DE10253613B4

DE10253613B4 - Method for operating an internal combustion engine of a vehicle, in particular a motor vehicle

Info

Publication number: DE10253613B4
Application number: DE2002153613
Authority: DE
Inventors: Bodo Odendall
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2022-11-16
Also published as: DE10253613A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einem ersten Betriebsbereich als Magerbetriebsbereich, in dem die Brennkraftmaschine mit einem einen Luftüberschuss und damit einen Sauerstoffüberschuss aufweisenden, mageren Gemisch betrieben wird, und in dem die von der Brennkraftmaschine erzeugten Stickoxide in einen Stickoxid-Speicherkatalysator eingespeichert werden, wobei zum Entladen des Stickoxid-Speicherkatalysators mittels eines Motorsteuergerätes vom Magerbetriebsbereich auf einen fetten Betriebsbereich umgeschalten wird, in dem die Brennkraftmaschine mit einem einen Luftmangel aufweisenden, fetten Gemisch betrieben wird und in dem die während des Magerbetriebsbereiches in den Stickoxid-Speicherkatalysator eingespeicherfen Stickoxide aus dem Stickoxid-Speicherkatalysator ausgespeichert werden, und mit einem zweiten Betriebsbereich als homogenen Betriebsbereich, in dem die Brennkraftmaschine mit einem im Wesentlichen stöchiometrischen homogenen Gemisch (Lambda = 1) betrieben wird, wobei das Umschalten zwischen dem Magerbetriebsbereich und dem homogenen Betriebsbereich von dem Motorsteuergerät in Abhängigkeit von einer betriebsbedingten Last- und/oder Drehzahlanforderung bei Erreichen einer vorgebbaren Umschaltbedingung vorgenommen wird, wobei vom Motorsteuergerät vor dem...Method for operating an internal combustion engine of a vehicle, in particular a motor vehicle, with a first operating area as a lean operating area, in which the internal combustion engine is operated with a lean mixture that has an excess of air and thus an excess of oxygen, and in which the nitrogen oxides generated by the internal combustion engine are converted into a nitrogen oxide Storage catalytic converter are stored, wherein for discharging the nitrogen oxide storage catalytic converter by means of an engine control unit, a switch is made from the lean operating area to a rich operating area in which the internal combustion engine is operated with a rich mixture which has a lack of air and in which the nitrogen oxide storage catalytic converter is used during the lean operating area stored nitrogen oxides are stored out of the nitrogen oxide storage catalytic converter, and with a second operating area as a homogeneous operating area, in which the internal combustion engine with a stoichiometric homogeneous mixture (lambda = 1) is operated, the switching between the lean operating range and the homogeneous operating range being carried out by the engine control unit as a function of an operational load and / or speed requirement when a predefinable changeover condition is reached, the engine control unit before .. ,

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine of a vehicle, in particular of a motor vehicle according to the preamble of claim 1.

In der heutigen Fahrzeugtechnik werden Otto-Motoren als Brennkraftmaschinen mit einer Benzin-Direkteinspritzung anstatt einer konventionellen Saugrohreinspritzung bevorzugt, da derartige Brennkraftmaschinen gegenüber den herkömmlichen Otto-Motoren deutlich mehr Dynamik aufweisen, bezüglich Drehmoment und Leistung besser sind und gleichzeitig eine Verbrauchssenkung um bis zu 15% ermöglichen. Möglich macht dies vor allem eine sogenannte Schichtladung im Teillastbereich, bei der nur im Bereich der Zündkerze ein zündfähiges Gemisch benötigt wird, während der übrige Brennraum mit Luft befüllt wird. 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 konzentriert, während sich in den Randbereichen des Brennraums reine Luft befindet. Um das Kraftstoff-Gemisch um die zentrale im Brennraum positionierte Zündkerze herum zentrieren zu können, ist eine gezielte Luftströmung im Brennraum erforderlich, eine sogenannte Tumbleströmung. Dazu wird im Brennraum eine intensive, walzenförmige Strömung ausgebildet und der Kraftstoff erst im letzten Drittel der Kolbenaufwärtsbewegung eingespritzt. Durch die Kombination von spezieller Luftströmung und gezielter Geometrie des Kolbens, der z.B. über eine ausgeprägte Kraftstoff-Strömungsmulde verfügt, wird der besonders fein zerstäubte Kraftstoff in einem sogenannten „Gemischballen" optimal um die Zündkerze konzentriert und sicher entflammt. Für die jeweils optimale Anpassung der Einspritzparameter (Einspritzzeitpunkt, Kraftstoffdruck) sorgt die Motorsteuerung bzw. das Motorsteuergerät.In today's automotive engineering Otto engines as internal combustion engines with gasoline direct injection preferred instead of conventional intake manifold injection, because such internal combustion engines over the conventional Otto engines have significantly more dynamics in terms of torque and performance are better while reducing consumption by up to 15%. Possible does this primarily a so-called stratified charge in the partial load range, at only in the area of the spark plug an ignitable mixture needed will while the rest Combustion chamber filled with air becomes. Because conventional Internal combustion engines that work on the intake manifold principle at one such a high excess of air, as it is with direct petrol injection, are no longer ignitable, in this stratified charging mode, the fuel mixture is central Spark plug positioned in the combustion chamber focused while there is pure air in the edge areas of the combustion chamber. Around the fuel mixture positioned around the central one in the combustion chamber spark plug to be able to center around is a targeted air flow required in the combustion chamber, a so-called tumble flow. To an intense, cylindrical flow is formed in the combustion chamber and the fuel injected only in the last third of the piston upward movement. By the combination of special air flow and targeted geometry the piston, e.g. about a pronounced one Fuel flow trough features, becomes the particularly finely atomized Fuel in a so-called "mixture bale" optimally around the spark plug concentrated and certainly kindled. For the optimal adjustment the injection parameter (injection timing, fuel pressure) ensures the engine control or the engine control unit.

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 einer erheblich größeren Stickoxidmenge im Abgas mit sich, so dass die Stickoxide (NOx) im mageren Abgas mit einem Drei-Wege-Katalysator nicht mehr vollständig 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 zusätzlich Stickoxid-Speicherkatalysatoren eingesetzt. Diese Stickoxid-Speicherkatalysatoren werden so betrieben, dass darin die von der Brennkraftmaschine erzeugten großen Mengen an Stickoxiden eingespeichert werden. Mit zunehmender gespeicherter Stickoxidmenge wird ein Sättigungszustand im Stickoxid-Speicherkatalysator erreicht, so dass der Stickoxid-Speicherkatalysator entladen werden muss. Dazu wird für eine sogenannte Entladephase kurzfristig mittels der Motorsteuerung bzw. dem Motorsteuergerät auf einen unterstöchiometrischen, fetten Motorbetrieb umgeschalten, bei dem die Brennkraftmaschine mit einem fetten, einen Luftmangel aufweisenden Gemisch betrieben wird. Zu Beginn dieser Entladephase wird regelmäßig ein Sauerstoffspeicher des Stickoxid-Speicherkatalysators entleert, wodurch der für den Ausspeichervorgang erforderliche Sauerstoff zur Verfügung gestellt wird. Der Kraftstoffmehrverbrauch für die Entladung des Stickoxid-Speicherkatalysators ist in der Regel in etwa konstant, wobei der Hauptanteil hier für die Entleerung des Sauerstoffspeichers des Stickoxid-Speicherkatalysators aufzuwenden ist. Bei diesem Ausspeichervorgang wird das eingespeicherte Stickoxid insbesondere durch die bei diesen fetten Betriebsbedingungen zahlreich vorhandenen Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxide (CO) zu Stickstoff (N₂) reduziert, das dann in die Umgebung abgegeben werden kann.Such internal combustion engines can therefore be operated in lean operation for a correspondingly long time, which, as has already been explained above, has a positive effect on the overall fuel consumption. However, this lean operation has the disadvantage of a considerably larger amount of nitrogen oxide in the exhaust gas, so that the nitrogen oxides (NOx) in the lean exhaust gas can no longer be completely reduced with a three-way catalytic converter. In order to keep the nitrogen oxide emissions within the prescribed limits, for example the Euro IV limit value, additional nitrogen oxide storage catalysts are used in connection with such internal combustion engines. These nitrogen oxide storage catalysts are operated in such a way that the large amounts of nitrogen oxides generated by the internal combustion engine are stored therein. With increasing amount of stored nitrogen oxide, a state of saturation is reached in the nitrogen oxide storage catalytic converter, so that the nitrogen oxide storage catalytic converter has to be discharged. For this purpose, for a so-called discharge phase, the engine control or the engine control unit briefly switches to sub-stoichiometric, rich engine operation, in which the internal combustion engine is operated with a rich, air-deficient mixture. At the beginning of this discharge phase, an oxygen store of the nitrogen oxide storage catalytic converter is regularly emptied, as a result of which the oxygen required for the withdrawal process is made available. The additional fuel consumption for the discharge of the nitrogen oxide storage catalytic converter is generally approximately constant, the main portion being used here for emptying the oxygen storage device of the nitrogen oxide storage catalytic converter. During this withdrawal process, the stored nitrogen oxide is reduced to nitrogen (N ₂ ), in particular by the hydrocarbons (HC) and carbon monoxides (CO) that are numerous in these rich operating conditions, which can then be released into the environment.

Es ist allgemein bekannt, eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem ersten Betriebsbereich als Magerbetriebsbereich zu betreiben, in dem die Brennkraftmaschine mit einem einen Luftüberschuss und damit einem Sauerstoffüberschuss aufweisenden, mageren Gemisch betrieben wird und in dem die von der Brennkraftmaschine erzeugten Stickoxide in einen Stickoxid-Speicherkatalysator eingespeichert werden, wobei zum Entladen des Stickoxid-Speicherkatalysators mittels eines Motorsteuergerät vom Magerbetriebsbereich auf einen fetten Betriebsbereich umgeschalten wird, in dem die Brennkraftmaschine mit einem einen Luftmangel aufweisende, fetten Gemisch betrieben wird und in dem die während des Magerbetriebsbereiches in den Stickoxid-Speicherkatalysator eingespeicherten Stickoxide aus dem Stickoxid-Speicherkatalysator ausgespeichert werden. Ferner ist ein zweiter Betriebsbereich als homogener Betriebsbereich vorgesehen, in dem die Brennkraftmaschine mit einem im Wesentlichen stöchiometrischen homogenen Gemisch (Lambda = 1) betrieben wird, wobei das Umschalten zwischen dem Magerbetriebsbereich und dem homogenen Betriebsbereich von dem Motorsteuergerät in Abhängigkeit von einer betriebsbedingten Last- und/oder Drehzahlanforderung bei Erreichen einer vorgebbaren Umschaltbedingung vorgenommen wird und wobei vom Motorsteuergerät vor dem Umschalten vom Magerbetriebsbereich auf den homogenen Betriebsbereich zuerst für eine Entladung des Stickoxid-Speicherkatalysators in den fetten Betriebsbereich geschalten wird. Konkret ist der Magerbetriebsbereich hier ein geschichteter Magerbetriebsbereich, bei dem der lambdawert umgefähr 1,4 beträgt. Insbesondere in Verbindung mit einer dynamischen Fahrweise, wie dies z.B. im Stadtverkehr der Fall ist, wird vom Motorsteuergerät aufgrund der betriebsbedingten erhöhten Last- und/oder Drehzahlanforderung regelmäßig in den homogenen Betriebsbereich umgeschalten, in dem die Brennkraftmaschine im Wesentlichen mit einem stöchiometrischen homogenen Gemisch von Lambda = 1 betrieben wird. Vom Motorsteuergerät wird dabei vor dem Umschalten in den homogenen Betriebsbereich zuerst in den fetten Betriebsbereich geschalten, um eine Entladung des Stickoxid-Speicherkatalysators vorzunehmen. Untersuchungen haben gezeigt, dass bei dieser Betriebsweise trotz eines zeitweisen Magenbetriebs das eigentlich vorhandene, theoretische Magerbetrieb-Kraftstoffeinsparpotential nicht voll ausgeschöpft wird.It is generally known to operate an internal combustion engine of a motor vehicle with a first operating range as a lean operating range, in which the internal combustion engine is operated with a lean mixture which has an excess of air and thus an excess of oxygen, and in which the nitrogen oxides generated by the internal combustion engine are put into a nitrogen oxide storage catalytic converter be stored, whereby to discharge the nitrogen oxide storage catalytic converter by means of an engine control unit from the lean operating area to a rich operating area, in which the internal combustion engine is operated with a rich mixture having a lack of air and in which the nitrogen oxides stored in the nitrogen oxide storage catalytic converter during the lean operating area be stored out of the nitrogen oxide storage catalyst. Furthermore, a second operating area is provided as a homogeneous operating area, in which the internal combustion engine is operated with an essentially stoichiometric homogeneous mixture (lambda = 1), the switching between the lean operating area and the homogeneous operating area depending on an operating load and / or speed request is made when a predeterminable switchover condition is reached and the engine control unit first switches to the rich operating range for a discharge of the nitrogen oxide storage catalytic converter before the switchover from the lean operating range to the homogeneous operating range. Specifically, the lean operating area is a stratified lean operating area in which the lambda value is approximately Is 1.4. Particularly in connection with a dynamic driving style, as is the case, for example, in city traffic, the engine control unit regularly switches to the homogeneous operating range due to the operationally increased load and / or speed requirement, in which the internal combustion engine essentially uses a stoichiometric homogeneous mixture of lambda = 1 is operated. Before switching to the homogeneous operating range, the engine control unit first switches to the rich operating range in order to discharge the nitrogen oxide storage catalytic converter. Studies have shown that despite this occasional gastric operation, the theoretical lean fuel saving potential that is actually available is not fully exploited.

Eine ähnliche Verfahrensführung ist aus der gattungsbildenden DE 101 14 456 A1 bekannt, bei der das Motorsteuergerät zudem ein Umschalten in den Magerbetriebsbereich in Abhängigkeit von der Anzahl der Hochtemperatur-Entschwefelungen des Stickoxid-Speicherkatalysators sperren kann.A similar procedure is from the generic DE 101 14 456 A1 is known in which the engine control unit can also block a switch to the lean operating range depending on the number of high-temperature desulfurization of the nitrogen oxide storage catalytic converter.

D. h., der Einleitung einer Hochtemperatur-Entschwefelungsphase wird jedes Mal geprüft, ob eine erlaubte Anzahl an Hochtemperatur-Entschwefelungen bereits überschritten ist oder nicht. Ist dies zu bejahen, so wird davon ausgegangen, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator seine Stickoxid-Speicherfähigkeit bereits irreversibel verloren hat, und dass weder eine Stickoxid-Regeneration noch eine Entschwefelung oder Hochtemperatur-Entschwefelung zu einer deutlichen Anhebung der Stickoxid-Speicherfähigkeit führen würde. Eine Verfahrensführung, bei der der Magerbetrieb in Abhängigkeit von der bereits durchgeführten Anzahl an Hochtemperatur-Entschwefelungen gesperrt wird, ist relativ einfach und auch ungenau, so dass damit die Gefahr besteht, dass das Kraftstoff-Einsparpotenzial der Brennkraftmaschine nicht im erwünschten und möglichen Umfang ausgenutzt wird.That is, the initiation of a high temperature desulfurization phase is checked every time whether a permitted number of high-temperature desulfurization has already been exceeded is or not. If the answer is affirmative, it is assumed that the nitrogen oxide storage catalyst has its nitrogen oxide storage capacity has already irreversibly lost, and that neither a nitrogen oxide regeneration nor a desulfurization or high temperature desulfurization to one would lead to a significant increase in nitrogen oxide storage capacity. A procedure, at which the lean operation depending on of those already carried out Locking the number of high temperature desulfurization is relatively easy and also inaccurate, so there is a risk that the fuel saving potential the internal combustion engine not in the desired and possible Scope is used.

Weiter ist aus der DE 100 51 184 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit einem Stickoxid-Speicherkatalysator bekannt, bei dem unzulässige Verbrennungsereignisse, wie eine verschleppte Verbrennung und/oder ein Zündaussetzer, registriert werden und in Abhängigkeit von der Häufigkeit dieser unzulässigen Verbrennungsereignisse dann eine Entscheidung erfolgt, ob der Magerbetrieb mit der zunehmenden Häufigkeit der unzulässigen Verbrennungsereignisse eingeschränkt oder gesperrt wird.Next is from the DE 100 51 184 A1 a method for operating an internal combustion engine of a vehicle with a nitrogen oxide storage catalytic converter is known, in which inadmissible combustion events, such as a delayed combustion and / or a misfire, are registered and, depending on the frequency of these inadmissible combustion events, a decision is then made as to whether the lean operation with the increasing frequency of inadmissible combustion events is restricted or blocked.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, zur Verfügung zu stellen, mit dem auf einfache Weise eine hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs optimierte Betriebsweise der Brennkraftmaschine, insbesondere durch optimierten Magerbetrieb, möglich wird.The object of the invention is therefore a method for operating an internal combustion engine of a vehicle, to provide in particular a motor vehicle with which simple way an operating mode optimized in terms of fuel consumption the internal combustion engine, in particular through optimized lean operation, possible becomes.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass die vorgebbare Umschaltbedingung zwischen dem Magerbetriebsbereich und dem homogenen Betriebsbereich mit Hilfe eines in einem Kennfeld abgelegten, betriebspunktabhängigen Kraftstoff-Minderverbrauchswertes im Magerbetriebsbereich, mit Hilfe eines in einem Kennfeld abgelegten, betriebspunktabhängigen Kraftstoff-Mehrverbrauchswertes für eine Entladung im fetten Betriebsbereich, mit Hilfe einer Magerzeit als Magerbetriebs-Zeitraum und mit Hilfe einer Fettzeit als Fettbetriebs-Zeitraum ermittelt wird, wird vorteilhaft erreicht, dass das Motorsteuergerät für jeden Betriebsbereich berechnen kann, ob der Magerbetrieb inklusive dem damit einhergehenden Fettbetrieb für die Entladungen im Vergleich zum homogenen Betriebsbereich eine Kraftstoffeinsparung mit sich bringt oder nicht. Das heißt, dass – jeweils bezogen auf einen bestimmten Betriebsbereich als Betriebszyklus – ein sinnvoller Magerbetrieb einer Brennkraftmaschine nur dann möglich ist, wenn die Kraftstoff-Mehrverbrauchsmenge während der Entladung kleiner ist als die sich während des Magerbetriebsbereichs ergebende Kraftstoffeinsparung. Sobald gemäß der erfindungsgemäßen Betriebsweise festgestellt wird, dass bei einem Magerbetrieb kein Kraftstoffverbrauchsvorteil gegenüber dem homogenen Betriebsbereich herausgefahren werden kann, wird somit vom Motorsteuergerät der homogene Betriebsbereich gewählt und der Magerbetriebsbereich gesperrt. Aufgrund dieser Verfahrensführung kann somit eine verbrauchsoptimierte Betriebsweise von Magermotoren auf einfache Weise durchgeführt werden, wodurch das Kraftstoff-Einsparpotential sehr gut ausgeschöpft werden kann. Die einzelnen Kennfelder bzw. die einzelnen Kennfeldpunkte, die ein derartiges Kennfeld aufspannen, können dabei einfachst empirisch ermittelt und im Bordcomputer bzw. der Motorsteuereinrichtung einfachst abrufbar abgelegt werden.This task comes with the characteristics of claim 1 solved. The fact that the predetermined switchover condition between the lean operating range and the homogeneous operating range with the help of a map stored, depending on the operating point Reduced fuel consumption in the lean operating range, with the help an operating point-dependent additional fuel consumption value stored in a map for one Unloading in the rich operating area, using a lean period as the lean operating period and determined with the help of a fat time as a fat operation period is advantageously achieved that the engine control unit for everyone Operating area can calculate whether the lean operation including the associated fat operation for the discharges in comparison fuel savings with the homogeneous operating range brings or not. This means, that - each in relation to a certain operating area as an operating cycle - a sensible one Lean operation of an internal combustion engine is only possible if the additional fuel consumption while the discharge is smaller than that during the lean operating range resulting fuel economy. As soon as according to the mode of operation according to the invention it is found that there is no fuel consumption advantage in a lean operation across from can be moved out of the homogeneous operating area from the engine control unit the homogeneous operating range selected and the lean operating area is blocked. Because of this procedure, thus a consumption-optimized mode of operation of lean-burn engines easily done be used, whereby the fuel saving potential is exploited very well can. The individual maps or the individual map points, that span such a map can simply be empirical determined and the simplest in the on-board computer or the engine control device available for download.

Gemäß einer besonders bevorzugten Betriebsweise nach Anspruch 2 ist vorgesehen, dass das Motorsteuergerät ein Umschalten in den Magerbetriebsbereich freigibt, falls die folgende Umschaltbedingung erfüllt ist: Kraftstoff-Minderverbrauchswert·Magerzeit > Kraftstoff-Mehrverbrauchswert·Fettzeit. According to a particularly preferred mode of operation according to claim 2, it is provided that the engine control unit enables a switchover to the lean operating range if the following switchover condition is fulfilled: Low fuel consumption value · Lean time> Higher fuel consumption value · Fat time.

Eine derartige Umschaltbedingung ist vom Motorsteuergerät relativ einfach zu errechnen, so dass eine einfache Ermittlung eines sinnvollen Magerbetriebs hierdurch möglich ist.Such a switching condition is from the engine control unit relatively easy to calculate, so a simple determination of a meaningful lean operation is possible.

Die Magerzeit kann dabei nach Anspruch 3 bevorzugt vom Motorsteuergerät als Funktion eines in einem ebenfalls einfachst, z. B. empirisch ermittelbaren Kennfeld abgelegte, betriebspunktabhängigen Stickoxid-Rohmassenstromwertes und eines aktuell erfassten Wertes über die Stickoxid-Speicherfähigkeit des Stickoxid-Speicherkatalysators ermittelt werden. Eine aktuelle Erfassung dieses letzten Wertes ist z.B. durch weiter unten beschriebene Maßnahmen möglich. Alternativ hierzu kann dieser Wert aber auch modelliert werden. Besonders einfach und bevorzugt errechnet sich nach Anspruch 4 die Magerzeit konkret aus dem Quotienten des Stickoxid-Speicherfähigkeitswertes und des Stickoxid-Rohmassenstromwertes.The lean period can preferably according to claim 3 by the engine control unit as a function in a also simple, z. B. empirically ascertainable map stored, operating point-dependent nitrogen oxide raw mass flow value and a currently recorded value via the nitrogen oxide storable speed of the nitrogen oxide storage catalyst can be determined. Current recording of this last value is possible, for example, by means of measures described below. Alternatively, this value can also be modeled. According to claim 4, the lean time can be calculated particularly simply and preferably from the quotient of the nitrogen oxide storage capacity value and the nitrogen oxide raw mass flow value.

Berücksichtigt man diese Ansätze, so ergibt sich nach Anspruch 5 folgende bevorzugte Umschaltbedingung: Kraftstoff-Minderverbrauchswert > (Kraftstoff-Mehrverbrauchswert·Fettzeit·Stickoxid-Rohmassenstromwert)/Stickoxid-Speicherfähigkeit If these approaches are taken into account, the following preferred switching condition results according to claim 5: Low fuel consumption value> (increased fuel consumption value · rich time · nitrogen oxide raw mass flow value) / nitrogen oxide storage capacity

Der Kraftstoff-Minderverbrauchswert wird dabei ebenso wie der Kraftstoff-Mehrverbrauchswert und die Stickoxid-Speicherfähigkeit in Gramm angegeben, während die Fettzeit in Sekunden und der Stickoxid-Rohmassenstromwert in Gramm pro Sekunde angegeben wird.The fuel economy value the fuel consumption and nitrogen oxide storage capacity expressed in grams, while the fat time in seconds and the nitrogen oxide raw mass flow value in Grams per second is specified.

Nach Anspruch 6 ist die Entladezeit im Fettbetrieb für jede der Entladungen in etwa konstant, so dass sich die Fettzeit aus der Summe der leicht erfassbaren Anzahl der Entladungen errechnen lässt. Diese in etwa gleiche Entladezeit ergibt sich dadurch, dass bei einer Entladung die meiste Kraftstoffmenge für das Ausspeichern des Sauerstoffs aus dem Sauerstoffspeicher benötigt wird und lediglich eine demgegenüber kleinere Kraftstoffmenge zur Ausspeicherung der Stickoxide aus dem Stickoxid-Speicherkatalysator benötigt wird. Da der Sauerstoffspeicher im Magerbetrieb bereits sehr frühzeitig vollständig beladen ist, ist dieser bei einer Entladung stets voll, so dass sich Schwankungen in der Menge der eingespeicherten Stickoxide, z.B. durch Alterung des Stickoxid-Speicherkatalysators, kaum auf die Entladezeit und auf die benötigte Kraftstoffmenge zum Entladen auswirken.According to claim 6, the discharge time in fat mode for each of the discharges is roughly constant, so the fat time from the sum of the easily detectable number of discharges leaves. This approximately the same discharge time results from the fact that at a Discharge most of the amount of fuel to withdraw oxygen needed from the oxygen storage and only one against it Smaller amount of fuel to withdraw nitrogen oxides from the Nitric oxide storage catalyst is needed. Because the oxygen storage very early in lean operation Completely is loaded, it is always full when unloaded, so that fluctuations in the amount of nitrogen oxides stored, e.g. due to aging of the nitrogen oxide storage catalyst the discharge time and the required Impact fuel quantity for unloading.

Nach Anspruch 7 werden der Kraftstoff-Minderverbrauchswert und/oder der Kraftstoff-Mehrverbrauchswert und/oder der Stickoxid-Rohmassenstromwert last- und/oder drehzahlabhängig auf einfache Weise bestimmt. Dies bedeutet, dass z.B. bis auf den vorzugsweise aktuell zu erfassenden Wert über die Stickoxid-Speicherfähigkeit des Stickoxid-Speicherkatalysators sämtliche anderen für die Ermittlung der Umschaltbedingung erforderlichen Werte vom Motorsteuergerät einfachst aus fest vorgegebenen Kennfeldern in Abhängigkeit von bestimmten Betriebspunkten und -bereichen, vorzugsweise in Abhängigkeit von einer bestimmten Last- und/oder Drehzahl, bestimmt werden können.According to claim 7, the fuel consumption value and / or the additional fuel consumption value and / or the nitrogen oxide raw mass flow value depending on load and / or speed determined in a simple way. This means that e.g. up to the preferably current value to be recorded via the nitrogen oxide storage capacity the nitrogen oxide storage catalytic converter all other for the determination of Changeover condition required values from the engine control unit in the simplest way from predefined maps depending on certain operating points and ranges, preferably depending on a particular Load and / or speed can be determined.

Lediglich der aktuelle Wert als Aussage über die Stickoxid-Speicherfähigkeit des Stickoxid-Speicherkatalysators wird vorzugsweise betriebspunktabhängig erlernt. Dazu ist nach Anspruch 8 vorgesehen, dass der Stickoxid-Massenstrom vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator und/oder der Stickoxid-Massenstrom nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator jeweils über eine gleiche Zeitdauer aufintegriert werden, wobei zur Festlegung des Umschaltzeitpunktes von der Einspeicherphase auf die Entladephase und damit vom Magerbetriebsbereich auf den fetten Betriebsbereich wenigstens aus dem Integralwert des Stickoxid-Massenstroms vor- und/oder nach dem Speicherkatalysator und/oder aus dem Umschaltzeitpunkt jeweils beim Erfüllen einer vorgebbaren Entlade-Umschaltbedingung in einer ersten Stufe zur Ermittlung des Alterungsgrades des Speicherkatalysators ein Umschalt-Betriebspunkt als Funktion einer momentanen Betriebstemperatur zum Umschaltzeitpunkt ermittelt wird. Anschließend wird der jeweilige Umschalt-Betriebspunkt in einer zweiten Stufe zur Ermittlung des Alterungsgrades des Speicherkatalysators mit einem über ein Temperaturfenster verlaufenden, vorgebbaren, hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs optimierten Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld, das durch eine Vielzahl von einzelnen Betriebspunkten für einen neuen und einen gealterten Speicherkatalysator gebildet ist, verglichen. Dabei stellt ein innerhalb des Speicherkatalysator-Kapazitätsfeldes liegender Umschalt-Betriebspunkt keine Unterschreitung der minimalen Stickoxid-Speicherfähigkeit dar, sondern die Änderung gegenüber dem vorherigen Betriebspunkt als Maß für die Speicherkatalysator-Alterung. Ein das Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld verlassender Umschaltbetriebspunkt stellt dagegen eine Unterschreitung der minimalen Stickoxid-Speicherfähigkeit dar. Mit einer derartigen Verfahrensweise kann somit auf besonders einfache Weise eine aktuelle Erfassung des Wertes der Stickoxid-Speicherfähigkeit des Stickoxid-Speicherkatalysators betriebspunktabhän gig unter Berücksichtigung des Alterungsgrades und/oder der Verschwefelung des Stickoxid-Speicherkatalysators ermittelt werden.Only the current value as a statement about the Nitrogen oxide storage capacity the nitrogen oxide storage catalyst is preferably learned depending on the operating point. For this purpose, it is provided according to claim 8 that the nitrogen oxide mass flow upstream of the nitrogen oxide storage catalytic converter and / or the nitrogen oxide mass flow after the nitrogen oxide storage catalytic converter in each case over an identical period of time be integrated, whereby to determine the switching time from the storage phase to the unloading phase and thus from the lean operating area to the rich operating range at least from the integral value of the Nitrogen oxide mass flow before and / or after the storage catalyst and / or from the time of switching each time one is met Predeterminable discharge switchover condition in a first stage to determine the degree of aging of the storage catalytic converter a switchover operating point as a function of an instantaneous operating temperature is determined at the time of switching. Then the respective switchover operating point in a second stage to determine the degree of aging of the storage catalytic converter with an over a temperature window, predeterminable, with regard to fuel consumption optimized storage catalyst capacity field by a variety of individual operating points for a new and an aged storage catalytic converter is formed, compared. This represents a within the storage catalyst capacity field horizontal switchover operating point not below the minimum Nitrogen oxide storage capacity but the change across from the previous operating point as a measure of the storage catalytic converter aging. A switchover operating point leaving the storage catalyst capacity field however, is below the minimum nitrogen oxide storage capacity With such a procedure, it can thus be particularly a simple way of recording the current value of the nitrogen oxide storage capacity of the nitrogen oxide storage catalytic converter depending on the operating point consideration the degree of aging and / or the sulfurization of the nitrogen oxide storage catalytic converter be determined.

Besonders bevorzugt ist hierbei nach Anspruch 9 vorgesehen, dass 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 wird dergestalt, dass 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 vorgebbaren Umschaltbedingung das Umschalten von der Einspeicherphase auf die Entladephase zum hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Einspeicherpotential optimierten Umschaltzeitpunkt durchgeführt wird.After is particularly preferred Claim 9 provided that to determine the switching time a relative nitrogen oxide slip from the storage phase to the discharge phase as the difference between that in the nitrogen oxide storage catalyst flowed Nitrogen oxide mass flow and that from the nitrogen oxide storage catalyst emanated Nitrogen oxide mass flow determined based on the injection time is such that the quotient of the integral values of the nitrogen oxide mass flow before and after the nitrogen oxide storage catalyst also in a relative relationship with a specifiable degree of nitrogen oxide conversion derived from an exhaust gas limit value is brought so that when this predefinable switchover condition is present switching from the storage phase to the unloading phase optimized with regard to fuel consumption and storage potential Switching point carried out becomes.

Nach Anspruch 10 kann weiter vorgesehen sein, dass das Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld bezogen auf das Temperaturfenster einerseits durch eine Grenzlinie für einen neuen Speicherkatalysator und andererseits durch eine Grenzlinie für einen Grenzalterungszustand darstellenden gealterten Speicherkatalysator begrenzt ist. Dabei umfasst das Temperaturfenster vorzugsweise Temperaturwerte zwischen in etwa 200°C und in etwa 450°C.According to claim 10 it can further be provided that the storage catalyst capacity field with respect to the temperature window is limited on the one hand by a boundary line for a new storage catalytic converter and on the other hand by a border line for an aged storage catalytic converter representing a state of limit aging. The temperature window preferably comprises temperature values between approximately 200 ° C. and approximately 450 ° C.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.The invention is described below closer to a drawing explained.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung eines last- und drehzahlabhängigen Kennfeldes, aus dem ein Kraftstoff-Minderverbrauchswert im Magerbe triebsbereich zu einem bestimmten Betriebspunkt abgelesen werden kann, 1 1 shows a schematic representation of a load and speed-dependent characteristic map from which a fuel consumption value in the lean operating range can be read at a specific operating point,

2 eine schematische Darstellung eines last- und drehzahlabhängigen Kennfeldes, aus dem der Kraftstoff-Mehrverbrauchswert für eine Entladung im fetten Betriebsbereich abgelesen werden kann, 2 1 shows a schematic representation of a load and speed-dependent characteristic map from which the fuel consumption value for a discharge in the rich operating range can be read,

3 eine schematische Darstellung eines vom Abgasmassenstrom und der Temperatur abhängigen Kennfeldes, aus dem für einen bestimmten Betriebspunkt ein aktueller Wert über die Stickoxid-Einspeichermenge in einen Stickoxid-Speicherkatalysator abgelesen werden kann, und 3 2 shows a schematic representation of a characteristic diagram dependent on the exhaust gas mass flow and the temperature, from which a current value can be read for the nitrogen oxide storage quantity in a nitrogen oxide storage catalytic converter for a specific operating point, and

4 eine schematische Darstellung eines last- und drehzahlabhängigen Kennfeldes, aus dem ein Stickoxid-Rohmassenstromwert zu einem bestimmten Betriebspunkt abgelesen werden kann. 4 is a schematic representation of a load and speed-dependent map from which a nitrogen oxide raw mass flow value can be read at a certain operating point.

In 1 ist schematisch ein empirisch ermitteltes last- und drehzahlabhängiges Kennfeld dargestellt, bei dem für einen bestimmten Betriebspunkt ein Kraftstoff-Minderverbrauchswert als Kraftstoff-Minderverbrauchsmenge entnommen werden kann. Analog dazu kann aus dem empirisch ermittelten Kennfeld der 2 in Abhängigkeit von der Last und der Drehzahl in einen bestimmten Betriebspunkt ein Kraftstoff-Mehrverbrauchswert als Kraftstoff-Mehrverbrauchsmenge für eine Entladung abgelesen werden. Aus dem Kennfeld der 3 kann ein aktueller Wert der Stickoxid-Speicherfähigkeit eines Stickoxid-Speicherkatalysators zu einem bestimmten Betriebspunkt, d. h. in Abhängigkeit von dessen Alterungs- und Verschwefelungsgrad entnommen werden, während aus dem empirisch ermittelten Kennfeld der 4 zu einem bestimmten Betriebspunkt ein last- und drehzahlabhängiger Stickoxid-Rohemissionswert entnommen werden kann. Diese zu einem bestimmten Betriebspunkt aus diesen Kennfeldern entnehmbaren Werte werden von einem Motorsteuergerät erfasst, wobei aufgrund eines im Wesentlichen konstanten Kraftstoffverbrauchs für eine Entladung eine in etwa gleiche Fettzeit für jede der Entladungen benötigt wird. Anhand der einfach erfassbaren Anzahl der während eines bestimmten Betriebsbereiches oder Betriebszyklus stattgefundenen Entladungen kann daher vom Motorsteuergerät auch eine Fettzeit einfachst berechnet werden, wobei die Entladungen in einem Betriebszyklus auch eine bestimmte durch den Fettbetrieb bedingte Kraftstoff-Mehrverbrauchsmenge ergeben. Diese einfachst von der Motorsteuerung erfassbaren Werte werden dann in die folgende Gleichung eingesetzt: Kraftstoff-Minderverbrauchswert > (Kraftstoff-Mehrverbrauchswert·Fettzeit·Stickoxid-Rohmassenstromwert)/Stickoxid-Speicherfähigkeit In 1 an empirically determined load and speed-dependent characteristic diagram is shown schematically, from which a fuel consumption value can be taken as a fuel consumption quantity for a specific operating point. Analogously to this, the 2 depending on the load and the speed at a certain operating point, an additional fuel consumption value can be read as an additional fuel consumption amount for a discharge. From the map of the 3 a current value of the nitrogen oxide storage capacity of a nitrogen oxide storage catalytic converter can be taken at a specific operating point, that is to say depending on its degree of aging and sulfurization, while the 4 a load and speed-dependent raw nitrogen oxide emission value can be taken from a specific operating point. These values, which can be derived from these characteristic fields at a specific operating point, are recorded by an engine control unit, with an approximately constant rich time being required for each of the discharges due to an essentially constant fuel consumption for a discharge. Based on the easily ascertainable number of discharges that took place during a certain operating range or operating cycle, the engine control unit can also easily calculate a rich time, whereby the discharges in an operating cycle also result in a certain additional fuel consumption due to the rich operation. These values, which are easily ascertainable by the engine control, are then used in the following equation: Low fuel consumption value> (increased fuel consumption value · rich time · nitrogen oxide raw mass flow value) / nitrogen oxide storage capacity

Sobald diese Umschaltbedingung erfüllt ist, gibt das Motorsteuergerät einen Magerbetrieb und damit ein Umschalten zwischen dem Magerbetriebsbereich und dem homogenen Betriebsbereich frei, da dadurch sichergestellt ist, dass der Kraftstoffmehrverbrauch während der Entladung durch die Kraftstoffeinsparung während der Magerphase übertroffen wird. Ist dagegen diese Umschaltbedingung nicht erfüllt, so sperrt das Motorsteuergerät den Magerbetriebsbereich, da hierdurch dann aufgrund des Magerbetriebs keine Kraftstoffeinsparung erzielt wird und damit gegenüber dem homogenen Betriebsbereich, bei dem eine im Wesentlichen stöchiometrische Umsetzung erfolgt, keine Verbrauchsvorteile herausgefahren werden können.As soon as this changeover condition is met, there the engine control unit a lean operation and thus switching between the lean operation area and the homogeneous operating area as this ensures is that the additional fuel consumption during the discharge by the Saving fuel during exceeded the lean phase becomes. If, on the other hand, this changeover condition is not fulfilled, then locks the engine control unit the lean operating area, since this then leads to lean operation no fuel saving is achieved and therefore compared to homogeneous operating area where an essentially stoichiometric Implementation takes place, no consumption advantages are brought out can.

Claims

Method for operating an internal combustion engine of a vehicle, in particular a motor vehicle, with a first operating area as a lean operating area, in which the internal combustion engine is operated with a lean mixture that has an excess of air and thus an excess of oxygen, and in which the nitrogen oxides generated by the internal combustion engine are converted into a nitrogen oxide Storage catalytic converter are stored, wherein for discharging the nitrogen oxide storage catalytic converter, a motor control device is used to switch from the lean operating area to a rich operating area, in which the internal combustion engine is operated with a rich mixture that is deficient in air, and in which the nitrogen oxide storage catalytic converter is used during the lean operating area stored nitrogen oxides are stored out of the nitrogen oxide storage catalytic converter, and with a second operating area as a homogeneous operating area, in which the internal combustion engine with a stoichiometric homogeneous mixture (lambda = 1) is operated, the switching between the lean operating range and the homogeneous operating range being carried out by the engine control unit as a function of an operational load and / or speed requirement when a predeterminable changeover condition is reached, the engine control unit switching before Magerbetriebsbe rich is switched to the homogeneous operating range first for discharging the nitrogen oxide storage catalytic converter into the rich operating range, - the predefinable switchover condition between the lean operating range and the homogeneous operating range using a stored operating point-dependent fuel consumption value in the lean operating range, Operating point-dependent additional fuel consumption value for a discharge in the rich operating range, which is stored in a map, is determined as a lean operating period with the aid of a lean period and as a rich operating period with the aid of a rich period, - in a further function the engine control unit blocks a switchover to the lean operating range , if it is determined as a function of the predefinable switchover condition for a specific predefinable operating cycle that the additional fuel consumption for the discharges in this operating cycle is equal to or greater than is greater than the reduced fuel consumption amount due to a lean operation in this operating cycle, and - the engine control unit enabling a switchover to the lean operating range if it is determined as a function of the specifiable changeover condition for a specific predefinable operating cycle that the additional fuel consumption quantity for the discharges in this operating cycle is smaller than the fuel consumption quantity due to lean operation in this operating cycle.

A method according to claim 1, characterized in that the engine control unit enables a switchover to the lean operating range if the following switchover condition is fulfilled: Low fuel consumption value · Lean time> Higher fuel consumption value · Fat time

A method according to claim 1 or 2, characterized in that that the lean time from the engine control unit as a function of one in one Map of stored operating point-dependent nitrogen oxide raw mass flow values and a currently recorded value about the nitrogen oxide storage capacity of the nitrogen oxide storage catalyst is determined.

A method according to claim 3, characterized in that the lean time from the quotient of the nitrogen oxide storage capacity value and the nitrogen oxide raw mass flow value is calculated.

Method according to one of claims 2 to 4, characterized in that the engine control unit enables a switchover to the lean operating range if the following switchover condition is fulfilled: Low fuel consumption value> (increased fuel consumption value · rich time · nitrogen oxide raw mass flow value) / nitrogen oxide storage capacity

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the discharge time in the fat mode for each of the discharges approximately is constant so that the fat time is the sum of the detectable Number of discharges calculated.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the fuel economy value and / or the fuel economy value and / or a nitrogen oxide raw mass flow value can be determined depending on the load and / or speed.

Method according to one of claims 4 to 7, characterized in that that the currently captured value is over the nitrogen oxide storage capacity of the nitrogen oxide storage catalytic converter depending on the operating point consideration the degree of aging and / or the sulfurization of the nitrogen oxide storage catalytic converter is determined in such a way that the nitrogen oxide mass flow before the nitrogen oxide storage catalyst and / or the nitrogen oxide mass flow after the nitrogen oxide storage catalytic converter in each case over an identical period of time be integrated, that to determine the time of switching from the storage phase to the unloading phase and thus from the lean operating area to the rich operating range at least from the integral value of the nitrogen oxide mass flow before and / or after the storage catalytic converter and / or from the changeover time each time it is fulfilled a specifiable discharge switchover condition in a first stage to determine the degree of aging of the storage catalytic converter a switchover operating point as a function of an instantaneous operating temperature is determined at the time of switching, and that the respective Switchover operating point in a second stage to determine the Degree of aging of the storage catalytic converter with an over Temperature window running, definable, with regard to fuel consumption optimized storage catalyst capacity field by a variety of individual operating points for a new and an aged storage catalytic converter is formed, is compared in such a way that one within the storage catalyst capacity field horizontal switchover operating point not below the minimum Nitric oxide storage capacity represents but the change compared to the previous operating point as a measure of the storage catalytic converter aging represents, and that a leaving the storage catalyst capacity field Shift operating point below the minimum nitrogen oxide storage capacity represents.

A method according to claim 8, characterized is characterized in that a relative nitrogen oxide slip is determined as the difference between the nitrogen oxide mass flow flowing into the nitrogen oxide storage catalytic converter and the nitrogen oxide mass flow flowing out of the nitrogen oxide storage catalytic converter in each case based on the injection time in order to determine the switchover time from the storage phase to the discharge phase that the quotient of the integral values of the nitrogen oxide mass flow before and after the nitrogen oxide storage catalytic converter is also brought into a relative relationship with a predeterminable degree of nitrogen oxide conversion derived from an exhaust gas limit value, so that when this specified changeover condition is met, the switchover from the storage phase to the discharge phase at the time of the switchover that is optimized with regard to fuel consumption and storage potential.

A method according to claim 8 or 9, characterized in that the storage catalyst capacity field related to the temperature window on the one hand by a boundary line for a new storage catalytic converter and on the other hand by a borderline for a border aging condition representing aged storage catalyst is limited, wherein the temperature window preferably temperature values between approximately 200 ° C and at about 450 ° C includes.