DE10305451A1

DE10305451A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10305451A1
Application number: DE10305451A
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Dr.-Ing. Pott; Michael Dr.-Ing. Zillmer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-12-31
Filing date: 2003-02-11
Publication date: 2004-07-29
Also published as: FR2849896B1; FR2849896A1

Abstract

Bei dem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem der Brennkraftmaschine (1) nachgeschalteten Katalysator (6, 7) ist ein Temperaturmodell des Katalysators mit einer vorgegebenen dynamischen Verteilungsfunktion der lokalen Temperatur im Katalysatorvolumen vorgesehen. Die Brennkraftmaschine (1) wird in Abhängigkeit von Werten dieser Verteilungsfunktion betrieben. Die Erfindung umfasst ferner eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.

Bei Kraftfahrzeugen mit modernen Verbrennungsmotoren, die im Mager- und Schichtladebetrieb einen geringeren Kraftstoffverbrauch aufweisen, ist zur Erfüllung der gesetzlichen Abgasvorschriften eine zusätzliche Nachbehandlung der Abgase zur Reduzierung von Stickoxid-Emissionen notwendig. Bevorzugt werden zur Lösung dieses Problems NOx-Speicherkatalysatoren eingesetzt. Mager betreibbare Ottomotoren mit NOx-Speicherkatalysatoren stellen dabei besonders hohe Anforderungen an eine Motorsteuerung, um unter möglichst vielen Betriebsbedingungen ein Optimum hinsichtlich der Abgasschadstoffemissionen und des Kraftstoffverbrauchs zu erzielen. So erreicht ein NOx-Speicherkatalysator bei magerem Abgas nur in einem relativ schmalen Temperaturbereich ausreichend hohe Stickoxidkonvertierungsraten. Deshalb ist der Katalysator in einem weiten Betriebsbereich in diesem Temperaturbereich zu halten, um den Wirkungsgrad steigernden Magerbetrieb möglichst ohne Einschränkungen zu ermöglichen. Steigen die Abgastemperaturen beispielsweise mit steigenden Fahrzeuggeschwindigkeiten oder höheren Belastungen der Brennkraftmaschine an, muss der Magerbetrieb verlassen werden, wenn die Katalysatortemperatur über die obere Temperaturgrenze steigt. Andererseits soll der Magerbetrieb möglichst frühzeitig wieder freigegeben werden, wenn die Katalysatortemperatur von einem hohen Niveau kommend, wieder in den erlaubten Temperaturbereich fällt.

Im Magerbetrieb stellen sich gegenüber einem homogenen Betrieb der Brennkraftmaschine bei λ = 1 deutlich geringere Abgastemperaturen ein, was insbesondere in Schwachlastbetriebsphasen dazu führen kann, dass die Katalysatortemperatur unter den erlaubten Temperaturbereich fällt, weshalb auch der Magerbetrieb wieder verlassen werden muss. Gleichzeitig führen die geringen Temperaturen auch zu einer schlechteren Konvertierung der anderen Schadstoffkomponenten, insbesondere der Kohlenwasserstoffverbindungen HC. Eine Umschaltung beispielsweise in den stöchiometrischen Betrieb führt dazu, dass einerseits die Abgastemperaturen ansteigen und die Raumgeschwindigkeit der Katalysatoren sinkt, was eine bessere Schadstoffkonvertierung zur Folge hat, andererseits der Kraftstoffverbrauch steigt. Um einen günstigen Kompromiss zwischen Schadstoffemissionsverhalten und Verbrauch zu finden, ist eine genaue Abstimmung des Betriebs der Brennkraftmaschine auf im Bereich der sogenannten Light-Off-Temperaturen arbeitende Katalysatoren erforderlich.

Ferner weisen heutige NOx-Katalysatoren gegenüber Dreiwegekatalysatoren eine deutlich geringere Hochtemperaturstabilität auf. Neben einer temperatur-protektiven Auslegung der Abgasanlage ist häufig eine thermische Bauteilschutzstrategie notwendig, um das Katalysatorsystem auch bei stark dynamischen Fahrzuständen nicht oberhalb der thermischen Belastbarkeitsgrenze zu betreiben, was eine unzulässig starke Alterung zur Folge haben könnte.

Eine genaue Kenntnis der Katalysatortemperatur ist daher von Vorteil. Dazu wird im Patent US 5 747 049 A ein Temperaturmodell für einen NOx-Speicherkatalysator vorgeschlagen, bei dem die Temperatur eingangs- und ausgangsseitig des Speicherkatalysators ermittelt wird und die Motorsteuerung entsprechend beeinflusst wird. Auch die Offenlegungsschrift EP 1 067 279 A2 offenbart ein Temperaturmodell zum Erkennen und Aufrechterhalten der Betriebsbereitschaft eines NOx-Speicherkatalysators.

Aus der Offenlegungsschrift DE 198 36 955 A1 ist ein Temperaturmodell für einen NOx-Speicherkatalysator bekannt, bei dem die Temperatur getrennt für zwei Teilbereiche ermittelt und die Motorsteuerung entsprechend beeinflusst wird. Der NOx-Speicherkatalysator besteht dabei aus zwei Teilkatalysatoren. Ein Magerbetrieb wird nur dann eingeleitet, wenn sich beide Teilkatalysatoren innerhalb eines zulässigen Temperaturbereichs befinden.

Allerdings sind Effekte, die im dynamischen Betrieb durch eine inhomogene Temperaturverteilung im Katalysator auftreten, mit den bekannten Verfahren nur schwer zu erfassen. Bei magerlauffähigen Brennkraftmaschinen wird daher zur Vermeidung von NOx-Durchbrüchen ein großer Sicherheitsabstand von kritischen Temperaturen eingehalten, etwa einer thermischen Desorptionsschwelle. Konsequenterweise muss die Brennkraftmaschine daher höhere Zeitanteile als erforderlich in einem verbrauchsungünstigen Betriebsmodus betrieben werden.

In der Offenlegungsschrift DE 100 36 942 A1 wird eine Verteilungsfunktion der Temperatur eines Katalysatorvolumens mittels eines Mehrzonen-Rechenmodells ermittelt. Der Katalysator wird dabei in Teilbereiche entlang der Laufrichtung des Abgases aufgeteilt und eine ortsabhängige Temperaturverteilung im Katalysator bestimmt. Ein ähnliches Temperaturmodell ist z.B. aus der Offenlegungsschrift DE 100 38 461 A1 bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens, mit dem eine Brennkraftmaschine verbrauchsgünstig und schadstoffemissionsarm betrieben werden kann sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Gemäß der Erfindung wird ein Temperaturmodell des Katalysators mit einer vorgegebenen dynamischen Verteilungsfunktion der lokalen Temperatur im Katalysatorvolumen bereitgestellt und die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von Werten dieser Verteilungsfunktion betrieben. Hiermit wird eine verbesserte Kontrolle der lokalen thermischen Katalysatorbelastung ermöglicht und die Verbrauchs- und Emissionsoptimierung der Verbrennungskraftmaschine verbessert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Verteilungsfunktion mittels eines Mehrzonen-Rechenmodells für eine Mehrzahl von Teilbereichen des Katalysatorvolumens bestimmt. Ein Betriebszustand der Brennkraftmaschine, welche eine Abgastemperaturerhöhung bewirkt, kann dann eingeleitet werden, wenn eine Anzahl von vorgegebenen Teilbereichen ein erlaubtes Temperaturniveau oberhalb einer unteren kritischen Temperatur unterschreitet. Bewirkt der Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine Abgastemperaturerniedrigung, dann kann dieser eingeleitet werden, wenn eine vorgegebene Anzahl von Teilbereichen ein erlaubtes Temperaturniveau unterhalb einer oberen kritischen Temperatur überschreitet. Statt einer Anzahl von Teilbereichen kann als Kriterium auch eine vorgegebene Summe des Volumens von Teilbereichen herangezogen werden.

In vorteilhaften Ausgestaltungen kann ein Korrekturfaktor hinsichtlich der Alterung eines Katalysators und/oder einer Menge von gespeicherten Schadstoffen und/oder einer zu erwartenden Konvertierung abhängig von einer aktuellen, lokalen Temperatur in zumindest einem Teilbereich berücksichtigt und die Brennkraftmaschine entsprechend betrieben werden.

Die Erfindung bringt als einen Vorteil mit sich, dass Betriebsparameter der Brennkraftmaschine hinsichtlich einer Schadstoffkonvertierung des Katalysators, einer zulässigen Betriebsart und eines thermischen Bauteileschutzes optimiert werden. Es ist beispielsweise möglich, dass die Brennkraftmaschine bereits mager betrieben werden kann, wenn sich nur ein Teil des Katalysators im erlaubten Temperaturbereich befindet. Dies bedeutet, dass ein verbrauchsgünstiger Magerbetrieb bereits zu einem frühen Zeitpunkt eingeleitet werden kann.

Weiterhin können Maßnahmen zur Aufheizung des Katalysators, beispielsweise nach einem Kaltstart oder einer längeren Leerlauf- oder Schwachlastphase, früher beendet werden oder mit geringerer Intensität durchgeführt werden, was Verbrauchseinsparungen ermöglicht und den Katalysator thermisch weniger belastet.

Maßnahmen zum thermischen Bauteileschutz vor unzulässig hohen Temperaturen können von der Verteilungsfunktion der Temperaturen im Katalysatorvolumen abhängig gemacht werden. Dies gestattet für den Fall, dass Bauteileschutzmaßnahmen eingeleitet werden müssen, eine Verringerung von Sicherheitszuschlägen, mit denen verhindert werden soll, eine obere kritische Temperatur zu überschreiten, und damit beispielsweise eine spätere und/oder geringere Gemischanreicherung.

Durch die verbesserte Betriebsweise der Brennkraftmaschine und das dadurch verbesserte Abgasverhalten ist es möglich, bei Einhaltung von vorgegebenen Emissionsgrenzwerten den Edelmetallgehalt eines Katalysators im Vergleich zu bekannten Systemen zu verringern.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
1 eine Brennkraftmaschine mit zugeordneter Abgasanlage,
2 den zeitlichen Verlauf einer Abgastemperatur sowie einer Verteilung der Katalysatortemperatur in verschiedenen Bereichen eines Katalysatorvolumens mit zugeordneter Fahrzeuggeschwindigkeit.
1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1, beispielsweise ein magerlauffähiger Ottomotor oder eine Dieselbrennkraftmaschine, mit einer Abgasanlage 2 und einem Motorsteuergerät 3, vorzugsweise zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs. Die Brennkraftmaschine 1 weist eine Anzahl von Zylindern 4 auf (entsprechende Komponenten sind nur mit einem Bezugszeichen versehen), denen jeweils ein eigener Abgaspfad 5 nachgeschaltet ist. In der Abgasanlage 2 ist zur Konvertierung von schädlichen oder unerwünschten Komponenten des Abgases in andere Komponenten eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einem optionalen Vorkatalysator 6 und einem Hauptkatalysator 7 angeordnet. Vorzugsweise ist der Vorkatalysator 6 als Dreiwegekatalysator und der Hauptkatalysator 7 als NOx-Speicherkatalysator ausgebildet. Stromabwärts der Zylinder 4 sind in den Abgaspfaden 5 optionale Abgassensoren bspw. NOx-Sensoren angeordnet, mit denen bspw. die NOx-Konzentration des durch die Abgasanlage 2 geführten Abgases der Brennkraftmaschine 1 gemessen werden kann. Stromaufwärts des Vorkatalysators 6 ist ein weiterer optionaler Abgassensor 8' angeordnet. In einem Bereich der Abgasanlage 2 zwischen dem Vorkatalysator 6 und dem Hauptkatalysator 7, stromabwärts des Vorkatalysators 6 und stromaufwärts des Hauptkatalysators 7, ist ein weiterer Abgassensor 9 angeordnet. Ein weiterer Sensor 10 ist stromabwärts des Hauptkatalysators 7 in der Abgasanlage 2 angeordnet. Es versteht sich von selbst, dass bei einer strukturierten Abgasreinigungsvorrichtung mit mehreren Teilen Sensoren stromauf oder stromab der jeweiligen Teile angeordnet sein können.
Zusätzlich zu den erwähnten Sensoren sind stromaufwärts und stromabwärts des Vorkatalysators 6 und stromaufwärts des Hauptkatalysators 7 Lambda-Sonden 11 bzw. 12, sowie zur Ermittlung der Betriebstemperatur der Katalysatoreinrichtungen Temperatursensoren 13, 13' vorgesehen. Es versteht sich ferner, dass alternativ oder zusätzlich weitere Temperatursensoren zur Messung der Abgastemperatur oder der Betriebstemperatur der Abgasreinigungsvorrichtung oder von Teilen dieser vorgesehen sein können. Insbesondere können Temperatursensoren vorgesehen sein, um eine Temperaturverteilung im Katalysatorvolumen des Hauptkatalysators 7 und/oder des Vorkatalysators 6 zu detektieren. Zur Abgasrückführung weist die Brennkraftmaschine 1 eine Abgasrückführeinrichtung 15 mit einem steuerbaren Ventil auf.
Das Motorsteuergerät 3 erfasst in an sich bekannter Weise über nicht dargestellte weitere Sensoren Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 1, wie beispielsweise Drosselklappenstellung, Abgasrückführungsrate, Zündzeitpunkt, Einspritzzeitpunkt von Vor-/Haupt-/Nacheinspritzungen, Einspritzdruck, Tumble-Klappenstellung, Ladedruck, Phasensteller der Nockenwelle, Drehzahl, Fahrpedalstellung, Last, Fahrgeschwindigkeit und dergleichen, und kann diese über (nicht dargestellte) Stellglieder gegebenenfalls beeinflussen, wobei zur Kommunikation zwischen dem Motorsteuergerät 3 und den Sensoren bzw. Stellgliedern ein Kabelsystem 14 oder dergleichen vorgesehen ist. Ferner umfasst das Motorsteuergerät 3 eine Lambda-Regeleinrichtung 3a zur Regelung der Sauerstoffkonzentration im Abgas bzw. des Lambda-Werts. Das Motorsteuergerät 3 erhält von den Abgassensoren Signale, mit denen die Konzentration einzelner Abgaskomponenten, wie z.B. die Konzentration der NOx-Rohemission der Brennkraftmaschine 1 bzw. die NOx-Konzentration stromabwärts der Katalysatoreinrichtungen 6 und/oder 7 ermittelt werden können.
Der NOx-Speicherkatalysator 7 wird üblicherweise in einem Speicherzyklus betrieben, der zumindest einen üblicherweise längeren Adsorptionsmodus und kürzeren Regenerationsmodus umfasst. Die Speicherung erfolgt dabei bei einem Lambda-Wert > 1, die Ausspeicherung zu einem späteren Zeitpunkt bei einem Lambda-Wert < 1 oder = 1.
Da NOx-Speicherkatalysatoren gegenüber Dreiwegekatalysatoren eine deutlich geringere Hochtemperaturstabilität aufweisen und hohe Temperaturen in Kombination mit hohen Sauerstoffkonzentrationen zu einer starken Beschleunigung der Alterung führen, muss eine unzulässig hohe Temperaturbelastung des Hauptkatalysators 7 vermieden werden. Ebenso muss angestrebt werden, die Temperatur des Katalysators in einem zulässigen Temperaturbereich oberhalb einer unteren kritischen Temperatur Tu und unterhalb einer oberen kritischen Temperatur To zu halten, um ausreichende Konvertierungsraten für Stickoxide zu ermöglichen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand des Hauptkatalysators 7, insbesondere eines NOx-Speicherkatalysators, beschrieben. Sie ist jedoch mit Vorteil auch auf andere Katalysatortypen sowie auf Katalysatorsysteme. die aus mehreren Katalysatoren bestehen, anwendbar.
Erfindungsgemäß wird ein Temperaturmodell des Katalysators mit einer vorgegebenen dynamischen Verteilungsfunktion der lokalen Temperatur im Katalysatorvolumen vorgesehen und die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von Werten dieser Verteilungsfunktion betrieben. Das Temperaturmodell ist vorzugsweise in dem Motorsteuergerät 3 implementiert. Die Erfindung geht von folgenden Überlegungen aus. Im realen Fahrbetrieb werden Katalysatoren nur selten über längere Zeiträume mit einer konstanten Abgastemperatur beaufschlagt. Sehr häufig liegen innerhalb des Katalysatorvolumens größere örtliche Temperaturunterschiede vor. Um den vielfältigen Randbedingungen für einen Betrieb eines NOx-Speicherkatalysators nachzukommen, ist es vorteilhaft, Mittel vorzusehen, um örtliche Temperaturunterschiede im Katalysatorvolumen zu bestimmen. Dies können Temperatursensoren sein, die örtliche Temperaturwerte innerhalb des Katalysatorvolumens erfassen und dem Motorsteuergerät 3 übermitteln oder bevorzugt ein Rechenmodell, welches örtliche Temperaturunterschiede und zeitliche Veränderungen der Temperatur berücksichtigt. Besonders bevorzugt wird eine Verteilungsfunktion der Temperatur im Katalysatorvolumen entlang einer Hauptströmungsrichtung des Abgases ermittelt. Reale Temperaturverhältnisse werden damit auf einfache Weise abgebildet.
Vorzugsweise wird der Katalysator 7 in eine Mehrzahl von räumlichen Teilbereichen unterteilt und die Temperatur der einzelnen Teilbereiche ermittelt. Daraus ergibt sich eine Verteilungsfunktion der Temperatur für die Mehrzahl von Teilbereichen. Dabei kann die Unterteilung prinzipiell beliebig erfolgen, wobei eine Unterteilung in axialer Richtung, insbesondere entlang der Hauptströmungsrichtung des Abgases durch den Katalysator 7 zweckmässig ist. Ebenso kann auch eine radiale Unterteilung vorgenommen werden. Die genaue Anzahl der Teilbereiche richtet sich sinnvollerweise nach der Größe des Katalysators und/oder der Art der Anströmung der Stirnfläche, um Ungleichförmigkeiten zu erfassen und/oder nach real auftretenden bzw. zu erwartenden Temperaturgradienten. Bevorzugt wird eine Anzahl von 3 bis 5 Teilbereichen. Es ist möglich, für verschiedene Betriebszustände der Brennkraftmaschine 1 jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Teilbereichen des Katalysators 7 zugrunde zu legen.
Vorzugsweise wird im Motorsteuergerät 3 ein Mehrzonen-Rechenmodell für den NOx-Speicherkatalysator 7, optional auch für den Katalysator 6, hinterlegt.
2 zeigt zur Veranschaulichung beispielhaft den Zusammenhang zwischen einer Abgastemperatur AT(t) als Funktion der Zeit t, einem zeitlichen Temperaturverlauf T1(t), T2(t), T3(t) in einem Katalysatorvolumen mit einer Mehrzahl von Teilbereichen T1, T2, T3 im oberen Teilbild sowie einer zugehörigen Geschwindigkeitszeitfunktion vfzg(t) im unteren Teilbild. Der Katalysator 7 ist hier in drei Teilbereiche T1, T2, T3 zerlegt, wie im oberen Teilbild angedeutet ist. Der zulässige Temperaturbereich für einen sinnvollen Katalysatorbetrieb liegt zwischen einer unteren kritischen Temperatur Tu und einer oberen kritischen Temperatur To.
Ein Abgasmassenstrom strömt die Stirnfläche des Katalysators 7 an, was im oberen Teilbild durch einen Pfeil angedeutet ist. Die Hauptströmungsrichtung des Abgases entspricht der axialen Erstreckung des Katalysators 7. Eine Vergleichsrechnung mit einem Einzonen-Rechenmodell, bei dem der Katalysator 7 nicht in mehrere Teilbereiche unterteilt ist, ist als gestrichelte Kurve im oberen Bild eingezeichnet.
Aufgrund der thermischen Trägheit des NOx-Speicherkatalysators 7 eilt die Katalysatortemperatur, beispielsweise nach einer Beschleunigungsphase, der Abgastemperatur AT(t) hinterher. Es zeigt sich, dass dabei zumindest in axialer Richtung örtlich und zeitlich erhebliche Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Teilbereichen T1, T2, T3 bestehen.
Wird im direkten Anschluss an eine kurze Beschleunigungsphase wieder ein Leerlaufbetriebspunkt oder ein Schwachlastbetriebspunkt angefahren, tritt der Umstand ein, dass der Katalysator stellenweise schnell wieder unterhalb der oberen kritischen Temperatur To des Katalysators 7 liegt. Bei den dann folgenden nur geringen Abgasmassenströmen, die meist auch mit geringen NOx-Massenströmen einhergehen, stellen sich im Katalysator 7 auch nur geringe Raumgeschwindigkeiten ein. Daher ist es für eine ausreichende NOx-Konvertierung bereits ausreichend, wenn sich nur ein Teil des Gesamtvolumens des Katalysators 7 auf einer entsprechend niedrigen, zulässigen Temperatur befindet. In diesem Fall ist es zulässig, einen verbrauchsgünstigen Magerbetrieb für die Brennkraftmaschine 1 bereits frühzeitig freizugeben, obwohl sich noch ein Teil des Katalysators 7 oberhalb der oberen kritischen Temperatur To befindet.
Das untere Teilbild veranschaulicht eine typische Fahrsituation. Ausgehend von einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit v0 zum Zeitpunkt t0 mit niedrigen Abgastemperaturen wird eine Beschleunigungsphase durchfahren, die zu einem Anstieg der Abgastemperatur AT(t) führt. Anschließend wird das Fahrzeug jedoch nur kurz mit einer höheren Geschwindigkeit v1 bewegt, bis kurz nach dem Zeitpunkt t2 eine Verzögerungsphase beginnt und kurz vor dem Zeitpunkt t4 mit einer geringeren, konstanten Geschwindigkeit v2, die grösser als v1 ist, weitergefahren wird. In der Verzögerungsphase verringert sich die Abgastemperatur AT(t) und erreicht in der anschliessenden Konstantfahrt mit der Geschwindigkeit v2 ein annähernd konstantes Niveau.
Für das beschriebene Fahrprofil kann das Verhalten der Temperaturen resultierend aus einem einfachen Einzonen-Rechenmodell (gestrichelte Kurve) und aus einem bevorzugten Mehrzonen-Rechenmodell (durchgezogene Kurven), hier für die drei Teilbereiche ein Dreizonen-Rechenmodell, verglichen werden. Das Einzonen-Rechenmodell ist der Einfachheit wegen so normiert, dass die maximale Temperatur des Katalysators 7 in etwa der maximalen Temperatur des mittleren Teilbereichs T2 entspricht.
Die mit dem einfachen Einzonen-Rechenmodell berechnete Temperatur des Katalysators 7 überschreitet zwischen den Zeitpunkten t2 und t5 die obere kritische Temperatur To des erlaubten Temperaturbereichs. Daraufhin würde vom Motorsteuergerät 3 in diesem Zeitintervall der Magerbetrieb gesperrt. In den einzelnen Teilbereichen T1, T2, T3 des Dreizonen-Rechenmodells mit den zugehörigen Temperaturkurven T1(t), T2(t), T3(t) wird die obere kritische Temperatur To dagegen zeitverzögert erreicht bzw. überschritten. Die realen Temperaturverhältnisse im Katalysator 7 werden daher genauer wiedergegeben. Dies hat im Ausführungsbeispiel die Folge, dass in allen Teilbereichen T1, T2, T3 die obere Temperatur To zwar zeitweise überschritten wird, jedoch nie zur gleichen Zeit.
Daher sind zu jedem Zeitpunkt t1 – t7 zumindest einzelne Teilbereiche T1, T2, T3 des Katalysators 7 bzw. Flächen des Katalysatorvolumens verfügbar, die für die NOx-Konvertierung im Magerbetrieb hinreichend geeignet und damit nutzbar sind, da deren Temperatur zu dem Zeitpunkt, zu dem der Teilbereich mit Abgas beaufschlagt wird, im erlaubten Temperaturbereich unterhalb der oberen kritischen Temperatur To liegt, wie in der Übersicht verdeutlicht wird:

Zeitintervall Teilbereiche mit Temperatur T < To

t1-t2 T2, T3

t2-t3 T3

t3-t4 T1, T3

t4-t5 T1

t5-t6 T1, T2
Im gesamten Zeitintervall zwischen t1 und t7 ist es gemäß der Erfindung daher nicht notwendig, auf einen verbrauchsgünstigen Magerbetrieb aufgrund zu hoher Katalysatortemperaturen zu verzichten.
Entsprechendes gilt für den Fall einer Abkühlung des Katalysators 7, wenn die Brennkraftmaschine 1 beispielsweise über längere Zeit im Leerlauf- oder Schwachlastbetrieb betrieben wird und der Katalysator 7 auskühlt und nach einem einfachen Einzonen-Rechenmodell auf eine Temperatur unterhalb der unteren kritischen Temperatur Tu fällt. Auch hier treten örtliche Temperaturunterschiede auf, die dazu führen, dass eingangsseitig im vorderen Bereich des Katalysators 7 einzelne Teilbereiche bereits unter die untere kritische Temperatur Tu abgekühlt sind, während im hinteren Bereich des Katalysators 7 noch Teilbereiche mit ausreichend hohen Temperaturen im erlaubten Temperaturbereich zwischen Tu und To verfügbar sind.
Vorzugsweise wird daher ein Magerbetrieb der Brennkraftmaschine 1 abhängig von einer Anzahl von Teilbereichen T1, T2, T3 freigegeben, wenn eine ausreichende Anzahl von Teilbereichen T1, T2, T3 verfügbar ist, welche ein Temperaturniveau aufweisen, das eine NOx-Konvertierung bei Magerbetrieb mit ausreichender Schadstoffreduzierung zulässt.
Ein Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1, welcher eine Abgastemperaturerhöhung bewirkt, kann bevorzugt eingeleitet werden, sobald eine vorgegebene Anzahl von Teilbereichen T1, T2, T3 ein erlaubtes Temperaturniveau oberhalb einer unteren kritischen Temperatur Tu unterschreitet. Ein Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1, welcher eine Abgastemperaturerniedrigung bewirkt, kann bevorzugt dann eingestellt werden, sobald eine vorgegebene Anzahl von Teilbereichen T1, T2, T3 ein erlaubtes Temperaturniveau unterhalb einer oberen kritischen Temperatur To überschreitet. Die notwendige Anzahl von Teilbereichen T1, T2, T3 kann von der Größe des Katalysators 7, der Abgastemperatur, der Wärmeleitfähigkeit und/oder Wärmekapazität des Katalysators 7, der örtlichen Temperatur in Teilbereichen T1, T2, T3 des Katalysators 7 und derartigen Parametern abhängig sein.
Die Freigabe des jeweiligen Betriebszustands kann auch von einer Summe der Volumina der mit der gewünschten Temperatur verfügbaren Teilbereiche T1, T2, T3 abhängig gemacht werden.
Auf der Grundlage der ermittelten Anzahl oder Summe der Volumina der in einem gewünschten Temperaturbereich verfügbaren Teilbereiche T1, T2, T3 wird vorzugsweise ein maximal zulässiger NOx-Massenstrom und/oder Abgasmassenstrom festgelegt und durch Vergleich mit dem jeweiligen in dem Motorsteuergerät 3 für den aktuellen Betriebspunkt berechneten Wert entschieden, ob der Magerbetrieb freigegeben werden kann. Alternativ kann abhängig von der Temperatur der Teilbereiche T1, T2, T3 auch ein Magerbetrieb mit anderen Motorbetriebsparametern, wie z.B. Zündwinkel und/oder Einspritzzeitpunkt, oder eine andere Magerbetriebsart angefordert werden, der bzw. die geringere NOx-Rohemissionen aufweist. Außerdem kann auch eine aktuell im NOx-Speicherkatalysator 7 eingelagerte Masse von Schadstoffen, z.B. NOx, berücksichtigt werden und der zulässige NOx-Massenstrom und/oder Abgasmassenstrom entsprechend korrigiert werden. Ebenso ist es möglich, eine Alterung des Katalysators 7 und/oder weiterer Komponenten in der Abgasanlage 2 und/oder aktuell gespeicherte Schadstoffmassen entsprechend zu berücksichtigen, indem z.B. im Motorsteuergerät 3 entsprechende Kennwerte gebildet werden, welche die zulässigen Werte für den NOx-Massenstrom und/oder den Abgasmassenstrom mit diesen Kennwerten bestimmen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die jeweilige Temperatur eines Teilbereichs T1, T2, T3 entsprechend ihrem Einfluss auf die damit erreichbare Schadstoffkonvertierung zu bewerten und daraus Korrekturfaktoren für den zulässigen NOx-Massenstrom und/oder den Abgasmassenstrom zu bilden. Dadurch kann berücksichtigt werden, dass eine einspeicherbare Schadstoffmenge, insbesondere NOx im zulässigen Temperaturbereich zwischen Tu und To nicht konstant ist, sondern im allgemeinen ein Maximum aufweist.
In einer weiteren vorteilhaften Anwendung kann das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden, um nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 1, oder gegebenenfalls im Anschluss an eine längere Leerlauf- oder Schwachlastphase die Schadstoffemission zu verringern. Auch hier wird die Erfindung im Folgenden anhand des Hauptkatalysators 7 beschrieben; sie ist aber auch auf weitere Katalysatoren oder Katalysatortypen anwendbar. Bei den genannten Betriebsphasen ist das Katalysatortemperaturniveau insgesamt zu gering, um für nachfolgende Betriebsphasen insbesondere hinsichtlich von HC-Emissionen ausreichend hohe Konvertierungsraten zu erbringen. Wird die Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart beispielsweise in einer Beschleunigung mit höheren Leistungen betrieben, führen die damit verbundenen höheren HC-Massenströme und auch weitere Abgasmassenströme zu Emissionsdurchbrüchen, da die Erwärmung des Katalysators 7 durch seine Wärmekapazität verzögert wird und nur ein Teil der Schadstoffe umgesetzt werden kann. Um den sogenannten Light-Off des Hauptkatalysators 7 dennoch möglichst schnell zu erreichen und Emissionsdurchbrüche zu vermeiden, können allgemein bekannte Heizmaßnahmen für den Katalysator 7, etwa Zündwinkelspätverstellung und dergleichen, eingesetzt werden. Diese Heizmaßnahmen sind jedoch mit einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs verbunden. Alternativ kann der Katalysator 7 kann jedoch auch mit externen Mitteln beheizt werden.
Die Auslegung der Heizmaßnahme hinsichtlich Intensität und zeitlicher Dauer soll so erfolgen, dass im anschließenden Fahrbetrieb keine unzulässig hohen Emissionsdurchbrüche erfolgen, um vorgegebene Schadstoffgrenzwerte sicher einzuhalten. Für eine ausreichend hohe Konvertierungsleistung genügt es jedoch erfindungsgemäß bei vielen Fahrzuständen, wenn nur ein Teil der Fläche oder des Volumens des Katalysators 7, bzw. der Katalysatoren 6, 7 in der Abgasanlage 2, ein entsprechendes Temperaturniveau erreicht hat, vor allem bei einem frischen oder nur wenig gealterten Katalysator. Daher ist es in einer bevorzugten Anwendung der Erfindung ausreichend, eine Heizmassnahme für den Katalysator 7 mittels Beeinflussung der Brennkraftmaschine 1 nur solange durchzuführen, bis ein gewünschter Durchwärmungsgrad erreicht ist. Unerwünschte Nachteile beim Kraftstoffverbrauch können so vermieden werden.
Da sich der Katalysator 7 in diesem Betriebsfall von vorne nach hinten entlang eines Abgasströmungsweges und in der Regel auch von innen nach aussen erwärmt, steht mit zunehmender Dauer eine zunehmend größere Fläche mit ausreichendem Temperaturniveau zur Schadstoffkonvertierung zur Verfügung. Damit steht mit zunehmender Dauer der Heizmaßnahme eine größere Anzahl von Teilbereichen T1, T2, T3 zur Verfügung, die eine ausreichende Leistung bei der Schadstoffkonvertierung aufweisen. Die Heizmaßnahme kann daher frühzeitig beendet und damit Kraftstoff eingespart werden.
Ebenso kann nach einer Magerbetriebsphase vorübergehend in den sogenannten Homogenbetrieb bei λ = 1 geschaltet werden, um durch die daraus resultierenden höheren Abgastemperaturen eine ausreichende Anzahl von Teilbereichen T1, T2, T3 auf eine höhere Temperatur anzuheben.
Vorzugsweise wird die Länge und/oder die Intensität einer Heizmaßnahme zur Erwärmung des Katalysators 7 in Abhängigkeit von den Temperaturen T1(t), T2(t), T3(t) der einzelnen Teilbereiche T1, T2, T3 des Katalysators 7 eingestellt. Im einfachsten Fall kann eine Summe der Volumina derjenigen Teilbereiche T1, T2, T3 gebildet werden, die oberhalb einer vorgegebenen Temperatur liegen. Dies kann z.B. eine untere kritische Temperatur Tu sein, welche die untere Temperaturgrenze für eine ausreichende Schadstoffkonvertierung, z.B. HC-Konvertierung des Katalysators 7 darstellt. Weiterhin kann das Temperaturniveau in den einzelnen Teilbereichen T1, T2, T3 entsprechend dem Einfluss auf eine Umsetzungsgeschwindigkeit eines Schadstoffs im Katalysator 7 bewertet werden. Daraus kann in den einzelnen Teilbereichen T1, T2, T3 ein Bewertungsfaktor hinsichtlich der erzielbaren Konvertierungsleistung gebildet werden, womit sich die maßgebliche Summe der Volumina der Teilbereiche T1, T2, T3 korrigieren lässt, die verfügbar sein sollen, um die Heizmaßnahme zu beenden.
Ebenso ist es möglich, eine geeignete Betriebsart der Brennkraftmaschine 1 zur Sicherstellung einer hinsichtlich der Schadstoffkonvertierung ausreichenden aktiven Fläche im Katalysator 7 entsprechend auszuwählen. Zusätzlich kann über die im Motorsteuergerät 3 gebildeten Kennwerte der Alterung des Katalysators 7 der Alterungseinfluss berücksichtigt werden, indem eine erforderliche Anzahl bzw. Volumina der Teilbereiche T1, T2, T3 mit ausreichender Temperatur in Abhängigkeit der Kennwerte bestimmt wird.
Wird die Brennkraftmaschine 1 mit einer sehr hohen Leistung betrieben, wird es häufig notwendig, durch Anreicherung des Gemisches die Temperatur der Abgase zu begrenzen, um den Katalysator 7 bzw. Katalysatoren 6, 7 in der Abgasanlage 2 vor einer thermischen Überlastung zu schützen. Da dieser Vorgang mit einem deutlichen Anstieg sowohl des Kraftstoffverbrauchs als auch der Schadstoffemission verbunden ist, wird durch die Erfindung diese Maßnahme auf einen minimal erforderlichen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 1 beschränkt. Der Katalysator 7 kann auch hier im dynamischen Fahrbetrieb örtlich sehr unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Daher ist es vorteilhaft, eine Gemischanreicherung so auszulegen und die Brennkraftmaschine 1 so zu betreiben, dass die heißeste Stelle im Katalysator 7 gerade eine maximal zulässige Temperatur, vorzugsweise eine obere kritische Temperatur To^*, aufweist. Damit gelingt ein Kompromiss zwischen einer Begrenzung des Kraftstoffverbrauchs und einer thermisch bedingten Begrenzung der Alterung des Katalysators 7.
Im Gegensatz zu einem einfachen Einzonen-Rechenmodell, welches die Katalysatortemperatur global mit einem einzigen Wert beschreibt, gelingt mit einem bevorzugten Mehrzonen-Rechenmodell eine bessere Anpassung an die tatsächliche örtliche und zeitliche Verteilungsfunktion der Temperatur im Katalysator 7. Bei Berücksichtigung der Verteilung kann daher zu einem späteren Zeitpunkt mit einer Gemischanreicherung begonnen werden, da Unsicherheiten bezüglich der örtlichen Maximaltemperatur wesentlich geringer sind. Es kann insbesondere darauf verzichtet werden, die Abgastemperatur als maßgeblichen Indikator der maximal zulässigen Temperatur heranzuziehen und bei Überschreitung dieser Temperatur sofort die Gemischanreicherung einzuschalten, um eine thermische Überlastung des Katalysators 7 zu verhindern. Da die Abgastemperatur sehr viel schneller ansteigt als die Temperatur in dem ersten Katalysator-Teilbereich T1, würde die Gemischanreicherung eingeschaltet, sobald die Abgastemperatur die kritische Temperatur erreicht hat. Bei Berücksichtigung der Verteilungsfunktion der Temperatur im Katalysator 7 wird dagegen erkannt, ob zu diesem Zeitpunkt die Temperatur des vordersten Teilbereichs T1 eingangs des Katalysators 7 noch unterhalb des maximal zulässigen Wertes liegt und die Gemischanreicherung zur Temperaturbegrenzung noch nicht notwendig ist. Im stationären Betrieb, beispielsweise bei maximaler Fahrzeuggeschwindigkeit, wird die Gemischanreicherung dann in beiden Fällen vergleichbar.
In analoger Weise kann beim Abkühlfall verfahren werden, wenn etwa die Brennkraftmaschine 1 zunächst mit hoher Drehzahl und sehr hohen Belastungen betrieben wird und anschließend in einen Betrieb mit geringeren Drehzahlen bzw. geringeren Belastungen oder zwischenzeitlich sogar in einen Schubabschaltebetrieb gewechselt wird. Hier kühlt der Katalysator 7 durch das frisch ankommende Abgas ab.
Da hierbei der Katalysator 7 in Abgasströmungsrichtung von vorn nach hinten auskühlt, wird ein thermischer Bauteileschutz Idealerweise aufrechterhalten, bis auch die Temperatur des hintersten Teilbereichs T3 ausgangs des Katalysators 7 unter eine maximal zulässige Temperatur gefallen ist. Vorzugsweise ist dies eine weitere obere kritische Temperatur To^**, die nicht mit der ersten oberen kritischen Temperatur To^* übereinstimmen muss. Damit kann der gesamte Katalysator 7 vor einer thermischen Überlastung geschützt werden. Durch die erfindungsgemäße Berücksichtigung der Verteilungsfunktion der Temperatur im Katalysator 7 wird verhindert, dass eine Bauteilschutzmaßnahme zu früh beendet wird, da örtlich und/oder zeitlich auftretende Spitzentemperaturen im Katalysator 7 nicht vernachlässigt werden.
In einer bevorzugten Anwendung der Erfindung wird daher die Einschaltung oder Ausschaltung und/oder die Intensität einer Gemischanreicherung in Abhängigkeit der Verteilungsfunktion der Temperatur im Katalysator 7 gewählt, wobei insbesondere die Temperatur T1(t), T2(t), T3(t) des heißesten Teilbereichs T1, T2, T3 berücksichtigt wird. Dies kann auch dazu führen, dass eine Schubabschaltung verzögert freigegeben wird, um eine starke Sauerstoffbeaufschlagung des Katalysators 7 bei unzulässig hohen Katalysatortemperaturen zu vermeiden. Da der Zeitpunkt der Freigabe der Schubabschaltung von der Verteilungsfunktion der Temperatur des Katalysators 7 abhängig ist, ist es sinnvoll, eine Freigabe erst dann zu erteilen, wenn auch der hinterste Teilbereich T3 des Katalysators 7 ausreichend abgekühlt ist. Insgesamt ermöglicht dies eine bedarfsgerechte Einschaltung und Ausschaltung von thermischen Bauteilschutzmaßnahmen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird über den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 der Katalysator 7, bzw. ein in der Abgasanlage 2 enthaltenes Katalysatorsystem, optimiert betrieben. Der Katalysator 7 wird effizienter genutzt. Dadurch wiederum ist es möglich, den Edelmetallgehalt des Katalysators 7 oder gegebenenfalls weiterer Katalysatoren abzusenken.
Fahrzeuge mit magerlauffähigen Brennkraftmaschinen 1, die den Bedingungen des neuen europäischen Fahrzyklus NEFZ genügen und mit thermisch ungeschädigten Katalysatoren mit einer gespeicherten Schwefelmasse < 0,2 g/l Katalysatorvolumen und einem zeitlich gefeuerten Magerbetriebsanteil ohne Schubabschaltungsphasen mit einem Lambda > 1,15 von zumindest 250 Sekunden, insbesondere mindestens 350 Sekunden eine HC-Emission von < 0,07 g/km und eine NOx-Emission von < 0,05 g/km erreichen, werden heute üblicherweise mit Katalysatoren ausgestattet, die Edelmetallgehalte von > 100 g/ft³ aufweisen. Beim Einsatz von Katalysatorsystemen, die zumindest einen NOx-Speicherkatalysator und eventuell einen vorgeschalteten Dreiwegekatalysator als Vorkatalysator aufweisen und die mit dem erfindungsgemässen Verfahren betrieben werden, kann der Edelmetallgehalt auf < 100 g/ft³, bevorzugt auf < 80 g/ft³, besonders bevorzugt auf < 60 g/ft³ abgesenkt werden. Auch nach einer labormässigen Ofenalterung des NOx-Speicherkatalysators, der einen entsprechend verringerten Edelmetallgehalt aufweist, bei 850°C für 4 Stunden und des etwaigen Vorkatalysators für 4 Stunden bei 1100°C in einer Atmosphäre mit 2% O₂ und 10% H₂O werden bei einem darauffolgenden NEFZ-Test eine HC-Emission von 0,1 g/km und eine NOx-Emission von 0,08 g/km nicht überschritten.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, welche eine Abgasanlage (2) mit zumindest einen der Brennkraftmaschine (1) nachgeschalteten Katalysator (6, 7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturmodell des Katalysators mit einer vorgegebenen dynamischen Verteilungsfunktion einer lokalen Temperatur (T1(t), T2(t), T3(t)) im Katalysatorvolumen vorgesehen ist und die Brennkraftmaschine (1) in Abhängigkeit von Werten dieser Verteilungsfunktion (T1(t), T2(t), T3(t)) betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß dem Temperaturmodell der Katalysator (6, 7) und oder das Katalysatorvolumen in eine Anzahl vorgegebener Teilbereiche aufgeteilt ist, dem die lokalen Temperaturen (T1(t), T2(t), T3(t)) zugeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) abhängig von einer Wärmeleitfähigkeit und/oder Wärmekapazität im Katalysatorvolumen betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zulässiger Massenstrom von Abgas und/oder einer Schadstoffkomponente bestimmt wird, mit dem der Katalysator (6, 7) beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung des zulässigen Massenstroms von Abgas und/oder einer Schadstoffkomponente eine Masse eines in zumindest einem Katalysator (6, 7) gespeicherten Schadstoffs berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung des Massenstroms von Abgas und/oder einer Schadstoffkomponente eine voraussichtliche Konvertierung eines Schadstoffs in Abhängigkeit der Verteilungsfunktion (T1(t), T2(t), T3(t)) bestimmt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zulässige Massenstrom von Abgas und/oder einer Schadstoffkomponente in Abhängigkeit vom Alterungszustand des Katalysators (6, 7) bestimmt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Verteilungsfunktion (T1(t), T2(t), T3(t)) für eine Mehrzahl von Teilbereichen (T1, T2, T3) des Katalysatorvolumens bestimmt wird; – ein Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1), welcher eine Abgastemperaturerhöhung bewirkt, eingeleitet wird, sobald eine vorgegebene Anzahl von Teilbereichen (T1, T2, T3) ein erlaubtes Temperaturniveau oberhalb einer unteren kritischen Temperatur (To) unterschreitet oder – ein Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1), welcher eine Abgastemperaturerniedrigung bewirkt, dann eingestellt wird, sobald eine vorgegebene Anzahl von Teilbereichen (T1, T2, T3) ein erlaubtes Temperaturniveau unterhalb einer oberen kritischen Temperatur (To) überschreitet.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungsfunktion (T1(t), T2(t), T3(t)) mittels eines Rechenmodells bestimmt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungsfunktion (T1(t), T2(t), T3(t)) mittels Temperatursensoren bestimmt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungsfunktion (T1(t), T2(t), T3(t)) zumindest entlang einer Hauptströmungsrichtung des Abgases im Katalysatorvolumen bestimmt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungsfunktion (T1(t), T2(t), T3(t)) senkrecht zu einer Hauptströmungsrichtung des Abgases im Katalysatorvolumen bestimmt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Raumgeschwindigkeit im Katalysatorvolumen berücksichtigt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magerbetrieb der Brennkraftmaschine (1) dann freigegeben wird, wenn die Temperatur eines vorgegebenes Teils des Katalysatorvolumens sich in einem Intervall zwischen der unteren und der oberen kritischen Temperatur (Tu, To) befindet.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche. dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) magerlauffähig ist und ein Magerbetrieb mit abgesenkten NOx-Rohemissionen der Brennkraftmaschine (1) dann angefordert wird, wenn für eine Anzahl von Teilbereichen T₁, T₂, T₃ oder einen vorgegebenen Teil des Katalysatorvolumens die obere kritische Temperatur To gerade überschritten oder die untere kritische Temperatur Tu gerade unterschritten worden ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizmassnahme zum Aufheizen des Katalysators (6, 7) beendet wird, sobald sich ein vorgegebener Teil des Katalysatorvolumens oberhalb einer unteren kritischen Temperatur (Tu) befindet.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Überschreiten einer oberen kritischen Temperatur (To^*) durch eine vorgegebene Anzahl von Teilbereichen, insbesondere schon bei einem Teilbereich, eine Gemischanreicherung eingeschaltet und so lange aufrechterhalten wird, bis die Temperatur in einer vorgegebenen Anzahl von Teilbereichen (T1, T2, T3), insbesondere in jedem einzelnen Teilbereich, unter eine obere kritische Temperatur (To^**) gefallen ist.
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, welche eine Abgasanlage (2) mit zumindest einem der Brennkraftmaschine (1) nachgeschalteten Katalysator (6, 7) aufweist und mit einem Motorsteuergerät (3) zur Beeinflussung von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuergerät (3) Mittel (3a) zur Implementierung eines Temperaturmodells des Katalysators mit einer vorgegebenen dynamischen Verteilungsfunktion der lokalen Temperatur im Katalysatorvolumen (T1) und zum Betrieb der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von den Werten dieser Verteilungsfunktion (T1(t), T2(t), T3(t)) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um einen Alterungszustand des Katalysators (6, 7) und/oder eine in einer Abgasanlage (2) eingespeicherte Schadstoffmenge und/oder eine Konvertierungsleistung eines Katalysators (6, 7) zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungsfunktion (T1(t), T2(t), T3(t)) mittels Temperatursensoren bestimmt wird.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Bestimmung eines Rechenmodells für die Verteilungsfunktion (T1(t), T2(t), T3(t)) des Katalysators (6, 7) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (2) zumindest ein Hauptkatalysator (7) und zumindest ein diesem vorgeschalteter Vorkatalysator (6) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Hauptkatalysator (7) ein NOx-Speicherkatalysator und der zumindest eine vorgeschaltete Vorkatalysator (6) ein Dreiwegekatalysator ist.