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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Steuerung des Magenbetriebs einer einen Stickoxid-Speicherkatalysator
aufweisenden Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In der heutigen Fahrzeugtechnik werden
Ottomotoren als Brennkraftmaschinen mit einer Benzin-Direkteinspritzung
anstatt einer konventionellen Saugrohreinspritzung bevorzugt, da
derartige Brennkraftmaschinen gegenüber den herkömmlichen
Ottomotoren deutlich mehr Dynamik aufweisen, bezüglich Drehmoment und Leistung
besser sind und gleichzeitig eine Verbrauchsenkung um bis zu 15% ermöglichen.
Möglich
macht dies vor allem eine sog. Schichtladung im Teillastbereich,
bei der nur im Bereich der Zündkerze
ein zündfähiges Gemisch
benötigt
wird, während
der übrige
Brennraum mit Luft befällt
wird. Dadurch kann der Motor entdrosselt gefahren werden, was zu
reduzierten Ladungswechseln führt.
Zusätzlich
profitiert der Benzin-Direkteinspritzer von den reduzierten Wärmeverlusten,
da die Luftschichten um die Gemischwolke herum zum Zylinder und
zum Zylinderkopf hin isolieren. Da herkömmliche Brennkraftmaschinen,
die nach dem Saugrohrprinzip arbeiten, bei einem derartigen hohen
Luftüberschuss,
wie er bei der Benzin-Direkteinspritzung vorliegt, nicht mehr zündfähig sind,
wird bei diesem Schichtlademodus das Kraftstoff-Gemisch um die zentral
im Brennraum positionierte Zündkerze
konzent riert, während
sich in den Randbereichen des Brennraums reine Luft befindet. Um
das Kraftstoff Gemisch um die zentrale im Brennraum positionierte Zündkerze
herumzentrieren zu können,
ist eine gezielte Luftströmung
im Brennraum erforderlich, eine sog. Tumbleströmung. Dazu wird im Brennraum
eine intensive, walzenförmige
Strömung
ausgebildet und der Kraftstoff erst im letzten Drittel der Kolbenaufwärtsbewegung
eingespritzt. Durch die Kombination von gezielter Luftströmung und
spezieller Geometrie des Kolbens, der z. B. über eine ausgeprägte Kraftstoff-
und Strömungsmulde
verfügt,
wird der besonders fein zerstäubte
Kraftstoff in einem sog. „Gemischballen" optimal um die Zündkerze
konzentriert und sicher entflammt. Für die jeweils optimale Anpassung
der Einspritzparameter (Einspritzzeitpunkt, Kraftstoffdruck) sorgt
die Motorsteuerung.
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Derartige Brennkraftmaschinen können daher
entsprechend lange im Magerbetrieb betrieben werden, was sich, wie
dies oben bereits dargelegt worden ist, positiv auf den Kraftstoffverbrauch
insgesamt auswirkt. Dieser Magerbetrieb bringt jedoch den Nachteil
mit sich, dass die Stickoxide (NOx) im mageren Abgas vom 3-Wege-Katalysator
nicht reduziert werden können.
Um die Stickoxid-Emissionen im Rahmen vorgeschriebener Grenzen,
z. B. des Euro-IV-Grenzwertes
zu halten, werden in Verbindung mit derartigen Brennkraftmaschinen
regelmäßig Stickoxid-Speicherkatalysatoren
eingesetzt. Diese Stickoxid-Speicherkatalysatoren werden so betrieben,
dass die von der Brennkraftmaschine erzeugten Stickoxide in einer
ersten Betriebsphase als Magerbetriebsphase in den Stickoxid-Speicherkatalysator eingespeichert
werden. Diese erste Betriebsphase oder Magerbetriebsphase des Stickoxid-Speicherkatalysators
wird auch als Einspeicherphase bezeichnet. Mit zunehmender Dauer
der Einspeicherphase nimmt der Wirkungsgrad des Stickoxid-Speicherkatalysators
ab, was zu einem Anstieg der Stickoxid-Emissionen hinter dem Stickoxid-Speicherkatalysator
führt.
Die Ursache für
die Abnahme des Wirkungsgrades liegt in der Zunahme des Stickoxid-Füllstandes
des Stickoxid-Speicherkatalysators.
Der Anstieg der Stickoxid-Emissionen hinter dem Stick oxid-Speicherkatalysator
kann überwacht
und nach Überschreiten
eines vorgebbaren Schwellenwertes eine zweite Betriebsphase des
Stickoxid-Speicherkatalysators, eine sog. Ausspeicherphase oder
Entladephase, eingeleitet werden. Während dieser zweiten Betriebsphase
wird im Abgas der Brennkraftmaschine ein Reduktionsmittel hinzugegeben,
das eingespeicherte Stickoxide zu Stickstoff und Sauerstoff reduziert.
Als Reduktionsmittel werden regelmäßig Kohlenwasserstoff (HC)
und/oder Kohlenmonoxid (CO) verwendet, die im Abgas einfach durch
eine fette Einstellung des Kraftstoff-/Luftgemisches erzeugt werden
können.
Gegen Ende der Entladephase ist ein Grossteil des eingespeicherten
Stickoxids reduziert und immer weniger des Reduktionsmittels trifft auf
Stickoxid, das es zu Sauerstoff und Stickstoff reduzieren kann.
Deshalb steigt gegen Ende der Entladephase der Anteil an Reduktionsmittel
in dem Abgas hinter dem Stickoxid-Speicherkatalysator an. Durch
eine entsprechende Analyse des Abgases hinter dem Stickoxid-Speicherkatalysator
mittels z. B. eines Sauerstoff-Sensors, kann dann das Ende der Entladephase
eingeleitet werden und wieder auf die Magerbetriebsphase umgeschalten
werden. Bei den bekannten Stickoxid-Speicherkatalysatoren wird dieses
Umschalten in zeitlichen Abständen
von z. B. 30 bis 60 Sekunden durchgeführt, wobei die Regeneration,
d. h. die Entladephase, ca. 2 bis 4 Sekunden dauert.
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Problematisch ist jedoch, dass bei
den Stickoxid-Speicherkatalysatoren mit zunehmender Lebensdauer
die Speicherfähigkeit
für Stickoxide
abnimmt: Denn vor allem der in den Kraftstoffen enthaltene Schwefel
führt zu
einer Speicherkatalysator-Vergiftung, d. h. zu einer dauerhaften
Einlagerung des Schwefels im Speicherkatalysator, die die Speicherkapazität für die Stickoxide
reduziert. Im Stickoxid-Speicherkatalysator werden die Stickoxide
in Form von Nitraten eingelagert, während der Schwefel in Form
von Sulfaten eingelagert wird. Da die Sulfate chemisch stabiler
als die Nitrate sind, ist ein Sulfatzerfall bei der Stickoxid-Regeneration
nicht möglich.
Erst bei Katalysatortemperaturen oberhalb 650°C kann unter reduzierenden Bedingungen
ein Schwefelaustrag erzielt werden. Derartige hohe Katalysator-Temperaturen
werden insbesondere im Stadtverkehr jedoch regelmäßig nicht
erreicht.
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Aus der gattungsbildenden WO 02/14658
A1 ist ein Verfahren zur Steuerung des Magenbetriebs einer einen
Stickoxid-Speicherkatalysator aufweisenden Brennkraftmaschine bekannt,
bei dem von der Brennkraftmaschine erzeugte Stickoxide in einer
ersten Betriebsphase (Magerbetrieb) als Einspeicherphase für eine bestimmte
Einspeicherzeit in den Stickoxid-Speicherkatalysator eingespeichert
werden, und bei dem nach Ablauf der Einspeicherzeit mittels einer
Steuereinrichtung als Motorsteuerung zu einem bestimmten Umschaltzeitpunkt
für eine
bestimmte Entladezeit auf eine zweite Betriebsphase (Fettbetrieb)
als Entladungsphase umgeschalten wird, in der die während der
Einspeicherzeit eingespeicherten Stickoxide aus dem Stickoxid-Speicherkatalysator
ausgespeichert werden. Weiter werden der Stickoxid-Massenstrom vor
dem Stickoxid-Speicherkatalysator und/oder der Stickoxid-Massenstrom nach
dem Stickoxid-Speicherkatalysator jeweils über eine gleiche Zeitdauer
aufintegriert.
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Konkret werden hier diese Integralwerte
miteinander in eine Relativbeziehung gesetzt. Damit soll bei diesem
Verfahren ein Gütefaktor
ermittelt werden, der eine Aussage über die Speicherfähigkeit
des Stickoxid-Speicherkatalysators ermöglicht, und zwar im Hinblick
auf eine Katalysatoralterung durch eine Schwefelvergiftung bzw.
eine thermische Schädigung
oder ein alterungsbedingtes Nachlassen der Speicherfähigkeit.
Insbesondere soll dadurch der Vergiftungsgrad des Katalysators mit
Schwefel ermittelt werden und so der Schwefelgehalt in der Steuereinrichtung
der Brennkraftmaschine korrigiert werden, um eine Schwefelregenerierung
zu optimieren. Durch die Aufintegration über die Zeitdauer sollen Auswirkungen
von Schwankungen und Störungen auf
die ermittelten Stickoxid-Massenstromwerte reduziert werden, da, über eine
bestimmte Zeitdauer gesehen eine Art Durchschnittswert des Gütefaktors erhalten
wird, der aussagekräftiger
sein soll als einzelne, zu bestimmten Zeiten erhaltene momentane Werte.
Im praktischen Betrieb herrschen jedoch bei Stickoxid-Speicherkatalysatoren
regelmäßig so komplexe
Betriebsbedingungen vor, dass der Gütefaktor trotz der Bezugnahme
auf eine bestimmte Zeitdauer unter Umständen nicht in ausreichendem
Maße den tatsächlichen
Zustand der Speicherfähigkeit
des Stickoxid-Speicherkatalysators wiedergibt. Dies kann sich zum
einen negativ auf den Kraftstoffverbrauch auswirken, da z. B. zu
früh fettes
Gemisch zugegeben wird. Andererseits besteht die Gefahr, dass das Einsparpotential
durch den Magerbetrieb so gering ist, dass nur ein geringer Verbrauchsvorteil
herausgefahren werden kann. Da der Magerbetrieb jedoch zu hohen
Stickoxid-Emissionen führt,
steht dann bei bestimmten Betriebsbereichen der Verbrauchsvorteil in
keinem vernünftigen
Verhältnis
zu den tatsächlichen
Stickoxid-Emissionen. Eine Entladung selbst soll bei dieser Verfahrensweise
nur dann stattfinden, wenn die modellierte, eingespeicherte Stickoxidmasse
einen bestimmten Grenzwert überschritten
hat.
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Ferner ist es in Verbindung mit dem
Betreiben eines Stickoxid-Speicherkatalysators bekannt, die Alterung,
insbesondere die Alterung der Schwefelvergiftung, bei der Auslegung
eines Stickoxid-Speicherkatalysators zu berücksichtigen, um sicherzustellen,
dass die Katalysatoralterung über
die vorgesehene Lebensdauer des Katalysators zur Einhaltung der
vorgegebenen Abgasgrenzwerte im Hinblick auf die Stickoxid-Emissionen
bei einem gealterten Stickoxid-Speicherkatalysator führt. Hierzu
ist es bereits allgemein be- kannt, die Anzahl der Entladungen so
an die pro Be- und Entladezyklus ausgespeicherte Stickoxidmenge
anzupassen, dass bei einer gegenüber
einem neuen Stickoxid-Speicherkatalysator verringerten Speicherfähigkeit
eines gealterten Stickoxid-Speicherkatalysators die während der
Abgastest-Zeitspanne abgegebene Stickoxidmenge den vorgegebenen
Abgasgrenzwert nicht überschreitet.
Diese pro Beladezyklus vorgegebene Stickoxid-Abgabemenge für einen
gealterten Speicherkatalysator ist eine absolute Größe und stellt
den absoluten Stickoxid-Schlupf dar, d. h., dass sobald der Speicherkatalysator
mit dieser Stickoxidmenge beladen ist, eine Entladung stattfindet.
Dieser absolute Stickoxid-Schlupf als feststehender Wert gilt sowohl
für den
neuen als auch für den
gealterten Stickoxid-Speicherkatalysator. Da pro Entladung ein fettes Gemisch
von Lambda größer 1 benötigt wird,
steigt mit der zunehmenden Zahl der Entladungen im Laufe des Alterns
eines Speicherkatalysators auch der Kraftstoffverbrauch gegenüber demjenigen
eines neuen Speicherkatalysators.
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Weiter ist aus der
DE 100 36 406 A1 ein Verfahren
zum Betreiben eines Stickoxid-Speicherkatalysators bekannt, mit
dem der Anfang und das Ende einer Ausspeicherphase möglichst
genau und zuverlässig
ermittelt werden soll. Dazu ist vorgesehen, dass während der
Ausspeicherphase eine die ausgespeicherte Menge an Stickoxiden charakterisierende Größe ermittelt
wird und mit der während
der Einspeicherphase ermittelten eingespeicherten Menge ein Stickoxiden
verglichen wird. Dazu wird als charakterisierende Größe die während der
Ausspeicherphase benötigte
Menge an Reduktionsmittel durch eine Integration eines Reduktionsmittelstroms über die
Zeit ermittelt.
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Aus der
DE 199 32 290 A1 ist eine
Verfahrensführung
bekannt, bei der eine Aufrechterhaltung des stöchometrischen oder fetten Betriebes
der Brennkraftmaschine stärker
an einen tatsächlichen Katalysatorzustand
angepasst werden soll. Dazu wird eine Regelung des Arbeitsmodus über vorgebbare
Grenztemperaturen vorgeschlagen. Hierbei kann auch Bezug auf einen
vorgegebenen Schwellwert für
eine Stickoxid-Rohemission der Brennkraftmaschine genommen werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein
alternatives Verfahren zur Steuerung des Magenbetriebs einer einen
Stickoxid-Speicherkatalysator aufweisenden Brennkraftmaschine, insbesondere
eines Kraftfahrzeuges, zur Verfügung
zu stellen, mit dem auf einfache Weise eine insbesondere hinsichtlich
des Kraftstoffverbrauchs und hinsichtlich der Stickoxid-Emissionen
optimierte Betriebsweise der Brennkraftmaschine möglich ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit den
Merkmalen des Anspruchs 1.
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Gemäß Anspruch 1 wird in einem
ersten Verfahrensschritt zur Festlegung des Umschaltzeitpunktes
von der Einspeicherphase auf die Entladephase wenigstens aus dem
Integralwert des Stickoxid-Massenstroms vor und/oder nach dem Speicherkatalysator
ein Umschalt-Betriebspunkt ermittelt. Dieser jeweilige Umschalt-Betriebspunkt
wird in einem zweiten Verfahrensschritt mit einem vorgebbaren, hinsichtlich
des Kraftstoffeinsparpotentials optimierten Betriebsfeld als Funktion
der Lastaufnahme der Brennkraftmaschine, das durch eine Vielzahl
von einzelnen Betriebspunkten für
einen neuen und einen gealterten Speicherkatalysator gebildet ist,
verglichen. Bei einem innerhalb des Betriebsfeldes liegenden Umschalt-Betriebspunkt
gibt die Motorsteuerung den Magerbetrieb und damit das Umschalten
zwischen der Einspeicherphase und der Entladungsphase des Stickoxid-Speicherkatalysators
frei, während die
Motorsteuerung dagegen bei einem das Betriebsfeld verlassenden Umschalt-Betriebspunkt
einen Lambdabetrieb der Brennkraftmaschine, bei dem Lambda gleich
1 ist, vorgibt.
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Vorteilhaft wird mit einem derartigen
Verfahren somit eine lastabhängige
Bestimmung und Steuerung des sinnvollen Magenbetriebs erreicht,
da bei solchen Lastbereichen, bei denen sich das Einsparpotential
durch den Magerbetrieb stark verringert und die eine erhöhte Stickoxid-Emission
bewirken, die Brennkraftmaschine dauerhaft im Lambdabetrieb, d.h.
mit einem Lambda gleich 1, betrieben wird. D. h., dass für den Fall,
dass kaum eine Verbrauchseinsparung gegeben ist, wie dies insbesondere
bei hohen Lastaufnahmen, wie z. B. großen Beschleunigungen, der Fall
ist, durch den Lambdabetrieb die Stickoxid-Emissionen vorteilhaft
erheblich reduziert werden können.
Durch die Verknüpfung
mit dem Betriebsfeld als Funktion der Lastaufnahme der Brennkraftmaschine,
das durch eine Vielzahl von einzelnen Betriebspunkten für einen
neuen und einen gealterten Speicherkatalysator gebildet ist, wird
erreicht, dass hierbei auch stets der jeweilige Alterungszustand
des Stickoxid-Speicherkatalysators berücksichtigt wird, da das Einsparpotential
bezüglich
des Kraftstoffverbrauchs bei einem neuen Stickoxid-Speicherkatalysator
größer ist
als bei einem bereits gealterten Stickoxid-Speicherkatalysator, was bedeutet, dass
ein gealterter Stickoxid-Speicherkatalysator bereits bei einer geringeren
Lastaufnahme als dies bei einem neuen Stickoxid-Speicherkatalysator
der Fall ist, vom Magerbetrieb auf den Lambdabetrieb umgeschalten werden
muss. Da ein alter Stickoxid-Speicherkatalysator öfters entladen
werden muss als ein neuer Stickoxid-Speicherkatalysator, d. h. öfters vom
Magerbetrieb in den Fettbetrieb umgeschalten werden muss, reduziert
sich hierdurch ersichtlich das Einsparpotential bezüglich des
Kraftstoffverbrauchs durch den Magerbetrieb. Ab einem vorgebbaren Grenzwert
muss dann so oft entladen werden, d. h. so oft zwischen Magerbetrieb
und Fettbetrieb umgeschalten werden, dass sich gegenüber dem
dauerhaften Lambdabetrieb der Brennkraftmaschine kaum mehr Verbrauchsvorteile
ergeben. Dies ist insbesondere bei höheren Lastaufnahmen kritischer
als bei niedrigeren Lastaufnahmen, so dass durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise
und dem Vergleich eines Umschalt-Betriebspunktes
mit einem lastabhängigen
Betriebsfeld eine einfache und zuverlässige Bestimmung zur Steuerung
des sinnvollen Magerbetriebs möglich
wird.
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Gemäß einer besonders bevorzugten
Verfahrensführung
nach Anspruch 2 wird das Betriebsfeld lastabhängig im wesentlichen einerseits
durch eine Einsparpotential-Grenzkurve für einen neuen Stickoxid-Speicherkatalysator
und andererseits durch eine Einsparpotential-Grenzkurve für ein ein Grenzalterungszustand
darstellenden gealterten Speicherkatalysator begrenzt. Die Einsparpotential-Grenzkurve
für den
einen Grenzalterungszustand darstellenden gealterten Speicherkatalysator
kann je nach den individuellen Erfordernissen gewählt werden,
d. h. z. B. in Abhängigkeit
vom vorgegebenen Einsparpotential, das noch einen sinnvollen Magerbetrieb
im Hinblick auf die Stickoxid-Emissionen
und den Verbrauchsvorteil ermöglicht.
Innerhalb des Betriebsfeldes stellt eine Änderung des Umschalt-Betriebspunktes
gegenüber
dem vorherigen Betriebspunkt die Änderung der Lastaufnahme dar
und/oder ist ein Maß für die Veränderung
des Einsparpotentials. Ein Wandern des Umschalt-Betriebspunktes bei angenommener gleicher
Lastaufnahme in Richtung zum gealterten Speicherkatalysator im Betriebsfeld stellt
somit ein Maß für die Reduzierung
bzw. Änderung
des Einsparpotentials dar.
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Nach Anspruch 3 kann zur Festlegung
des Umschaltzeitpunktes von der Einspeicherphase auf die Entladephase
ein relativer Stickoxid-Schlupf als Differenz zwischen dem in den
Stickoxid-Speicherkatalysator eingeströmten Stickoxid-Massenstrom
und dem aus dem Stickoxid-Speicherkatalysator ausgeströmten Stickoxid-Massenstrom
jeweils bezogen auf die Einspeicherzeit ermittelt werden, wobei
der Quotient der Integralwerte des Stickoxid-Massenstroms vor und
nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator zudem in eine Relativbeziehung
mit einem vorgebbaren, von einem Abgasgrenzwert abgeleiteten Stickoxid-Konvertierungsgrad
gebracht wird, so dass beim Vorliegen dieser vorgegebenen Umschaltbedingung
im Falle eines innerhalb des Betriebsfeldes liegenden Umschalt-Betriebspunktes
das Umschalten von der Einspeicher phase (Magerbetrieb) auf die Entladephase
(Fettbetrieb) zum hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Einspeicherpotential
optimierten Umschaltzeitpunkt durchgeführt wird. Vorteilhaft wird hier
als Bezugsgröße für das Umschalten
somit auf die in eine Relativbeziehung zueinander gebrachten Zeitintegrale
der Stickoxidmenge vor und nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator
in Verbindung mit einem vorgebbaren Konvertierungsgrad abgestellt.
D. h., dass bei dieser Entladestrategie die Endrohremissionen bezüglich Stickoxid
weitgehend unabhängig vom
Alterungszustand des Katalysators sind und des weiteren das Abgasergebnis
auch weitgehend unabhängig
von der Anzahl der Entladungen pro Zeiteinheit ist. Mit einer derartigen
Betriebsweise kann vorteilhaft die jeweils im Katalysator vorhandene
Einspeicherungskapazität
voll ausgenützt
werden, was sich beim neuen bzw. neueren Katalysator in einem gegenüber einem
gealterten Speicherkatalysator reduzierten Kraftstoffverbrauch niederschlägt, da der neue
bzw. neuere Katalysator weniger oft entladen zu werden braucht als
ein gealterter Katalysator, da der relative Schlupf, bei dem entladen
werden soll, erst zu einem späteren
Zeitpunkt als dies beim gealterten Speicherkatalysator der Fall
ist, erreicht wird. Beim gealterten Speicherkatalysator steigt bei
der Betriebsweise in Verbindung mit dem relativen Schlupf nur die
Anzahl der Entladungen, wobei diese jedoch weitgehend unabhängig vom
Abgasergebnis als solchem sind. Denn mit dieser Betriebsweise würde stets
nur dann entladen, wenn dies erforderlich wird, um nicht den vorgegebenen
Abgasgrenzwert pro Zeiteinheit zu überschreiten, da die aufintegrierten
Stickoxid-Massenströme
vor und nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator hier in Bezug zu
dem für
die Einhaltung eines Abgasgrenzwertes erforderlichen Konvertierungsgrad
gesetzt werden. Im Gegensatz zur Betriebsweise gemäß dem Stand
der Technik braucht aufgrund der Ausnutzung des vollen Einspeicherpotentials
ein neuer Speicherkatalysator auf eine bestimmte Zeitdauer gesehen
weniger oft entladen zu werden, als dies beim neuen Speicherkatalysator gemäß dem Stand
der Technik der Fall ist, bei dem das Einspeicherpotential eines
neuen Speicherkatalysators nicht voll ausgenutzt werden kann. Denn
bei der Betriebsweise gemäß dem Stand
der Technik gilt die pro Ent ladung vorgegebene absolute Stickoxid-Schlupfmenge
als fester Wert sowohl für
den alten als auch für
den neuen Speicherkatalysator, so dass auch der neue Speicherkatalysator
beim Stand der Technik stets dann eine Entladung durchzuführen hat,
wenn dieser von vorneherein festgelegte absolute Stickoxid-Schlupf
erreicht ist, und dies obwohl hier der neue Stickoxid-Speicherkatalysator
noch weiter Stickoxide einlagern könnte. Im Gegensatz dazu wird bei
der Betrachtungsweise durch die Relativbeziehung stets das gesamte
momentane Einspeicherpotential ausgenutzt, so dass gegenüber der
Betriebsweise beim Stand der Technik insbesondere bezogen auf einen
neuen bzw. neueren Speicherkatalysator eine erhebliche Kraftstoffeinsparung
erzielt wird. Denn bei der Betriebsweise gemäß dem Stand der Technik wird,
da beim neuen bzw. neueren Speicherkatalysator die Entladung bereits
früher
als erforderlich eingeleitet wird, auch ein fettes Gemisch früher als
nötig zugegeben.
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Gemäß einer besonders bevorzugten
Verfahrensführung
ist nach Anspruch 4 vorgesehen, dass der relative Schlupf der Quotient
aus dem Integral über
dem Stickoxid-Massenstrom nach dem Stickoxid-Katalysator und aus
dem Integral über
dem Stickoxid-Massenstrom vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator
ist. Dieser Quotient wird zur Ermittlung der Umschaltbedingung gleich
einem vorgebbaren Umschaltschwellwert K gesetzt, der auf den vorgebbaren
Stickoxid-Konvertierungsgrad
zurückgeht,
so dass beim Erfüllen
dieser Umschaltbedingung ein Umschalten von der Einspeicherphase
am Ende der Summe der ermittelten Einspeicherzeit auf die Entladungsphase
erfolgt. Beispielsweise genügt
dieser Umschaltschwellwert K nach Anspruch 5 folgender Gleichung:
K
= 1 – vorgegebene
Stickoxid-Konvertierungsrate
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Die vorgegebene Stickoxid-Konvertierungsrate
ist dabei stets kleiner 1, beträgt
vorzugsweise jedoch wenigstens 0,8, höchst bevorzugt im Hinblick auf
die Euro-IV-Abgasgrenzwertnorm jedoch in etwa 0,95.
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Gemäß einer weiteren besonders
bevorzugten Verfahrensführung
nach Anspruch 6 wird zur Ermittlung des Alterungsgrades des Speicherkatalysators
aus dem Integralwert des Stickoxid-Massenstroms vor und/oder nach
dem Speicherkatalysator und/oder dem Umschaltzeitpunkt jeweils beim
Erfüllung
der Umschaltbedingung zudem der Umschalt-Betriebspunkt als Funktion
einer momentanen Betriebstemperatur zum Umschaltzeitpunkt ermittelt. Der
jeweilige Umschalt-Betriebspunkt wird in einer zweiten Stufe zur
Ermittlung des Alterungsgrades des Speicherkatalysators mit einem über ein
Temperaturfenster verlaufenden, vorgebbaren, insbesondere hinsichtlich
des Kraftstoffverbrauchs optimierten Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld,
das durch eine Vielzahl von einzelnen Betriebspunkten für einen neuen
und einen gealterten Speicherkatalysator gebildet ist, verglichen.
Ein innerhalb des Speicherkatalysator-Kapazitätsfeldes liegender Umschalt-Betriebspunkt
stellt keine Unterschreitung der minimalen Stickoxid-Speicherfähigkeit
dar, sondern stellt die Änderung
gegenüber
dem vorherigen Betriebspunkt als ein Maß für die Speicher- katalysator-Alterung dar,
während
ein das Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld verlassender Umschalt-Betriebspunkt
eine Unterschreitung der minimalen Stickoxid-Speicherfähigkeit
anzeigt.
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Vorteilhaft wird mit einer derartigen
Verfahrensführung
somit auf einfache Weise zugleich eine zuverlässige Bewertung des Alterungsgrades
eines Stickoxid-Speicherkatalysators möglich, da durch die zusätzliche
Bezugnahme auf eine momentane Betriebstemperatur zum Umschaltzeitpunkt
ein Umschalt-Betriebspunkt
ermittelt wird, der im Vergleich mit einem Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld eine genaue,
zuverlässige
Aussage über
den jeweiligen Alterungszustand des Stickoxid-Speicherkatalysators
ermöglicht.
Denn ein bereits zu regenerierender Speicherkatalysator kann unter
günstigen
Betriebsbedingungen, d. h. insbesondere optimalen Betriebstemperaturen,
regelmäßig noch
mit einer geringeren Anzahl von Entladungen auskommen, als dies
bei demgegenüber
ungünstigeren
Betriebstemperaturen der Fall wäre.
Dies bedeutet, dass durch die geringe Anzahl von Entladungen im
optimierten Betriebsbereich kein zu hoher Kraftstoffverbrauch vorliegt,
als dies bei ungünstigeren
Betriebsbedingungen der Fall ist, bei denen derselbe Speicherkatalysator öfter Entladen
werden muss. D. h., dass mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise bereits
auch in solchen Betriebszuständen,
in denen noch optimierte Betriebsbedingungen vorliegen, eine Aussage
getroffen werden kann, ob der Speicherkatalysator bereits zu regenerieren
ist oder nicht. Die Regenerierung wird hier durch die Bezugnahme
auf die Betriebstemperatur des Speicherkatalysators zum richtigen
und damit optimalen Zeitpunkt erkannt, was sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch
auswirkt, da ein Betrieb des Speicherkatalysators nur im hinsichtlich
des Kraftstoffverbrauchs erwünschten
Betriebsbereich erfolgt. Vorteilhaft kann hier somit ein einmal
ermittelter Umschalt-Betriebspunkt einerseits zum Vergleich mit dem
Betriebsfeld als Funktion der Lastaufnahme der Brennkraftmaschine
und zudem zum Vergleich mit dem Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld verwendet werden,
um daraus die optimale Betriebsweise der Brennkraftmaschine und/oder
des Speicherkatalysators abzuleiten.
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Bevorzugt ist das Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld bezogen
auf das Temperaturfenster nach Anspruch 7 einerseits durch eine
Grenzlinie für
einen neuen Speicherkatalysator und andererseits durch eine Grenzlinie
für einen
einen Grenzalterungszustand darstellenden gealterten Speicherkatalysator begrenzt.
D. h., dass der zwischen diesen beiden Grenzkurven liegende Bereich
des Speicherkatalysator-Kapazitätsfeldes
ein Maß für die Katalysatoralterung
darstellt. Die Grenzlinie für
den einen Grenzalterungszustand darstellenden gealterten Speicherkatalysator
kann je nach den individuellen Erfordernissen gewählt werden,
d. h. z. B. in Abhängigkeit vom
vorgegebenen, gerade noch tolerierbaren erhöhten Kraftstoffverbrauch in
Verbindung mit einem gealterten Speicherkatalysator und/oder einer
vorgegebenen Speicherkatalysator-Standzeit. Besonders bevorzugt
umfasst das Temperaturfenster nach Anspruch 8 Temperaturwerte zwischen
in etwa 200°C und
in etwa 450°C,
wobei z. B. ein optimaler Betriebspunkt im Bereich von 280°C bis 320°C liegt.
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Besonders bevorzugt ist nach Anspruch
9 ein Verfahren, bei dem bei Unterschreitung der minimalen Stickoxid-Speicherfähigkeit
ein Fehlersignal im Motorsteuergerät gesetzt wird, so dass z.
B. ein Austausch des Stickoxid-Speicherkatalysators
vorgenommen werden kann, um die Brennkraftmaschine weiterhin mit
niedrigem Kraftstoffverbrauch betreiben zu können.
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Nach Anspruch 10 wird der Stickoxid-Massenstrom
vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator modelliert. Grundsätzlich könnte dieser
Stickoxid-Massenstrom vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator jedoch
auch gemessen werden, z. B. mittels eines Stickoxid-Sensors. Ein
derartiger Stickoxid-Sensor wird nach Anspruch 11 vorteilhaft jedoch
nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator vorgesehen, um den Stickoxid-Massenstrom
nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator zu messen. Insbesondere für die Zeiten,
in denen der Stickoxid-Sensor nicht betriebsbereit ist, kann auch
der Stickoxid-Massenstrom nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator
modelliert werden. Unter Modellierung wird dabei verstanden, dass der
Stickoxid-Rohmassenstrom vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator bzw.
der Stickoxid-Massenstrom nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator
einem Stickoxid-Einspeichermodell bzw. einem Stickoxid-Rohemissionsmodell
entnommen werden. In den Modellen wird z. B. aus den Betriebspunkt
der Brennkraftmaschine beschreibenden Parametern, z. B. der zugeführten Kraftstoffmasse
oder Luftmasse, dem Drehmoment, etc., der Stickoxid-Rohmassenstrom modelliert.
Ebenso kann der modellierte Stickoxid-Rohmassenstrom aber auch einer Kennlinie
oder einem Kennfeld entnommen werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
einer Zeichnung näher
erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein
Diagramm der Stickoxidmenge über
der Zeit für
einen neuen Stickoxid-Speicherkatalysator,
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2 ein
schematisches Diagramm der Stickoxidmenge über der Zeit für einen
gealterten Stickoxid-Speicherkatalysator,
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3 eine
schematische vergleichende Darstellung der Entladezyklen eines neuen
und gealterten Stickoxid-Speicherkatalysators,
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4 ein
schematisches Diagramm des Verbrauchs über den Emissionen mit Applikationslinien
für einen
neuen und einen alten Stickoxid-Speicherkatalysator im Vergleich,
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5 eine
schematische Darstellung eines hinsichtlich des Kraftstoffeinsparpotentials
optimierten Betriebsfeldes als Funktion der Lastaufnahme,
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6 eine
schematische Darstellung eines Speicherkatalysator-Betriebsfeldes über ein
Temperaturfenster,
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7 eine
schematische Darstellung der Stickoxidmenge über der Zeit für eine Betriebsweise gemäß dem Stand
der Technik.
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In 7 ist
eine schematische Darstellung der Stickoxidmenge über der
Zeit für
eine Betriebsweise eines Stickoxid-Speicherkatalysators gemäß dem Stand
der Technik dargestellt. So ist hier im linken Teil des Diagramms
bezogen auf den fest vorgegebenen absoluten Stickoxid-Schlupf die
maximale Einspeicherzeit dargestellt, und zwar mit durchgezogenen
Linien für
den neuen Speicherkatalysator und strichliert für den gealterten Speicherkatalysator. Rein
schematisch ist hier dargestellt, dass die Anzahl der Entladungen
beim gealterten Speicherkatalysator höher ist, so dass, da jedes
Mal in etwa eine gleiche Menge an Stickoxiden pro Zeiteinheit eingespeichert
ist, während
einer bestimmten Zeitspanne beim gealterten Stickoxidkatalysator
eine höhere Stickoxidmenge
abgegeben wird als dies während
der gleichen Zeitspanne beim neuen Speicherkatalysator der Fall
ist. Dies führt
dazu, dass hier die Anzahl der Entladungen pro Zeitspanne direkt
in das Abgasergebnis mit eingeht und somit in Bezug auf die Einhaltung
der Abgasgrenzwerte pro vorgegebener Abgasgrenzwert-Zeiteinheit
auf die Anzahl der möglichen Entladungen
eines gealterten Speicherkatalysators am Ende dessen Lebensdauer
abzustellen ist und daher der fest vorgegebene absolute Schlupfwert entsprechend
reduziert werden muss, um die Abgasnorm zu erfüllen. Dies ist im rechten Teil
des Diagramms schematisch dargestellt und führt somit dazu, dass das Einspeicherpotential
des neuen Speicherkatalysators nicht ausgenutzt wird. Da nun aber bei
dieser Betriebsweise – auf
Grund des fest vorgegebenen absoluten Schlupfes – beim neuen Speicherkatalysator
die Entladung bereits früher
als eigentlich nötig
eingeleitet wird, wirkt sich dies beim neuen Speicherkatalysator
nachteilig auf den Kraftstoffverbrauch aus, da ein fetteres Gemisch
früher als
nötig abgegeben
wird. Das heißt,
dass bezogen auf eine bestimmte Zeitspanne eigentlich mehr fettes Gemisch
zugegeben wird als dies während
dieser Zeitspanne erforderlich gewesen wäre, wenn die eigentlich vorhandene
Speicherkapazität
eines neuen bzw. neueren Speicherkatalysators vollständig ausgenutzt
worden wäre.
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In den 1 und 2 ist lediglich zur Veranschaulichung
des Prinzips einer konkreten erfindungsgemäßen Verfahrensweise schematisch
und beispielhaft jeweils die Stickoxidmenge über der Zeit aufgetragen, wobei
die Stickoxidmenge aufsummiert dargestellt ist. Ausgehend von einer
lediglich zur einfacheren Veranschaulichung angenommenen konstanten
Anlieferung einer konstanten Stickoxidmenge über der Zeit ergibt das Integral über den
Stickoxid-Massenstrom vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator über die
betrachtete Zeitspanne einen linearen Anstieg, wie dies in den 1 und 2 schematisch dargestellt ist. Bei einem
neuen Stickoxid-Speicherkatalysator ist noch die volle Speicherkapazität vorhanden,
d. h., es hat noch z.B. keine Vergiftung durch Schwefel stattgefunden,
so dass für
eine Einspeicherzeit t1 so lange Stickoxide
in den Stickoxid-Speicherkatalysator eingelagert werden, bis der
Quotient aus dem Integral über
den Stickoxid-Massenstrom nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator
und aus dem Integral über
den Stickoxid-Massenstrom vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator
gleich einem vorgegebenen, von einem Abgasgrenzwert abgeleiteten Umschaltschwellwert
K ist, der auf einen vorgegebenen, von einem Abgasgrenzwert abgeleiteten
Stickoxid-Konvertierungsgrad zurückdreht,
so dass beim Erfüllen
dieser Umschaltbedingung nach Ablauf der Einspeicherzeit t1 ein Umschalten auf eine hier nicht mehr
dargestellte Entladungsphase erfolgt, in der fettes Gemisch zum
Ausspeichern der Stickoxide zugeführt wird. Beispielsweise beträgt der Umschaltschwellwert
K bei einer vorgegebenen Stickoxid-Konvertierungsrate von 95%, d.
h. von 0,95, dann 0,05 bezogen auf 1 (= 100%) als Bezugsgröße. Dies bedeutet,
dass im vorliegenden Fall eines neuen Stickoxid-Speicherkatalysators
dann die Entladungsphase eingeleitet wird, wenn der Quotient aus
den beiden oben angegebenen Integralen gleich 0,05 oder 5% ist.
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In der 2 ist
nun im wesentlichen dasselbe für
einen gealterten Stickoxid-Speicherkatalysator dargestellt,
d. h. bei einem Stickoxid-Speicherkatalysator der z. B. bereits
stark mit Schwefel vergiftet ist. Wie dies aus der lediglich schematisch
und beispielhaften Darstellung der 2 ersichtlich
wird, sind bei einem derartigen gealterten Stickoxid-Speicherkatalysator
innerhalb der gleichen betrachteten Zeitspanne t1 z.
B. lediglich zwei Entladungen erforderlich, und zwar einmal nach
einer Zeit t2, die vor der Zeit t1 liegt, und dann wiederum zum Zeitpunkt
t1, der dem Zeitpunkt t1 der 1 entspricht. Durch den
relativen Schlupf als Quotienten aus dem Integral über den Stickoxid-Massenstrom
nach und vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator und dessen in Beziehung setzen
mit einem vorgegebenen, von einem Abgasgrenzwert ableitbaren Stickoxid-Konvertierungsgrad wird
erreicht, dass zum Umschaltzeitpunkt, zu dem die Umschaltbedingung
erfüllt
ist, der Quotient der Integralwerte X2 und
X3 zum Zeitpunkt t2 und
der Quotient der Integralwerte X1 und X0 zum Zeitpunkt t, sowie auch der Quotient
aus der Differenz der Integralwerte X1 – X2 und X0 – X3 zum Zeitpunkt t1 stets
gleich dem vorgegebenen Umschaltschwellwert K ist. Ebenso entspricht
der Quotient der Integralwerte X1 und X0 zum Zeitpunkt t1 (Umschaltzeitpunkt)
der 1, d.
h. beim neuwertigen Stickoxid-Speicherkatalysator diesem Umschaltschwellwert
K, so dass durch die erfindungsgemäße Bezugnahme auf den Stickoxid-Konvertierungsgrad
stets sichergestellt ist, dass eine Entladung dann stattfindet,
wenn dies zur Erfüllung
der auf einen bestimmten Abgasgrenzwert zurückgehenden Konvertierungsgrad
erforderlich ist. D. h., dass die jeweils im Stickoxid-Speicherkatalysator
vorhandene Einspeicherkapazität
entsprechend dem Alterungszustand des Stickoxid-Speicherkatalysators
voll ausgenutzt werden kann.
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Wie dies insbesondere aus der 3 hervorgeht, wird durch
diese Verfahrensweise weiter erreicht, dass der Abgasgrenzwert stets
eingehalten wird, da die Anzahl der Entladungen zwar mit zunehmender
Alterung des Katalysators ansteigt, diese jedoch keinerlei Einfluss
auf die Abgasmengen als solche hat, da die Anzahl der Entladungen
zu jedem Alterungszeitpunkt so optimal an die erforderliche Konvertierungsrate
und damit den vorgegebenen Abgasgrenzwert angepasst wird, dass dieser
Abgasgrenzwert und damit die erforderliche Konvertierungsrate pro
Abgasgrenzwert-Zeitspanne nicht überschritten wird.
So entspricht die in der 3 auf
der oberen Abszisse pro Entladevorgang abgegebene und schraffiert
dargestellte Abgasmenge als Summe der Abgasmengen A1,
A2, A3, A4 und A5, wobei hier
für den
Sonderfall Konstantbetriebspunkt der Brennkraftmaschine A1 = A2 = A3 = A4 = A5 ist, genau der auf der unteren Abszisse
dargestellten Abgasmenge als Summe der Flächen a1 bis
a10, wobei auch hier für den Sonderfall Konstantbetriebspunkt
der Brennkraftmaschine a1 = a2 =
a3 = ... = a10 ist.
Zudem ist hier die Summe der Flächenintegrale
der Nach-Katemissionen beim neuen und beim gealterten Speicherkatalysator
nahezu gleich.
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Das heißt, dass über die gleiche Zeitspanne betrachtet
beim gealterten Stickoxid-Speicherkatalysator nur die Zahl der Entladungen
steigt, nicht jedoch die während
dieser Zeitspanne abgegebene Stickoxidmenge, so dass ein vorgegebener
Emissionsgrenzwert als Abgaswert dadurch stets eingehalten werden
kann.
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Der Vorteil dieser Verfahrensführung zeigt sich
auch im in der 4 dargestellten
Diagramm des Kraftstoffverbrauchs über den Emissionen. In diesem
Diagramm ist einmal die Betriebslinie als Applikationslinie Bneu für
einen neuen Stickoxid-Speicherkatalysator und eine Betriebslinie
als Applikationslinie Balt für einen
gealterten Stickoxid-Speicherkatalysator dargestellt. Dieses Diagramm
zeit, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator, wie dies in der 4 durch Bezugszeichen 1
gezeigt ist, mit niedrigem Verbrauch ohne ein Vor- halten der Katalysatoralterung,
wie dies bei der Verfahrensführung
gemäß dem Stand
der Technik der Fall ist und dies in der 4 mit 1' und strichliert eingezeichnet ist,
möglich
ist, so dass im Verlauf der Katalysatoralterung durch die gesteigerte
Anzahl der Entladungen zwar der Verbrauch ansteigt, jedoch keine Überschreitung der
Emissionsgrenze erfolgt. Im Gegensatz zur Betriebsweise gemäß dem Stand
der Technik ist hier zwar bei der erfindungsgemäßen Betriebsweise das Abgasergebnis
beim neuen Speicherkatalysator „schlechter", liegt jedoch dauerhaft
unter dem vorgeschriebenen Abgasgrenzwert. Das heißt, dass
mit dieser Betriebsweise eine stets optimierte Betriebsweise möglich ist,
ohne dass ein unnötiges
Vorhalten beim neuen Speicherkatalysator stattfindet.
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In der 5 ist
nunmehr ein hinsichtlich des Kraftstoffeinsparpotentials optimiertes
Betriebsfeld als Funktion der Lastaufnahme der Brennkraftmaschüne dargestellt,
wobei auf der Abszisse die Lastaufnahme aufgetragen ist, während auf
der Ordinate hier einmal die Stickoxid-Emissionen, d. h. insbesondere
die Stickoxid-Rohemissionen aufgetragen sind. Aus der NOx-Kurve
ist ersichtlich, dass mit zunehmender Lastaufnahme die Stockoxid-Rohemissionen ansteigen.
Ferner ist auf der Ordinate auch noch das Einsparpotential schematisch
aufgetragen. Das Einsparpotential über der Lastaufnahme spannt
das lastab hängige
Betriebsfeld auf, das einerseits durch eine Einsparpotential-Grenzkurve
Gneu eines neuen Stickoxid-Speicherkatalysators
und andererseits durch eine Einsparpotential-Grenzkurve Galt für
einen einen Grenzalterungszustand darstellenden gealterten Speicherkatalysator
begrenzt ist. Wie ein Vergleich dieser beiden Grenzkurven Gneu und Galt zeigt, ist
das Einsparpotential bezüglich
des Kraftstoffverbrauchs für
einen neuen Speicherkatalysator größer als bei einem alten bzw.
gealterten Speicherkatalysator. Dieses hinsichtlich des Kraftstoffeinsparpotentials
optimierte Betriebsfeld als Funktion der Lastaufnahme der Brennkraftmaschine
wird somit durch eine Vielzahl von einzelnen Betriebspunkten für einen
neuen und einen gealterten Speicherkatalysator gebildet.
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Für
eine erfindungsgemäße Bestimmung und/oder
Steuerung bzw. Regelung eines sinnvollen Magenbetriebs wird in einem
ersten Verfahrensschritt der relative Stickoxid-Schlupf, wie dies
zuvor bereits ausführlich
beschrieben worden ist, als Umschaltbedingung ermittelt, so dass
beim Vorliegen dieser vorgegebenen Umschaltbedingung das Umschalten
von der Einspeicherphase auf die Entladephase, d. h. vom Magerbetrieb
auf den Fettbetrieb zum hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Einspeicherpotential
optimierten Umschaltzeitpunkt durchgeführt werden könnte.
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Dieser so ermittelte Umschalt-Betriebspunkt wird
in einem zweiten Verfahrensschritt mit dem lastabhängigen Betriebsfeld
verglichen. Dieses lastalbhängige
Betriebsfeld ist in der 5 dargestellt
und durch eine Einsparpotential-Grenzkurve Gneu für
einen neuen Stickoxid-Sparkatalysator sowie für eine Einsparpotential-Grenzkurve
Galt für
einen alten Stickoxid-Speicherkatalysator aufgespannt. Auf der Abszisse
des in der 5 lediglich
beispielhaft und schematisch dargestellten Diagramms ist die Lastaufnahme
aufgetragen. Der oberhalb der Lastaufnahmen-Abszisse liegende Teil
des Betriebsfeldes ist schraffiert dargestellt und stellt ein sog.
positives Kraftstoffeinsparpotential dar, während der nicht mehr schraffierte
Teil des Betriebsfeldes unterhalb der Last aufnahmen-Abszisse bereits
ein negatives Kraftstoffeinsparpotential, d.h. einen erhöhten Kraftstoffverbrauch
darstellt. Zudem ist im Diagramm der 5 auch
noch der Anstieg der NOx-Emissionen, d.h. insbesondere der NOx-Rohemissionen
bei zunehmender Lastaufnahme gezeigt. Betrachtet man beispielhaft
einen Konstantlastfall 1, der im Diagramm der 5 im wesentlichen durch
die Schnittpunkte mit den Einsparpotential-Grenzkurven Gneu und Galt als
Umschalt-Betriebspunkte Zne
u1 und
Zalt1 charakterisiert ist, so wird hieraus
deutlich, dass das Kraftstoffeinsparpotential bei einem neuen Speicherkatalysator
wesentlich größer ist
als bei einem alten bzw. gealterten Speicherkatalysator. Dies bedeutet, dass
beim neuen Speicherkatalysator auch ein sinnvoller Magerbetrieb
noch bei höheren
Lastaufnahmen möglich
ist als bei einem gealterten Speicherkatalysator. Wie ein Vergleich
der beiden Betriebspunkte Zalt
1 und
Zneu2 zeigt, wird derselbe Grenzzustand
für einen
sinnvollen Magerbetrieb bei einem neuen Speicherkatalysator bei
einer wesentlich höheren
Lastaufnahme erreicht als dies bei einem alten bzw. gealterten Speicherkatalysator
der Fall ist.
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Bei Betrachtung des Konstantlastfalls 2 in der 5 stellt eine Speicherkatalysatoralterung
von Zne
u2 in Richtung
Zalt
2 eine solche
Verschlechterung des Einsparpotentials dar, so dass kein sinnvoller Magerbetrieb
mehr möglich
ist und die Motorsteuerung hier bei einer derartigen Lastaufnahme
einen Lambdabetrieb der Brennkraftmaschine, bei dem Lambda gleich
1 ist, vorgibt.
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In der 6 ist
zudem noch ein Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld über ein Temperaturfenster dargestellt,
wobei auf der Abszisse hier die Temperatur in °C aufgetragen ist und die Ordinate
hier den Integralwert des Stickoxid-Massenstroms vor dem Speicherkatalysator
zeigt. Das heißt,
dass das hier dargestellte Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld bezogen
auf die Integralwerte des Stickoxid-Massenstroms vor dem Speicherkatalysator
dargestellt ist. Grundsätzlich
könnte
hier aber alternativ auch ein Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld dargestellt
sein, das auf die Integralwerte nach dem Stickoxid-Speicherkata lysator
und/oder auf die Zeit bezogen ist. Die Bezugnahme auf die Integralwerte
vor dem Stickoxid-Massenstrom ist hier jedoch bevorzugt, da diese im
Gegensatz zu den auch noch von anderen Faktoren abhängigen Integralwerten
nach dem Speicherkatalysator und der ebenfalls noch von anderen
Faktoren abhängigen
Zeit eine noch zuverlässigere
Aussage über
den Alterungszustand des Speicherkatalysators ermöglicht.
Wie 6 zeigt, ist das
Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld
bezogen auf das Temperaturfenster einerseits durch eine vorgegebene Grenzlinie
Bneu für
einen neuen Speicherkatalysator und andererseits durch eine vorgebbare
Grenzlinie Balt für einen einen Grenzalterungszustand
darstellenden gealterten Speicherkatalysator begrenzt. Der dazwischenliegende,
schraffierte Kapazitätsfeldbereich
ist ein Maß für die Katalysatoralterung.
Das Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld
ist hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs optimiert vorgegeben und durch
eine Vielzahl von einzelnen, z. B. messtechnisch ermittelten Betriebspunkten
für einen
neuen und einen mehr oder weniger gealterten Speicherkatalysator
aufgespannt.
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Im hier in der 6 dargestellten Fall wird ein Integralwert
X eines Stickoxidmassenstroms vor dem Speicherkatalysator beim Erfüllen der
Umschaltbedingung in Verbindung mit der momentanen Betriebstemperatur
zum Umschaltzeitpunkt gebracht, die hier beispielsweise 320°C beträgt. Auf diese
Weise wird im Diagramm der 6 ein
Umschalt-Betriebspunkt U ermittelt, der im in der 6 dargestellten Beispiel im Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld liegt.
Dieser innerhalb des Speicherkatalysator-Kapazitätsfeldes liegende Umschalt-Betriebspunkt stellt
keine Unterschreitung der minimalen Stickoxid-Speicherfähigkeit
dar, so dass z. B. ein i. O-Signal an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung weitergeleitet
wird. Die Änderung
gegenüber
einem vorhergehenden Betriebspunkt ausgehend von einem Betriebspunkt
Uneu eines neuen Stickoxid-Speicherkatalysators
stellt, wie dies in 6 schematisch durch
den Pfeil 1 dargestellt ist, ein Maß für die Speicherkatalysatoralterung
dar. D. h. dass der Integralwert des Stickoxid-Massenstroms vor
dem Speicherkatalysator beim Regenerieren stets neu erlernt wird. Wenn
eine Änderung
in Richtung des Pfeils 1 dergestalt stattgefunden hat, dass ein
Betriebspunkt unterhalb eines Grenz-Betriebspunktes Ualt liegt,
wird ein Unterschreiten der minimalen Stickoxid-Speicherfähigkeit
erkannt und ein Fehlersignal im Motorsteuergerät gesetzt.
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Die 6 zeigt
hier somit, dass zu jedem Betriebszustand des Stickoxid-Speicherkatalysators in
Abhängigkeit
von der Betriebstemperatur eine Aussage über den genauen Alterungszustand
des Stickoxid-Speicherkatalysators getroffen werden kann. Da die
einen Grenzalterungszustand darstellende untere gealterte Speicherkatalysator-Grenzlinie
von der Lage her an einen vorgegebenen Kraftstoffverbrauch in Verbindung
mit den Entladungen angepasst werden kann, kann daher eine nicht
mehr tolerierbare Speicherkatalysator-Alterung bereits zu einem Zeitpunkt
angezeigt werden, zu dem sich der Kraftstoffverbrauch noch im vorgegebenen
Toleranzrahmen hält.
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Eine Kombination all dieser Maßnahmen führt daher
zu einer besonders vorteilhaften Betriebsmöglichkeit für eine Brennkraftmaschine,
und zwar insbesondere im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch und/oder
den sinnvollen Magerbetrieb.