer Δt_λ<1 des unterstöchiometrischen Betriebs muss ausreichend lang bzw. groß sein bzw. gewählt werden, damit die im Speicherkatalysator gespeicherten Stickoxide NO_x sowie der gespeicherte Sauerstoff O₂ freigesetzt werden und ausreichend viel bzw. möglichst viel Wasserstoff H₂ gebildet wird. Denn erfindungsgemäß soll der Effekt genutzt werden, dass bei einem funktionstüchtigen Speicherkatalysator große Mengen Wasserstoff H₂ gebildet werden, sobald die gespeicherten Stickoxide NO_x sowie der gespeicherte Sauerstoff O₂ freigesetzt und verbraucht wurden. Die Produktion von H₂ führt dazu, dass das stromabwärts des Speicherkatalysators messtechnisch erfasste Luftverhältnis λ_down,mess spürbar abnimmt.
Eine zu kurz andauernde Anfettung hätte zur Folge, dass kein bzw. nicht ausreichend viel Wasserstoff H₂ gebildet wird, wodurch eine Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht möglich ist. Insofern ist die Festlegung einer Mindestdauer Δt_min für die durchzuführende Anfettung nicht nur vorteilhaft, sondern zwingend erforderlich.
Anderseits soll die Anfettung so kurz wie möglich sein, so dass die Nachteile der Anfettung nur so lange wie unbedingt notwendig in Kauf genommen werden müssen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die definierten Betriebsbedingungen, unter denen die Brennkraftmaschine unterstöchiometrisch (λ_rich < 1) betrieben wird, die Drehzahl n der Brennkraftmaschine, die Last T der Brennkraftmaschine und das Luftverhältnis λ_rich als Betriebsparameter umfassen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Referenzwert λ_ref in einer Motorsteuerung gespeichert und bei Bedarf zu Vergleichszwecken bereitgestellt wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Referenzwert λ_ref empirisch ermittelt wird.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Referenzwert λ_ref mittels einer als Sensor dienenden Lambda-Sonde messtechnisch erfasst wird.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Referenzwert λ_ref auf einem Rollenprüfstand oder einem Motorenprüfstand messtechnisch erfasst wird.
Vorteilhaft können auch Ausführungsformen des Verfahrens sein, bei denen der Referenzwert λ_ref unter Verwendung von Rechenmodellen rechnerisch ermittelt wird.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen bei der rechnerischen Ermittlung des Referenzwertes λ_ref die Konzentrationen der Rohemissionen der Brennkraftmaschine von Wasserstoff H₂ und Sauerstoff O₂ messtechnisch erfasst und berücksichtigt werden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Brennkraftmaschine während des unterstöchiometrischen Betriebs (λ_rich < 1) bei Durchführung des Verfahrens stationär betrieben wird.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Luftverhältnis λ_rich nicht infolge einer Änderung der Betriebsparameter variiert und das mittels Sensor ermittelte Luftverhältnis λ_down,mess nur infolge der im Speicherkatalysator ablaufenden Reaktionen variiert, d.h. die zeitliche Änderung des Luftverhältnisses λ_down,mess aus der Oxidation der unvollständig verbrannten Abgasbestandteile bzw. der Produktion von Wasserstoff H₂ resultiert.
Zudem muss berücksichtigt werden, dass der Referenzwert λ_ref betriebspunktspezifisch ist, d.h. bestimmten definierten Betriebsbedingungen bzw. Betriebsparametern zugeordnet ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Brennkraftmaschine in einen vorgebbaren Betriebspunkt überführt wird, bevor die Brennkraftmaschine in den unterstöchiometrischen Betrieb (λ_rich < 1) überführt wird.
Da die für das Verfahren relevanten Parameter, nämlich das Luftverhältnis λ_rich und die Zeitspanne Δt_λ<1 für den unterstöchiometrischen Betrieb der Brennkraftmaschine sowie der Referenzwert λ_ref vorgegeben werden müssen und in der Regel betriebspunktspezifisch sind, ist es sinnvoll und vorteilhaft, eine begrenzte Anzahl an Betriebspunkten im Motorkennfeld für die Durchführung des Verfahrens auszuwählen bzw. vorzusehen, um nicht für sämtliche Kennfeldpunkte Parameter in der Motorsteuerung hinterlegen zu müssen.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der vorgegebene Betriebspunkt aus einer begrenzten Liste von k vorgebbaren Betriebspunkten ausgewählt wird.
Die zweite Teilaufgabe, nämlich eine Brennkraftmaschine zur Durchführung eines Verfahrens einer vorstehend genannten Art bereitzustellen, wird gelöst durch eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und mindestens einem NO_x -Speicherkatalysator, der in einem Abgasabführsystem zum Abführen der Abgase aus dem mindestens einen Zylinder vorgesehen ist, bei der

- stromabwärts des Speicherkatalysators ein Sensor zur messtechnischen Erfassung eines Luftverhältnisses λ_down,mess angeordnet ist, und
- eine Motorsteuerung zur Verarbeitung des messtechnisch erfassten Luftverhältnisses λ_down,mess vorgesehen ist, wobei zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators ein betriebspunktspezifischer Referenzwert λ_ref in der Motorsteuerung hinterlegt ist, der zum Vergleich mit dem messtechnisch erfassten Luftverhältnis λ_down,mess dient.

Das bereits für das erfindungsgemäße Verfahren Gesagte gilt auch für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, weshalb an dieser Stelle im Allgemeinen Bezug genommen wird auf die hinsichtlich der Verfahrensvarianten gemachten Ausführungen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen ein für die Durchführung des Verfahrens vorgebbarer Betriebspunkt in einer in der Motorsteuerung gespeicherten Liste von k Betriebspunkten hinterlegt ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der betriebspunktspezifische Referenzwert λ_ref für eine Vielzahl von Betriebspunkten, d.h. für eine Vielzahl definierter Betriebspunkte in der Motorsteuerung hinterlegt ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der 1 und 2 näher beschrieben. Hierbei zeigt:

1 schematisch eine Ausführungsform der Brennkraftmaschine mitsamt Abgasabführsystem, Speicherkatalysator und Lambda-Sonden, und
2 in einem Diagramm die Luftverhältnisse λ(t) über der Zeit t während der Überprüfung der Funktionstüchtigkeit eines Speicherkatalysators.

1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern und einem Abgasabführsystem 2, mit dem die Abgase der Zylinder abgeführt werden.
Im Abgasabführsystem 2 ist ein als Abgasnachbehandlungssystem 4 dienender Speicherkatalysator 6 vorgesehen, welcher die Fähigkeit besitzt, Stickoxide NO_x unter Anwesenheit von unvollständig oxidierten Verbrennungsprodukten zu reduzieren. Stromaufwärts und stromabwärts des Speicherkatalysators 6 ist jeweils eine Lambda-Sonde 3,5 zur Erfassung des Luftverhältnisses λ_up,mess , λ_down,mess im Abgasabführsystem 2 angeordnet.
2 zeigt in Gestalt eines Diagramms die Luftverhältnisse λ(t) über der Zeit t während der Überprüfung der Funktionstüchtigkeit eines Speicherkatalysators.
Die zugehörige Brennkraftmaschine wird im Normalbetrieb regelmäßig mager, d.h. überstöchiometrisch mit einem Luftverhältnis λ_lean = 1.3 betrieben. Zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators wird eine moderate Anfettung vorgenommen, bei der die Brennkraftmaschine unterstöchiometrisch mit einem Luftverhältnis λ_rich = 0.9 betrieben wird und die zu keinem messtechnischen Fehlverhalten der Lambda-Sonden führt. Das stöchiometrische Luftverhältnis λ_stöch = 1.0 ist als gestrichelte Linie zur Orientierung eingezeichnet.
Das stromaufwärts des Speicherkatalysators mittels Lambda-Sonde erfasste Luftverhältnis λ_up,mess(t) entspricht dem unterstöchiometrischen Luftverhältnis λ_rich = 0.9 der Anfettung.
Als Referenzwert bei der Überprüfung der Funktionstüchtigkeit dient ein zuvor generiertes und in der Motorsteuerung hinterlegtes Luftverhältnis λ_ref , welches unter denselben definierten Betriebsbedingungen, die bei der Überprüfung bzw. Anfettung vorliegen, stromabwärts eines funktionsuntüchtigen Speicherkatalysators festgestellt wurde. Das Luftverhältnis λ_ref stromabwärts des funktionsuntüchtigen Speicherkatalysators ist größer als das stromaufwärts des Speicherkatalysators vorliegende Luftverhältnis λ_up(t) = λ_rich(t). Es gilt: λ_ref > λ_rich und dies, obwohl der Speicherkatalysator funktionsuntüchtig ist, d.h. nicht mehr über die Fähigkeit verfügt, Stickoxide und Sauerstoff einzulagern und im Rahmen einer Regeneration bzw. Anfettung wieder freizugeben. Dies ist dadurch begründet, dass auch in einem funktionsuntüchtigen Speicherkatalysator Oxidationsvorgänge ablaufen und diese Oxidationsvorgänge Einfluss haben auf das Luftverhältnis λ_ref = λ_down,mess stromabwärts des Speicherkatalysators.
Darüber hinaus zeigt 2 die Luftverhältnisse λ_down,1(t), λ_down,2(t), λ_down,3(t) für verschiedene Speicherkatalysatoren bzw. unterschiedlich gealterte Speicherkatalysatoren, wobei λ_down,1(t) das messtechnisch erfasste Luftverhältnis stromabwärts eines Speicherkatalysators ohne Edelmetallbeschichtung abbildet. Wie 2 zu entnehmen ist, folgt das Luftverhältnis λ_down,1(t) zeitversetzt dem stromaufwärts des Speicherkatalysators vorliegenden Luftverhältnis λ_up(t).
Das Luftverhältnis λ_down,2(t) wird stromabwärts eines voll funktionstüchtigen Speicherkatalysators mit intakter Edelmetallbeschichtung messtechnisch erfasst.
Bei einem voll funktionstüchtigen Speicherkatalysator werden die infolge Anfettung stromaufwärts des Katalysators im Abgas befindlichen unverbrannten Kohlenwasserstoffe beim Durchströmen des Katalysators anfangs vollständig oxidiert, so dass sich stromabwärts des Katalysators keine unverbrannten Kohlenwasserstoffe im Abgas befinden und die zweite Sonde zunächst ein Luftverhältnis λ_down,2(t) ≈ 1 erfasst, d.h. detektiert, als wäre die Brennkraftmaschine stöchiometrisch, d.h. ohne Kraftstoffüberschuss, betrieben worden.
Wird nun das Luftverhältnis λ_down,2(t) über eine vorgegebene Zeitspanne Δt_λ<1 observiert, wird eine mehr oder weniger schnelle Abnahme des Luftverhältnisses λ_down,2(t) beobachtet, wobei der Verlauf der Funktion λ_down,2(t) über die Zeit t vom Speichervermögen des LNT beeinflusst ist. Sobald die gespeicherten Stickoxide NO_x sowie der gespeicherte Sauerstoff O₂ freigesetzt und im Rahmen von Oxidationsvorgängen verbraucht wurden, wird nämlich in einem funktionstüchtigen Katalysator Wasserstoff H₂ produziert. Die Zunahme der H₂-Konzentration im Abgas führt zu einer deutlichen Abnahme des stromabwärts des Speicherkatalysators messtechnisch erfassten Luftverhältnisses λ_down,2(t).
Vorliegend wird von einer ausreichenden Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators ausgegangen, da das messtechnisch erfasste Luftverhältnis λ_down,2(t) den Referenzwert λ_ref zeitweise unterschreitet. Von einer Funktionsuntüchtigkeit des Speicherkatalysators müsste hingegen ausgegangen werden, falls das Luftverhältnis λ_down,2(t) den Referenzwert λ_ref nicht unterschreiten würde.
Die vorstehenden Ausführungen machen deutlich, dass die Dauer Δt_λ<1 des unterstöchiometrischen Betriebs ausreichend groß gewählt werden muss. Die Brennkraftmaschine muss mindestens so lange unterstöchiometrisch betrieben werden bis ausreichend Wasserstoff H₂ gebildet wird.
Das Luftverhältnis λ_down,3(t) wird stromabwärts eines funktionstüchtigen, aber in der Funktionstüchtigkeit bereits eingeschränkten Speicherkatalysators detektiert, bei dem die Edelmetallbeschichtung bereits spürbar gealtert ist.
Ist die Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators eingeschränkt, d.h. das Speichervermögen deutlich herabgesetzt, ist der LNT nach Einleitung der Anfettung nur kurze Zeit fähig bzw. wie vorliegend nicht mehr fähig, stromabwärts des Speicherkatalysators ein stöchiometrisches Luftverhältnis λ_down,3(t) = 1.0 zu generieren. Das Luftverhältnis λ_down,3(t) nimmt von Anfang an kontinuierlich ab, wobei die Produktion von Wasserstoff H₂ , d.h. die Zunahme der H₂ -Konzentration im Abgas zu einer weniger deutlichen Abnahme des Luftverhältnisses λ_down,3(t) führt. Nichtsdestotrotz unterschreitet das Luftverhältnis λ_down,3(t) den Referenzwert λ_ref zeitweise, weshalb wieder von einer ausreichenden Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators ausgegangen wird bzw. werden kann.
Wie 2 entnommen werden kann, gilt während der gesamten Anfettung λ_down,3(t) > λ_rich, weshalb der Speicherkatalysator gemäß den Verfahren zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit nach dem Stand der Technik als funktionsuntüchtig angesehen wird bzw. angesehen werden müsste.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Abgasabführsystem
3: erste Lambda-Sonde
4: Abgasnachbehandlungssystem
5: zweite Lambda-Sonde
6: Speicherkatalysator
L_stöch: stöchiometrischer Luftbedarf
m: Masse
m_Kraftstoff: in die Zylinder eingebrachte Kraftstoffmasse
m_Luft,stöch: stöchiometrische Luftmasse
m_Luft,tat: tatsächlich in die Zylinder eingebrachte Luftmasse
m_Luft: zugeführte Luftmasse
ppm: parts per million
t: Zeit
Δt_λ<1: vorgegebene Zeitspanne für den unterstöchiometrischen Betrieb
Δt_min: erforderliche Zeitspanne, um die im Speicherkatalysator gespeicherten NO_x bzw. O₂ freizugeben und H₂ zu bilden,
λ: Luftverhältnis
λ_up,mess: stromaufwärts des Speicherkatalysators mittels Lambda-Sonde erfasstes Luftverhältnis
λ_down,mess: stromabwärts des Speicherkatalysators mittels Lambda-Sonde erfasstes Luftverhältnis
λ_rich: Luftverhältnis im unterstöchiometrischen Betrieb

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1936140 A1 [0015, 0018, 0019]
DE 102012218728 A1 [0019, 0023]
US 2008/0168824 A1 [0024, 0026]

Claims

Verfahren zur Überwachung eines NO_x-Speicherkatalysators (6) einer Brennkraftmaschine (1), welcher in einem Abgasabführsystem (2) zum Abführen der Abgase vorgesehen ist, bei dem - zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators (6) die Brennkraftmaschine (1) unter definierten Betriebsbedingungen für eine vorgebbare Zeitspanne Δt_λ<1 > Δt_min in einen unterstöchiometrischen Betrieb (λ_rich < 1) überführt wird, wobei Δt_min die Zeitspanne bezeichnet, die benötigt wird, um die im Speicherkatalysator gespeicherten Stickoxide NO_x und den gespeicherten Sauerstoff O₂ freizugeben und Wasserstoff H₂ zu bilden, - das Luftverhältnis λ_down,mess stromabwärts des Speicherkatalysators (6) mittels eines Sensors (5) messtechnisch erfasst wird, - das messtechnisch erfasste Luftverhältnis λ_down,mess mit einem Referenzwert λ_ref, der vorgegeben wird, verglichen wird, wobei λ_ref das Luftverhältnis bezeichnet, welches unter den definierten Betriebsbedingungen stromabwärts eines funktionsuntüchtigen Speicherkatalysators (6) festgestellt wird, und - von einer ausreichenden Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators (6) ausgegangen wird, falls das messtechnisch erfasste Luftverhältnis λ_down,mess den vorgegebenen Referenzwert λ_ref unterschreitet, und - von einer Funktionsuntüchtigkeit des Speicherkatalysators (6) ausgegangen wird, falls das messtechnisch erfasste Luftverhältnis λ_down,mess den vorgegebenen Referenzwert λ_ref nicht unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverhältnis λ_down,mess stromabwärts des Speicherkatalysators (6) mittels einer als Sensor (5) dienenden Lambda-Sonde (5a) messtechnisch erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverhältnis λ_up stromaufwärts des Speicherkatalysators (6) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverhältnis λ_up,mess stromaufwärts des Speicherkatalysators (6) messtechnisch erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverhältnis λ_up stromaufwärts des Speicherkatalysators (6) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators (6) in einen unterstöchiometrischen Betrieb mit 1 > λ_rich > 0.87 überführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators (6) in einen unterstöchiometrischen Betrieb mit 1 > λ_rich > 0.90 überführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators (6) in einen unterstöchiometrischen Betrieb mit 0.99 > λ_rich > 0.92 überführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators (6) für eine Zeitspanne 2 < Δt_λ<1 < 10 Sekunden in einen unterstöchiometrischen Betrieb mit λ_rich überführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators (6) für eine Zeitspanne 4 < Δt_λ<1 < 8 Sekunden in einen unterstöchiometrischen Betrieb mit λ_rich überführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die definierten Betriebsbedingungen, unter denen die Brennkraftmaschine (1) unterstöchiometrisch (λ_rich < 1) betrieben wird, die Drehzahl n der Brennkraftmaschine (1), die Last T der Brennkraftmaschine (1) und das Luftverhältnis λ_rich als Betriebsparameter umfassen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert λ_ref in einer Motorsteuerung gespeichert und bei Bedarf zu Vergleichszwecken bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert λ_ref empirisch ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert λ_ref mittels einer als Sensor dienenden Lambda-Sonde messtechnisch erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert λ_ref auf einem Rollenprüfstand oder einem Motorenprüfstand messtechnisch erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert λ_ref unter Verwendung von Rechenmodellen rechnerisch ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei der rechnerischen Ermittlung des Referenzwertes λ_ref die Konzentrationen der Rohemissionen der Brennkraftmaschine (1) von Wasserstoff H₂ und Sauerstoff O₂ messtechnisch erfasst und berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) während des unterstöchiometrischen Betriebs (λ_rich < 1) bei Durchführung des Verfahrens stationär betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) in einen vorgebbaren Betriebspunkt überführt wird, bevor die Brennkraftmaschine (1) in den unterstöchiometrischen Betrieb (λ_rich < 1) überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Betriebspunkt aus einer begrenzten Liste von k vorgebbaren Betriebspunkten ausgewählt wird.
Brennkraftmaschine (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche mit mindestens einem Zylinder und mindestens einem NO_x-Speicherkatalysator (6), der in einem Abgasabführsystem (2) zum Abführen der Abgase aus dem mindestens einen Zylinder vorgesehen ist, bei der - stromabwärts des Speicherkatalysators (6) ein Sensor (5) zur messtechnischen Erfassung eines Luftverhältnisses λ_down,mess angeordnet ist, und - eine Motorsteuerung zur Verarbeitung des messtechnisch erfassten Luftverhältnisses λ_down,mess vorgesehen ist, wobei zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators (6) ein betriebspunktspezifischer Referenzwert λ_ref in der Motorsteuerung hinterlegt ist, der zum Vergleich mit dem messtechnisch erfassten Luftverhältnis λ_down,mess dient.