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 Drehmomente
und Leistung besser sind und gleichzeitig eine Verbrauchssenkung
um bis zu 15 % ermöglichen.
Möglich
macht dies vor allem eine sog. Schichtladung im Teillastbereich,
bei der nur im Bereich der Zündkerze
ein zündfähiges Gemisch
benötigt
wird, während
der übrige
Brennraum mit Luft gefüllt
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 zentrale
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 sog. Tumbleströmung. Dazu wird im Brennraum
eine intensive, walzenförmige
Strömung
ausgebildet und der Kraftstoff erst im letzten Drittel der Kolbenaufwärtsbewegung
einge spritzt. 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 sog. „Gemischballen" optimal um die Zündkerze
konzentriert und sicher entflammt. Für die jeweils optimale Anpassung
der Einspritzparameter (Einspritzzeitpunkt, Kraftstoffdruck) sorgt
die Motorsteuerung bzw. das Motorsteuergerät.
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 im
Magerbetrieb 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 sog. 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 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 Stick- Oxid
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.
Gemäß einem allgemein bekannten,
gattungsgemäßen Verfahren
zum Betreiben eines Stickoxid-Speicherkatalysators einer Brennkraftmaschine werden
die von der Brennkraftmaschine in einem Magerbetrieb erzeugten Stickoxide
während
eines Einspeicherzeitraums als Einspeicherphase in einen Stickoxid-Speicherkatalysator
eingespeichert, wobei während
des Magerbetriebs ferner auch Sauerstoff in einen Sauerstoffspeicher
des Stickoxid-Speicherkatalysators eingespeichert wird. Im Anschluss
an die Einspeicherphase werden in einer Regenerationsphase durch
einen Fettbetrieb der Brennkraftmaschine zuerst der Sauerstoff aus
dem Sauerstoffspeicher des Stickoxid-Speicherkatalysators und anschließend die
Stickoxide aus dem Stickoxid-Speicherkatalysator ausgespeichert,
wobei zu Beginn des Fettbetriebs für eine erste Fettbetriebsphase
ein erstes fettes Gemisch zugegeben wird, das einen niedrigeren
Lambdawert aufweist als ein in wenigstens einer weiteren Fettbetriebsphase,
die sich an die erste Fettbetriebsphase anschließt, zugegebenes fettes Gemisch.
Konkret wird hier, wie dies aus der
den Stand der Technik darstellenden 4 ersichtlich
ist, zu Beginn der Regenerationszeit für eine kurze Zeit die Brennkraftmaschine
mit einem sehr fetten Gemisch mit einem konstanten Lambda von in
etwa 0,8 betrieben, wodurch eine große Menge des in den Sauerstoffspeicher
eingespeicherten und für
den Ausspeichervorgang benötigten
Sauerstoffs ausgespeichert werden kann. Nach einer bestimmten, vorgebbaren kurzen
Zeit wird dann zur Vermeidung eines Durchbruchs von Kohlenwasserstoffen
(HC) auf einen weniger starken Fettbetrieb umgeschalten, bei dem
das Gemisch in etwa einen konstanten Lambdawert von ca. 0,9 aufweist.
In dieser zweiten Fettbetriebsphase werden der noch im Sauerstoffspeicher
vorhandene Restsauerstoff sowie die gesamten Stickoxide ausgespeichert.
In der 4 ist die auszuspeichernde Sauerstoffmenge
schraffiert dargestellt, während
die auszuspeichernde Stickoxidmenge punktiert dargestellt ist. Daraus
wird ersichtlich, dass bei der Entladung eine größere Menge Sauerstoff als Stickstoff ausgespeichert
werden muss. Wie dies aus der 4 weiter
ersichtlich ist, wird das Ende der Regenerationszeit durch einen
z.B. von einem Sauerstoffspeicher erfassten Durchbruch von Kohlenwasserstoffen
und/oder Kohlenmonoxiden, was in der 4 durch
den Piek bei Bezugszeichen 1 dargestellt ist, ermittelt.
Eine dauerhafte Entladung des Stickoxid-Speicherkatalysators mit
einem sehr fetten Gemisch, z.B. einem Gemisch mit einem konstanten Lambdawert
von in etwa 0,8, ist nicht möglich,
da es hier sonst, am Ende der Regenerationsphase zu einem Durchbruch
großer
Mengen von Reduktionsmitteln kommen würden, was eine Überschreitung
der Abgasgrenzwerte mit sich bringen würde. Aus diesem Grund wird
die erste Fettbetriebsphase relativ kurz gehalten und frühzeitig
in die zweite Fettbetriebsphase umgeschalten, da in dieser weniger
Kohlenmonoxide und/oder Kohlenwasserstoff als Reduktionsmittel vorhanden
sind, so dass ein das Ende der Fettbetriebsphase und damit das Ende
der Entladungsphase anzeigender Durchbruch am Ende der zweiten Fettbetriebsphase
zu keiner Überschreitung der
Abgasgrenzwerte führt.
Aus der
DE 197 44 409 C2 ist bereits
ein Verfahren zur Regeneration eines Stickoxid-Speicherkatalysators
bekannt, bei dem der durch die Regenerationszyklen entstehende Kraftstoffmehrverbrauch
minimiert werden soll und die Dauer des Regenerationszyklus an die
Alterung des Drei-Wege-Katalysators und des Stickoxid-Speicherkatalysators
angepasst werden soll. Dazu ist vorgesehen, dass bei der zum Zwecke
der Einleitung bzw. Beendigung der Regenerationsphase erforderlichen Änderung
der eingespritzten Kraftstoffmenge der dem Motor zugeführte Luftmassenstrom
gleichzeitig derart verändert wird,
dass die Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine während des
Regenerationszyklus im Vergleich zur Drehmomentabgabe unmittelbar
vor bzw. nach dem Regenerationszyklus im wesentlichen unverändert bleibt
und die Dauer des Regenerationszyklus in Abhängigkeit von der Speicherkapazität des Stick oxid-Speicherkatalysators
und der Sauerstoffspeicherkapazität des Drei-Wege-Katalysators verändert wird.
Hierdurch wird somit die Dauer des Regenerationszyklus auf die abnehmende
Sauerstoffspeicherkapazität
des dem Stickoxid-Speicherkatalysator vorgeschalteten Drei-Wege-Katalysators
abgestimmt. Wie dies im einzelnen erfolgen soll, ist hier jedoch
offen gelassen.
Aus der
DE 100 34 874 A1 ist ein
Verfahren bekannt, mit dem die Stickoxid-Rohkonzentration einer Brennkraftmaschine
möglichst
genau adaptiert werden soll. Dazu soll gemäß einem ersten Verfahrensschritt
die Dauer einer ersten Magerphase derart verkürzt werden, dass keine Stickoxidemission
hinter dem Katalysator während
der ersten Magerphase auftritt. In einer nachfolgenden Fettphase
wird dann die Speichermenge der verkürzten Magerphase berechnet
werden und mit der modellierten Stickoxid-Beladung für diese
Magerphase verglichen. Der Vergleichswert dient schließlich zur
Adaption der Stickoxid-Rohkonzentration.
Aus der
DE 199 63 938 A1 ist ein
Verfahren zum Betreiben eines Drei-Wege-Katalysators einer Brennkraftmaschine
bekannt. Ein Stickoxid-Speicherkatalysator ist hier nicht vorgesehen.
Aus der
DE 198 44 082 C1 ist ein
Verfahren zum Regenerieren eines Stickoxid-Speicherkatalysators
bekannt, bei dem der Kraftstoffbedarf zur Regeneration nahezu verbrauchs-
und emissionsoptimal ermittelt und somit der Umschaltzeitpunkt von
einem Fettbetrieb auf einen Magerbetrieb möglichst exakt bestimmt werden
soll. Dazu soll die Konzentration des Kraftstoffs während der
Regenerationsphase in Abhängigkeit
von der erfassten Sauerstoffkonzentration verändert werden. So soll hier
zu Beginn der Regenerationsphase zunächst ein Gemisch mit einem Lambda
von 0,7 bis 0,8 vorgesehen werden. Sobald der Sauerstoffgehalt im
Abgas gegenüber
dem zu Beginn der Regeneration erzielten Maximalwert in etwa kontinuierlich
absinkt, wird die Regenerationsmittelmenge, d.h. die im Vergleich
zum Lambda=1-Betrieb überschüssige Kraftstoffmenge,
schrittweise bis nahe dem Wert 0, entsprechend einem Lambdawert
von 1, angepasst. Eine derartige Variation der Regenerationsmittelmenge
soll eine Minimierung des Regenerationsmitteldurchbruchs durch eine an
den Sauerstoffgehalt des Abgases geknüpfte Feindosierung der Regenerationsmittel
ermöglichen. Der
Sauerstoffgehalt im Abgas kann mittels einem herkömmlichen
Sauerstoffsensor ermittelt werden. Wie dies aus der dortigen
3 ersichtlich ist, wird die
Veränderung
der Menge des Kraftstoffes als Reduktionsmittel hier in Abhängigkeit
von einem Sondensignal UL dergestalt ermittelt, dass bei fortschreitender
Regeneration das Sondensignal UL langsam gegenüber dem Minimalwert ansteigt.
Durch den Vergleich mit einem gespeicherten Minimalwert des Sondensignals
kann dann mit Hilfe einer Anpassung eine Verringerung der Kraftstoffmenge
durchgeführt werden.
Hierzu wird das Signal der binären
Lambdasonde in festen Zeitabständen
erfasst und eine Differenz zwischen dem gespeicherten Sondenminimalwert
und dem aktuell vorliegenden Sondenwert gebildet. Anschließend wird
zu dieser Differenz aus einer Kennlinie ein zugehöriger Wert
für eine
Verschiebung des Lambdawertes in Richtung zu einem mageren Gemisch
ausgelesen. Durch eine solche Verschiebung des Lambdawertes in Richtung
mageres Gemisch wird die Konzentration der Regenerationsmittel abgesenkt.
Steigt das Sondensignal relativ stark an, d.h. somit im Falle einer
großen
Sondensignaldifferenz, so erfolgt auch die Anpassung des Lambdawertes
stärker
an den stöchiometrischen
Wert hin und bleibt dann in der Nähe dieses Wertes, so lange, bis
der Schadstoffdurchbruch erreicht ist. Sobald die Sondensignaldifferenz
einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, kann davon ausgegangen
werden, dass der Sauerstoffgehalt im Abgas nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator
bei nahezu 0 liegt und es unmittelbar darauf zu einem Regenerationsmitteldurchbruch,
insbesondere einem Durchbruch von Schadstoffen, kommen würde. Es
erfolgt dann hier unmittelbar die Umschaltung auf den Magerbetrieb. Ersichtlich
erfordert ein derartiges Verfahren einen erheblichen messtechnischen
Aufwand, so dass insgesamt eine sehr große Störanfälligkeit gegeben ist.
Weiter ist aus der
DE 100 26 379 ein Verfahren zur Durchführung einer
Regeneration eines Stickoxid-Speicherkatalysators bekannt, mit dem
die Regeneration des Stickoxid-Speicherkatalysators zügig, aber
auch unter Vermeidung von Reduktionsmitteldurchbrüchen durchgeführt werden
können
soll. Dazu soll die Regeneration in einer ersten Phase unter Vorgabe
eines Reduktionsmittelmassenstroms durchgeführt werden, der anhand eines
gemessenen und/oder modellierten Katalysatorzustandes vor Einleitung
der Regeneration bestimmt wird, wobei eine Dauer der ersten Phase
derart festgelegt wird, dass sie zu einer Teilregeneration entsprechend
einem vorgebbaren Bruchteil einer berechneten vollständigen Regeneration
führt.
Ferner wird in einer sich anschließenden zweiten Phase ein niedrigerer
Reduktionsmittelmassenstrom als während der ersten Phase vorgegeben,
bis durch eine gassensitive Messeinrichtung stromab des NOx-Speicherkatalysators
ein Regenerationsende angezeigt wird. In der ersten Phase soll hier
in Verbindung mit dem hohen Reduktionsmittelmassenstrom somit ein
Grossteil des eingelagerten Stickoxids bzw. Schwefeloxids umgesetzt werden.
Sobald ein Großteil
der Stickoxide und Schwefeloxide umgesetzt ist, wird dann in der
zweiten Phase durch deutliche Absenkung des Reduktionsmittelmassenstroms
ein Reduktionsmitteldurchbruch möglichst
gering gehalten.
Ferner ist aus der WO 02/14659 A1
ein Verfahren und ein Modell zur Modellierung einer Ausspeicherphase
eines Stickoxid-Speicherkatalysators bekannt, bei der ein Sauerstoffspeicher
durch einen ersten Integrator für
Sauerstoff und der Stickoxid-Speicher durch einen zweiten Integrator
für Stickoxide
modelliert wird und der erste Integrator und der zweite Integrator
gemäß einem
Aufteilungsfaktor anteilig mit dem Reduktionsmittelmassenstrom beaufschlagt
werden, wobei der Aufteilungsfaktor in Abhängigkeit des Sauerstoff Speicherinhaltes
und des Stickoxid-Speicherinhaltes des Stickoxid-Speicherkatalysators
ermittelt wird. Für
den Aufteilungsfaktor wird hier ein beliebiger Wert zwischen 0 und
1 gewählt.
Der Aufteilungsfaktor kann im Vorfeld der Modellierung durch Simulation
oder während
des Betriebs der Brennkraftmaschine empirisch ermittelt werden und
in Abhängigkeit
vom Füllstand
des Stickoxid- bzw. des Sauerstoff-Speichers variieren. Er kann
sich linear mit dem Füllstand
oder in beliebig anderer Weise mit dem Füllstand ändern. Eine derartige Modellierung
und Berechnung ist relativ aufwendig und weist zudem erhebliche
Funktionsungenauigkeiten im praktischen Betrieb auf, so dass eine
derartige Modellierung insgesamt wenig praktikabel ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein
alternatives Verfahren zum Betreiben eines Stickoxid-Speicherkatalysators
einer Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, mit dem die
Regenerationszeit und damit der Kraftstoffverbrauch minimiert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst mit den
Merkmalen des Anspruchs 1.
Gemäß Anspruch 1 wird zur Verkürzung der Katalysator-Regenerationszeit
in der Regenerationsphase die Zeitdauer für die Fettbetriebsphasen zum Ausspeichern
des Sauerstoffs und/oder der Stickoxide aus dem Stickoxid-Speicherkatalysator
in Abhängigkeit
von einer Reaktionsgeschwindigkeit des Sauerstoffs und/oder der
Stickoxide im Stickoxid-Speicherkatalysator, vorzugsweise als Funktion
der Katalysator-Reaktionstemperatur und/oder des Abgasmassenstroms
und/oder des Alterungsgrades und/oder der Verschwefelung ermittelt.
Erfindungsgemäß wird hier somit die Reaktionsgeschwindigkeit
des Sauerstoffs und/oder der Stickoxide im Stickoxid-Speicherkatalysator
dazu herangezogen, die Zeitdauer für die einzelnen Fettbetriebsphasen
zu ermitteln, d. h. dass hierüber
der z. B. für
die Entleerung des Sauerstoffspeichers erforderliche Reduktionsmitteleintrag
ebenso wie der für das
Ausspeichern der Stickoxide erforderliche Reduktionsmitteleintrag
genau errechnet und ermittelt werden kann. Dementsprechend kann
somit insgesamt die Regenerationszeit als Ausspeicherzeit des Sauerstoffs
und der Stickoxide insgesamt sehr kurz gehalten werden, da es aufgrund
dieser bekannten Werte möglich
ist, die Brennkraftmaschine in der Sauerstoff-Ausspeicherphase als
erster Fettbetriebsphase auf einfache Weise konstant mit einem sehr fetten
Gemisch zu betreiben, mit dem auf sehr schnelle Weise eine vollständige Ausspeicherung
der gegenüber
der Stickoxidmenge größeren Sauerstoffmenge
aus dem Sauerstoffspeicher möglich
ist, ohne dass die Gefahr eines Reduktionsmitteldurchbruchs in Form
eines z. B. CO- oder HC-Durchbruchs besteht. D. h., da die Reduktionsmittelmenge
für die Ausspeicherung
des Sauerstoffs ohnehin erheblich größer ist als die für die Ausspeicherung
für die
Stickoxide benötigte
Reduktionsmittelmenge bzw. Kraftstoffmenge, kann dann nach dem Ende
der Sauerstoff-Ausspeicherphase in der darauffolgenden Stickoxid-Ausspeicherphase
als zweite Fettbetriebsphase die Stickoxidmenge in relativ kurzer
Zeit auch mit einem weniger fetten Gemisch vollständig ausgespeichert
werden. Kommt es dann am Ende der Stickoxid-Ausspeicherphase als
zweiter Fettbetriebsphase bei einem weniger fetten Gemisch zu einem
Reduktionsmitteldurchbruch, so kann die Regenerationsphase beendet
werden, wobei bedingt durch das weniger fette Gemisch weniger Schadstoffe,
d. h. Kohlenmonoxide oder Kohlenwasserstoffe, ausgestoßen werden,
als dies bei einem fetteren Gemisch der Fall wäre, so dass keine Überschreitung
der Abgasgrenzwerte erfolgt.
Durch diese erfindungsgemäß mögliche einfache
Verkürzung
der Regenerationszeit lässt
sich dadurch auch der Kraftstoffverbrauch für die Regenerationsphase insgesamt
vermindern.
Gemäß einer besonders bevorzugten
Verfahrensführung
ist nach Anspruch 2 vorgesehen, dass zur Verkürzung der Katalysator-Regenerationszeit
die Zeitdauer für
eine erste Fettbetriebsphase als Sauerstoff-Ausspeicherphase in
Abhängigkeit
von einer Reaktionsgeschwindigkeit des Sauerstoffs im Stickoxid-Speicherkatalysator
als Funktion der Katalysator-Reaktionstemperatur und des Abgasmassenstroms
ermittelt wird. Die Katalysator-Reaktionstemperatur und der Abgasmassenstrom
lassen sich auf einfache Weise ermitteln, so dass daraus auch schnell
und einfach die Reaktionsgeschwindigkeit errechnet werden kann,
die wiederum eine Aussage über
die aktuelle Speicherfähigkeit
bzw. Beladung des Sauerstoffspeichers ermöglicht. Zur weiteren Verkürzung der
Katalysator-Regenerationszeit ist nach Anspruch 3 vorgesehen, dass
die Zeitdauer für wenigstens
eine weitere Fettbetriebsphase zum Ausspeichern von Stickoxiden
aus dem Stickoxid-Speicherkatalysator in Abhängigkeit von einer Reaktionsgeschwindigkeit
der Stickoxide im Stickoxid-Speicherkatalysator als Funktion des
Alterungsgrades und/oder der Verschwefelung des Stickoxid-Speicherkatalysators
ermittelt wird. Der Alterungsgrad sowie die Verschwefelung können ebenso
wie die Katalysator-Reaktionstemperatur und der Abgasmassenstrom
stets aktuell gemessen und/oder erfasst und/oder errechnet werden.
Besonders bevorzugt ist jedoch eine Modellierung anhand z. B. eines
empirisch ermittelten Kennfeldes, von dem die benötigten Daten
für bestimmte
Betriebszustände
einfach und schnell für
eine funktionssichere Betriebsweise entnommen werden können.
Mit einer derartigen Verfahrensführung nach den
Ansprüchen
2 und 3 kann das Verfahren auf besonders einfache Weise funktionssicher
durchgeführt werden.
Nach Anspruch 4 ist vorgesehen, dass
der Lambdawert des fetten Gemisches in der ersten Fettbetriebsphase
als in etwa konstanter Wert auf die Lauftähigkeitsgrenze als Anfettungsgrenze
der Brennkraftmaschine bezogen ist, wobei die Anfettungsgrenze in
etwa bei einem Lambdawert von z. B. 0,7 liegt. Bei einer derartigen
Betriebsweise ist eine hohe Umsetzungsrate des im Sauerstoffspeicher
gespeicherten Sauerstoffs möglich,
d. h. dass der Sauerstoff sehr schnell reagiert und damit der Sauerstoffspeicher
sehr schnell entladen werden kann. Dies führt ersichtlich zu einer Verkürzung der
Fettbetriebsphasen und damit der Regenerationsphase insgesamt.
Entsprechend kann nach einer Verfahrensführung gemäß Anspruch
5 vorgesehen sein, dass der Lambdawert des fetten Gemisches in einer
zweiten, auf die erste Fettbetriebsphase folgenden Fettbetriebsphase
als in etwa konstanter Wert bei in etwa 0,9 bis 0,95 liegt. Insbesondere
durch die auf die Anfettungsgrenze bezogene erste Fettbetriebsphase mit
einem sehr fetten Gemisch wird eine sehr gute und sehr schnelle
Ausspeicherung erreicht, so dass zur Ausspeicherung der Stickoxide
mit einem geringeren Lambda gefahren werden kann, wodurch ein unerwünschter
hoher Reduktionsmitteldurchbruch am Ende der Ausspeicherphase, d.
h. am Ende der Regenerationsphase vorteilhaft vermieden werden kann.
Zur besonders sicheren Vermeidung
eines unerwünschten
hohen Reduktionsmitteldurchbruches am Ende einer Regenerationsphase,
der ggf. die vorgegebenen Abgasgrenzwerte übersteigt, ist nach Anspruch
6 vorgesehen, dass die für
die erste und/oder die zweite Fettbetriebsphase ermittelte Zeitdauer
um einen Sicherheitszeitabschlag verkürzt wird. Konkret kann hierzu
nach Anspruch 7 die erste Fettbetriebsphase mit einem maximal möglichen
fetten Lambdagemisch im Bereich der Anfettungsgrenze der Brennkraftmaschine
zeitlich um den Sicherheitszeitabschlag verkürzt durchgeführt werden,
so dass dann am Ende der zweiten Fettbetriebsphase für den Fall
einer noch nicht vollständigen
Ausspeicherung der Stickoxide mit einem fetten Gemisch für die Zeit
des Sicherheitszeitabschlages eine weitere Fettbetriebsphase mit
einem fetten Gemisch durchgeführt
wird, das weniger fett ist, als das Gemisch der zweiten Fettbetriebsphase.
Besonders vorteilhaft ist gemäß Anspruch
8 auch die zweite Fettbetriebsphase zeitlich um einen Sicherheitszeitabschlag
verkürzt,
so dass am Ende der zweiten Fettbetriebsphase für den Fall einer noch nicht
vollständigen
Ausspeicherung der Stickoxide dann mit einem fetten Gemisch für die Zeit
der Summe der Sicherheitsabschläge
eine weitere Fettbetriebsphase mit einem fetten Ge misch durchgeführt wird,
dass weniger fett ist als das Gemisch der zweiten Fettbetriebsphase.
Beispielsweise liegt ein Lambdawert für diese weitere Fettbetriebsphase
bei 0,95. Dadurch wird die Sicherheit gegen einem Abgasgrenzwerte überschreitenden
Reduktionsmitteldurchbruch nochmals vorteilhaft erhöht.
Konkret kann der Zeitabschlag nach
Anspruch 9 in etwa 10 % der ermittelten Zeitdauer der jeweiligen
Fettbetriebsphase betragen.
Für
eine Adaption und ein lernendes System ist nach Anspruch 10 vorgesehen,
dass der jeweilige Zeitabschlagswert in Abhängigkeit von der Menge der
nicht ausgespeicherten Stickoxide am Ende der zweiten Fettbetriebsphase
angepasst wird. Vorzugsweise erfolgt die Anpassung dabei so, dass
die Menge der nicht ausgespeicherten Stickoxide reduziert wird.
Mit einer derartigen Betriebsweise kann somit eine Anpassung ggf.
so vorgenommen werden, dass eine an die zweite Fettbetriebsphase
anschließende weitere
Fettbetriebsphase möglichst
kurz bzw. vielleicht sogar verhindert wird.
Um gegenüber der bereits zuvor erläuterten Betriebsweise
gemäß dem Stand
der Technik, wie dies in der 4 dargestellt
ist, eine Verkürzung
der Regenerationszeit und dadurch auch der Reduktionsmittelmenge
bzw. Kraftstoffmenge zu erzielen, wird gemäß der erfindungsgemäßen Verfahrensführung, wie
dies schematisch in der 2 dargestellt ist,
in einem ersten Verfahrensschritt die Zeitdauer für die erste
Fettbetriebsphase zu einem bestimmten Betriebszeitpunkt von einer
Motorsteuereinrichtung, vorzugsweise einem Motorsteuergerät, in Abhängigkeit
von einer Reaktionsgeschwindigkeit des Sauerstoffs im Stickoxid-Speicherkatalysator
als Funktion der Katalysator-Reaktionstemperatur
und des Abgasmassenstroms ermittelt. Aufgrund der dadurch gewinnbaren
Aussage über
die aktuelle Sauerstoffspeicherfähigkeit
des Sauerstoffspeichers kann diejenige Reduktionsmittelmenge bzw.
Kraftstoff menge ermittelt werden, die erforderlich ist, um in einer
ersten Fettbetriebsphase 1 als Sauerstoff-Ausspeicherphase
die Brennkraftmaschine für
eine bestimmte Sauerstoff-Ausspeicherzeit mit einem sehr fetten
Gemisch im Bereich der Anfettungsgrenze der Brennkraftmaschine (Lambda
als Konstante gleich z. B. 0,8) zu betreiben, in der sehr schnell
die vollständige Ausspeicherung
des Sauerstoffs aus dem Sauerstoffspeicher erfolgt. Anschließend wird
dann die Brennkraftmaschine in einer Stickoxid-Ausspeicherphase 2 für eine bestimmte
Stickoxid-Ausspeicherzeit mit einem solchen fetten Gemisch betrieben,
das in etwa ein konstantes Lambda von 0,9 aufweist, um das Stickoxid
aus dem Stickoxid-Speicherkatalysator auszuspeichern. Für eine genaue
Bestimmung der dazu benötigten
Regenerationsmenge wird die Zeitdauer für die zweite Fettbetriebsphase
hier vorteilhaft in Abhängigkeit
von einer Reaktionsgeschwindigkeit der Stickoxide im Stickoxid-Speicherkatalysator
als Funktion des Alterungsgrades und/oder des Stickoxid-Speicherkatalysators
ermittelt. Im praktischen Betrieb sind bei einer Entladung ca. 1
bis 2 g Sauerstoff und 1 bis 5 g Stickstoffdioxid zu reduzieren.
In 3 ist
eine alternative erfindungsgemäße Verfahrensweise
dargestellt, bei der Bezugszeichen 4 ebenfalls die Kurve
der Lambdawerte nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator bezeichnet,
während
Bezugszeichen 5 die Kurve der Lambdawerte vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator
bezeichnet. Im Unterschied zur Betriebsweise gemäß 2 wird hier bei der ermittelten Zeitdauer
für die
erste Fettbetriebsphase A diese um einen beispielhaft gewählten Faktor
von z. B. 10 % verkürzt
und zugleich die Brennkraftmaschine mit einem sehr fetten Gemisch im
Bereich der Anfettungsgrenze der Brennkraftmaschine betrieben. Dadurch
kann sehr schnell der im Sauerstoffspeicher vorhandene Sauerstoff
ausgetrieben werden, wobei etwaige Sauerstoffreste im Sauerstoffspeicher
dann in der sich an die erste Fettbetriebsphase A anschließenden zweiten
Fettbetriebsphase B, bei der mit einem immer noch sehr fetten Gemisch
von z. B. Lambda = 0,85 gefahren wird, zusammen mit einem Großteil der
Stickoxide ausgespeichert werden. Die zweite Fettbetriebsphase B kann
ebenfalls gegenüber
der rechnerisch ermittelten Zeitdauer für diese zweite Fettbetriebsphase
verkürzt
sein, z. B. ebenfalls um 10 %. Sollte dann am Ende der zweiten Fettbetriebsphase
ermittelt werden, dass sich noch ein Rest von Stickoxiden im Stickoxid-Speicherkatalysator
befindet, kann dann in einer dritten, sich an die zweite Fettbetriebsphase
B anschließenden
Fettbetriebsphase C mit einem nunmehr weniger fetten Lambda von
ca. z. B. 0,95 der Rest an Stickoxiden ausgespeichert werden. Die Zeitdauer
für diese
dritte Fettbetriebsphase kann sich z. B. aus der Summe der Zeitabschläge in Bezug
auf die errechneten Regenerationszeiten für die erste und/oder zweite
Fettbetriebsphase ergeben. Im Falle eines Reduktionsmitteldurchbruchs
ist hier dann eine Überschreitung
der Abgasgrenzwerte vorteilhaft vermeidbar.