DE10313216A1

DE10313216A1 - Verfahren zum Betreiben eines im Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten Stickoxid (NOx)-Speicherkatalysators

Info

Publication number: DE10313216A1
Application number: DE10313216A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Schnaibel; Andreas Blumenstock; Klaus Winkler; Christoph Woll; Gunther Kegel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: DE10313216B4; FR2853007B1; FR2853007A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines im Abgasbereich einer Brennkraftmaschine (10) angeordneten Stickoxid(NOx)-Speicherkatalysators (13) vorgeschlagen, in welchen in einer Einlagerungsphase (42) NOx eingespeichert wird und der in einer Regenerationsphase (43) regeneriert wird. Der Wechsel zwischen den Phasen (42, 43) erfolgt in Abhängigkeit von der im NOx-Speicherkatalysator (13) eingelagerten oder hinter dem NOx-Speicherkatalysator (13) auftretenden NOx-Masse. In einem ersten Zeitbereich (40), der mit dem Wechsel von der Einlagerungsphase (42) zur Regenerierphase (43) endet, wird die NOx-Masse (mnosps, mnohks) anhand eines NOx-Sensorsignals (nos) eines hinter dem NOx-Speicherkatalysator (13) angeordneten NOx-Sensors (15) gemessen und die Steigung (st) des Verlaufs der NOx-Masse (mnosps, mnohks) ermittelt. Vorgesehen ist eine Interpolation der gemessenen NOx-Masse (mnosps, mnohks) in einem zweiten Zeitbereich (41), der mit dem Wechsel von der Regenerationsphase (43) zur Einlagerungsphase (42) beginnt. Die Interpolation geht von null aus und berücksichtigt die ermittelte Steigung (st). Der Endwert (ew) der Interpolation zum Ende des zweiten Zeitbereichs (41) wird als Anfangswert (aw) für die gemessene NOx-Masse (mnosps, mnohks) verwendet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines im Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten Stickoxid (NOx)-Speicherkatalysators nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
In der DE 198 43 879 A1 ist ein Betriebsverfahren einer Brennkraftmaschine beschrieben, in deren Abgasbereich ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet ist. In einer ersten Betriebsphase, in welcher die Brennkraftmaschine im Rahmen einer geschichteten Zylinderfüllung mager betrieben wird, erfolgt eine Einlagerung des entstehenden NOx in den NOx-Speicherkatalysator. In einer zweiten Betriebsphase, in welcher die Brennkraftmaschine im Rahmen einer homogenen Zylinderfüllung stöchiometrisch oder fett betrieben wird, erfolgt ein Regenerieren des NOx-Speicherkatalysators. Ein hinter dem NOx-Speicherkatalysator angeordneter NOx-Sensor detektiert eine ansteigende NOx-Konzentration im Abgas während der Einlagerungsphase. Ein Wechsel in die Regenerationsphase wird eingeleitet, sobald die NOx-Konzentration einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. In anderen Ausführungsbeispielen erfolgt ein Wechsel von der Einlagerungsphase zur Regenerationsphase dann, wenn der NOx-Massenstrom oder das Integral des NOx-Massenstroms in der Einlagerungsphase hinter dem NOx-Speicherkatalysator einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Der NOx-Massenstrom hinter dem NOx-Speicherkatalysator kann aus dem NOx-Sensorsignal, dem Abgasmassenstrom, der beispielsweise aus dem gemessenen Ansaugluftmassenstrom ermittelt werden kann, und einem konstanten Faktor, der die Molmasse wiedergibt, erhalten werden.
In der DE 197 39 848 A1 ist ebenfalls ein Betriebsverfahren einer Brennkraftmaschine beschrieben, in deren Abgasbereich ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet ist. Ein Wechsel von der Einlagerungsphase zur Regenerationsphase wird in Abhängigkeit von der im NOx-Speicherkatalysator eingelagerten NOx-Masse vorgenommen. Die Masse wird aus dem Integral des NOx-Massenstroms ermittelt, der aus dem gemessenen Luftmassenstrom oder aus der bekannten Last der Brennkraftmaschine erhalten wird. Gegebenenfalls kann die Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder das Abgas-Lambda und/oder die Katalysatortemperatur und/oder das Sättigungsverhalten des Katalysators mitberücksichtigt werden.
In der DE 100 36 453 A1 ist ebenfalls ein Betriebsverfahren einer Brennkraftmaschine beschrieben, in deren Abgasbereich ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet ist. Der Wechsel von der Einlagerungsphase zur Regenerationsphase erfolgt in Abhängigkeit von der im NOx-Speicherkatalysator eingelagerten NOx-Masse. Der nach dem NOx-Speicherkatalysator auftretende NOx-Massenstrom wird sowohl anhand eines Modells des NOx-Speicherkatalysators berechnet als auch aus dem Signal eines NOx-Sensors ermittelt. Durch Vergleich der beiden Massenströme wird das Modell des NOx-Speicherkatalysators korrigiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines im Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten Stickoxid (NOx) -Speicherkatalysators anzugeben, das die Ermittlung des richtigen Zeitpunkts für den Wechsel von der Einlagerungsphase zur Regenerationsphase ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die im unabhängigen Anspruch angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteile der Erfindung
Das Verfahren zum Betreiben eines im Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten NOx-Speicherkatalysators sieht vor, dass in einer Einlagerungsphase NOx eingespeichert wird und dass der NOx-Speicherkatalysator in einer Regenerationsphase vom eingelagerten NOx regeneriert wird. Der Wechsel zwischen den Phasen erfolgt in Abhängigkeit von der im NOx-Speicherkatalysator eingelagerten oder hinter dem NOx-Speicherkatalysator auftretenden NOx-Masse.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem ersten Zeitbereich, der mit dem Wechsel von der Einlagerungsphase zur Regenerationsphase endet, die NOx-Masse anhand des NOx-Sensorsignals eines hinter dem NOx-Speicherkatalysator angeordneten NOx-Sensors ermittelt wird, dass die Steigung des Verlaufs der NOx-Masse ermittelt wird, dass eine Interpolation der NOx-Masse in einem zweiten Zeitbereich vorgesehen ist, der mit der Einlagerungsphase beginnt, dass bei der Interpolation von null ausgegangen und die ermittelte Steigung zugrunde gelegt wird und dass der Endwert der Interpolation als Anfangswert der gemessenen NOx-Masse zum Beginn des zweiten Zeitbereichs übernommen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Ermittlung des richtigen Zeitpunkts, zu welchem von der Einlagerungsphase in die Regenerationsphase gewechselt werden soll.
Ausgangspunkt ist die Tatsache, dass das NOx-Sensorsignal nicht zu jedem Zeitpunkt zur Verfügung steht. Das NOx-Sensorsignal ist beispielsweise nach der Inbetriebnahme des NOx Sensors während der Aufheizphase, die einige Minuten betragen kann, noch nicht stabil. Weiterhin ist das NOx-Sensorsignal während der Regenerationsphase und einige Sekunden danach, also bereits während der Einlagerungsphase, instabil. Der Grund hierfür ist die hohe NOx-Konzentration während der Regenerationsphase, bei welcher die heute zur Verfügung stehenden preiswerten NOx-Sensoren in Sättigung gehen und anschließend eine gewisse Erholungszeit benötigen, die bereits in die neue Einlagerungsphase fällt. Außerdem liegt beim Wechsel von der Regenerationsphase zur Einlagerungsphase ein instationärer Betriebszustand vor, sodass bereits aus diesem Grund das NOx-Sensorsignal in der Anfangsphase der Einlagerungsphase nicht zuverlässig ist.
Die direkte Messung der NOx-Masse im NOx-Speicherkatalysator oder nach dem NOx-Speicherkatalysator ist mit preiswerten NOx-Sensoren nicht möglich. Die derzeit eingesetzten NOx-Sensoren erfassen die NOx-Konzentration im Abgasstrom. Die Messung der NOx-Masse, die auf einer Integration beruht, startet deshalb in jeder Einlagerungsphase mit dem Anfangswert Null. Hierdurch entsteht ein Fehler bei der gemessenen NOx-Masse, wodurch eine Festlegung eines Schwellenwerts, bei dessen Erreichen zur Regenerationsphase gewechselt werden soll, erschwert wird. Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahme kann die tatsächlich im NOx-Speicherkatalysator eingelagerte oder die hinter dem NOx-Speicherkatalysator auftretende NOx-Masse mit vergleichsweise hoher Genauigkeit ermittelt werden, sodass der Schwellenwert einfach festgelegt werden kann.
Gleichbedeutend mit einer Interpolation ist eine Extrapolation des gemessenen Verlaufs der NOx-Masse in den zweiten Zeitbereich hinein, wobei die Extrapolation derart festzulegen ist, dass der Endwert der Extrapolation mit dem Beginn der Einlagerungsphase gleich null wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.
Eine erste Ausgestaltung sieht ein Sensor-Gültigkeitssignal vor, welches anzeigt, dass das NOx-Sensorsignal des NOx-Sensors gültig ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Sensor-Gültigkeitssignal während des ersten Zeitbereichs einen Ungültigkeitspegel und während des zweiten Zeitbereichs einen Gültigkeitspegel aufweist.
Das Sensor-Gültigkeitssignal hängt zweckmässigerweise von der Betriebsbereitschaft des NOx-Sensors ab. Vorzugsweise weist das Sensor-Gültigkeitssignal den Ungültigkeitspegel für eine vorgegebene Zeitdauer auf.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steigung zu vorgegebenen Zeitpunkten ermittelt wird. Alternativ wird die Steigung in Abhängigkeit von der Änderung der gemessenen NOx-Masse ermittelt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Wechsel zur Regenerationsphase in Abhängigkeit von einer berechneten, im NOx-Speicherkatalysator eingelagerten NOx-Masse oder in Abhängigkeit von einer berechneten, hinter dem NOx-Speicherkatalysator auftretenden NOx-Masse erfolgt, die anhand eines Katalysatormodells des NOx-Speicherkatalysators ermittelt wird.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Wechsel zur Regenerationsphase in Abhängigkeit von der gemessenen, im NOx-Speicherkatalysator eingelagerten NOx-Masse oder in Abhängigkeit von der gemessenen, hinter dem NOx-Speicherkatalysator auftretenden NOx-Masse erfolgt.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
Zeichnung
1 zeigt ein technisches Umfeld, in welchem ein endungsgemäßes Verfahren abläuft und 2a bis 2c zeigen Signalverläufe in Abhängigkeit von der Zeit.
1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10, die ein Drehzahlsignal n an eine Steuerung 11 abgibt. Ein in einem Ansaugbereich der Brennkraftmaschine 10 angeordneter Luftmassenstromsensor 12 gibt ein Luftmassenstromsignal msl an die Steuerung 11 ab, der weiterhin ein Leistungssollsignal ps zugeführt ist. In einen Abgasbereich der Brennkraftmaschine 10 ist ein NOx-Speicherkatalysator 13 angeordnet. Vor dem NOx-Speicherkatalysator 13 ist ein Lambdasensor 14 vorgesehen, der ein Lambdasignal lam an die Steuerung 11 abgibt. Hinter dem NOx-Speicherkatalysator 13 ist ein NOx-Sensor 15 angeordnet, der ein NOx-Sensorsignal nos an einen Umrechnungsblock 16 und an eine Sensorheizungssteuerung 17 abgibt.
Das Luftmassenstromsignal msl wird weiterhin einem Berechnungsblock 18 zugeführt, der ein Signal, das den Abgasmassenstrom msabg repräsentiert, an den Umrechnungsblock 16 abgibt. Der Berechnungsblock 18 gibt weiterhin ein Signal, das dem NOx-Massenstrom msnovk vor dem NOx-Speicherkatalysator 13 repräsentiert, ein Signal, das die berechnete Abgastemperatur tabgm repräsentiert, und ein Signal, das die Raumgeschwindigkeit vr des Abgasstroms repräsentiert, an ein Katalysatormodell 19 ab.
Der Umrechnungsblock 16 ermittelt aus dem Abgasmassenstrom msabg, dem NOx-Sensorsignal nos und einem Umrechnungsfaktor nok einen gemessenen NOx-Massenstrom msnohks hinter dem NOx-Speicherkatalysator 13. Ein erster Integrator 20 ermittelt aus dem gemessenen NOx-Massenstrom msnohks eine gemessene NOx-Masse mnohks hinter dem NOx-Speicherkatalysator 13. Ein erster Subtrahierer 21 ermittelt aus dem NOx-Massenstrom msnovk vor dem Speicherkatalysator 13 und dem gemessenen NOx-Massenstrom msnohks hinter dem Speicherkatalysator 13 einen gemessenen, in den NOx-Speicherkatalysator 13 fließenden NOx-Massenstrom msnosps, aus dem ein zweiter Integrator 22 die gemessene NOx-Masse mnosps im NOx-Speicherkatalysator 13 ermittelt.
Das Katalysatormodell 19 ermittelt einen berechneten, in den NOx-Speicherkatalysator 13 fließenden NOx-Massenstrom msnospm, aus dem ein dritter Integrator 23 die im NOx-Speicherkatalysator 13 eingelagerte NOx-Masse mnospm berechnet, die an das Katalysatormodell 19 zurückgeführt und einem Vergleicher 24 sowie einem Anfangswertspeicher 25 zur Verfügung gestellt wird. Ein zweiter Subtrahierer 26 stellt aus der Differenz zwischen dem NOx-Massenstrom msnovk vor dem Speicherkatalysator 13 und dem berechneten NOx-Massenstrom msnospm in den NOx-Speicherkatalysator 13 einen berechneten, hinter dem NOx-Speicherkatalysator 13 auftretenden NOx-Massenstrom msnohkm bereit, aus dem ein vierter Integrator 27 eine berechnete NOx-Masse mnohkm hinter dem NOx-Speicherkatalysator 13 berechnet.
Der Vergleicher 24, der die berechnete NOx-Masse mnospm im NOx-Speicherkatalysator 13 mit einem Schwellenwert sw vergleicht, gibt ein Betriebsphasensignal b an einen Zeitgeber 28 sowie an die Steuerung 11 ab. Der Zeitgeber 28 wird weiterhin von einem Heizungsbereitschaftssignal h angesteuert, das die Sensorheizungssteuerung 17 bereitstellt. Der Zeitgeber 28 gibt ein Sensor-Gültigkeitssignal g sowohl an den Anfangswertspeicher 25 als auch an eine Steigungsermittlung 29 und den zweiten Integrator 22 ab. Die von der Steigungsermittlung 29 aus dem zeitlichen Verlauf der gemessenen NOx-Masse mnosps im NOx-Speicherkatalysator 13 ermittelte Steigung st gelangt in einen Interpolierer 30.
Der Interpolierer 30 gibt einen Endwert ew an den Anfangswertspeicher 25 weiter, der einen Anfangswert aw an einen Addierer 31 abgibt. Der Addierer 31 addiert den Anfangswert aw zur gemessenen NOx-Masse mnosps im NOx-Speicherkatalysator 13 und leitet ein Ausgangssignal as an den Vergleicher 24 weiter.
2a zeigt die berechnete NOx-Masse mnospm im Speicherkatalysator 13 sowie das Ausgangssignal as in Abhängigkeit von der Zeit t. Eingetragen ist der Anfangswert aw sowie der Schwellenwert sw. In einem ersten Zeitbereich 40, der sich von einem zweiten bis zu einem fünften Zeitpunkt T2, T5 erstreckt, liegt das Ausgangssignal as vor. In einem zweiten Zeitbereich 41, der sich von einem ersten bis zum zweiten Zeitpunkt T1, T2 erstreckt, wird die NOx-Masse mnospm im NOx-Speicherkatalysator 13 berechnet. Der Anfangswert aw tritt zum zweiten Zeitpunkt T2 auf. Eingetragen ist ein dritter und vierter Zeitpunkt T3, T4. Mit dem Erreichen des Schwellenwerts sw durch das Ausgangssignal as ist der fünfte Zeitpunkt T5 gegeben.
2b zeigt das Betriebsphasensignal b in Abhängigkeit von der Zeit t. Das Betriebsphasensignal b ändert zum ersten, zum zweiten und zum fünften Zeitpunkt T1, T2, T5 seinen Zustand. Zwischen dem ersten und fünften Zeitpunkt T1, T5 signalisiert das Betriebsphasensignal b eine Einlagerungsphase 42 und zwischen dem fünften und einem sechsten Zeitpunkt T5, T6 signalisiert das Betriebsphasensignal b eine Regenerationsphase 43.
2c zeigt das Sensor-Gültigkeitssignal g in Abhängigkeit von der Zeit t. Zwischen dem ersten und zweiten Zeitpunkt T1, T2 weist das Sensor-Gültigkeitssignal g einen Ungültigkeitspegel 44 und zwischen dem zweiten und es sechsten Zeitpunkt T2, T6 einen Gültigkeitspegel 44 auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet folgendermaßen:
Die Steuerung 11 der Brennkraftmaschine 10 legt das Kraftstoffmengensignal msk zumindest in Abhängigkeit vom Leistungsvorgabesignal ps, das beispielsweise von der Stellung eines nicht näher gezeigten Fahrpedals eines nicht näher gezeigten Kraftfahrzeugs abgeleitet ist, vom Luftmassenstromsignal msl, das der Luftmassenstromsensor 12 bereitstellt, und vom Lambdasignal lam fest, das der Lambdasensor 14 zur Verfügung stellt.
Die Brennkraftmaschine 10 kann zumindest in zwei unterschiedlichen Betriebsarten betrieben werden. In dem eingangs genannten Stand der Technik ist die Brennkraftmaschine 10 als direkt einspritzende Brennkraftmaschine ausgebildet, die in einem Schichtbetrieb und in einem Homogenbetrieb betrieben werden kann. Der Schichtbetrieb kommt bei einer geringeren Leistungsanforderung zum Einsatz, während der Homogenbetrieb eine erhöhte Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 10 ermöglicht. Im Schichtbetrieb wird die Brennkraftmaschine 10 entdrosselt betrieben, wobei eine nicht näher gezeigte Drosselklappe, die sich im Ansaugbereich der Brennkraftmaschine 10 befindet, weitgehend geöffnet ist. Im Schichtbetrieb wird die Brennkraftmaschine 10 mit einer Luftzahl Lambda größer 1 betrieben. Auf Grund des Luftüberschusses entsteht eine erhöhte NOx-Konzentrationen im Abgas der Brennkraftmaschine 10, die in einem Drei-Wege-Katalysator nicht mehr unschädlich gemacht werden kann. Der im Abgasbereich angeordneten NOx-Speicherkatalysator 13 speichert in diesem Fall das Stickoxid. Da die Speicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators 13 begrenzt ist, muss dessen Betriebsbereitschaft durch eine Regeneration von Zeit zu Zeit wieder hergestellt werden. Während der Regenerationsphase 43 muss dem NOx-Speicherkatalysator 13 ein Reduziermittel zur Verfügung gestellt werden, das beispielsweise innermotorisch bereitgestellt werden kann. Das Reduziermittel besteht in diesem Fall hauptsächlich aus unverbrannten Kohlenwasserstoffen und aus Wasserstoff. Diese Abgasbestandteile treten auf, wenn die Brennkraftmaschine 10 mit einer Luftzahl Lambda von kleiner oder mindestens gleich 1 betrieben wird. Nachdem der NOx-Speicherkatalysator 13 von der eingelagerten NOx-Masse befreit ist, kann wieder in die Einlagerungsphase 42 des Stickoxids übergegangen werden.
Eine erste Möglichkeit zum Erkennen, wann der NOx-Speicherkatalysator 13 regeneriert werden muss, beruht auf der Ermittlung der im NOx-Speicherkatalysator 13 eingelagerten NOx-Masse. Die Ermittlung erfolgt entweder anhand eines Modells oder anhand einer Messung. In beiden Fällen wird von dem von der Brennkraftmaschine 10 emittierten NOx-Massenstrom msnovk vor dem NOx-Speicherkatalysator 13 ausgegangen.
Eine andere Möglichkeit zum Erkennen, wann der NOx-Speicherkatalysator 13 regeneriert werden muss, beruht auf der Ermittlung der hinter dem NOx-Speicherkatalysator 13 auftretenden NOx-Masse, die ebenfalls entweder anhand eines Modells oder anhand einer Messung ermittelt werden kann. Die anhand des Katalysatormodells 19 berechnete NOx-Masse mnohkm hinter dem NOx-Speicherkatalysator 13 stellt der Integrator 27 bereit. Die gemessenen NOx-Masse mnohks hinter dem NOx-Speicherkatalysator 13 liefert der erste Integrator 20.
Im Folgenden wird detailliert nur auf die Ermittlung der im NOx-Speicherkatalysator 13 eingelagerten NOx-Masse eingegangen. Gleichermaßen geeignet wäre aber auch die Zugrundelegung der hinter dem NOx-Speicherkatalysator 13 auftretenden NOx-Masse.
Wie bereits erläutert, steht das NOx-Sensorsignal nos nicht immer zur Verfügung. Diesen Zustand spiegelt das Sensor-Gültigkeitssignal g, das der Zeitgeber 28 abgibt, mit dem Ungültigkeitspegel 44 wider. Das Sensor-Gültigkeitssignal g gibt der Zeitgeber 28 in Abhängigkeit entweder von Betriebsphasensignal b oder vom Heizungsbereitschaftssignal h ab.
Das Heizungsbereitschaftssignal h zeigt an, dass der NOx-Sensor 15 seine Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat. Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 10 kann die Zeit bis zum Erreichen der Betriebsbereitschaft mehrere Minuten betragen. Der Zeitgeber 28 ist als retriggerbarer Zeitgeber ausgestaltet, der somit den Ungültigkeitspegel 44 zunächst solange ausgibt, wie die Betriebsbereitschaft noch nicht vorliegt. Wenn die Betriebsbereitschaft vorliegt, muss noch die vom Zeitgeber 28 vorgegebene Zeit abgewartet werden, bis das Sensor-Gültigkeitssignal g vom Ungültigkeitspegel 44 zum Gültigkeitspegel 45 wechselt.
Das Betriebsphasensignal b tritt am Vergleicher 24 auf, wenn entweder die berechnete NOx-Masse mnospm im NOx-Speicherkatalysator 13 oder das Ausgangssignal as den Schwellenwert sw übersteigt. Die Schwellenüberschreitung legt den fünften Zeitpunkt T5 fest, zu dem von der Einlagerungsphase 40 zur Regenerationsphase 41 gewechselt wird. Das Betriebsphasensignal b startet ebenfalls den Zeitgeber 28.
Die NOx-Masse mnospm im NOx-Speicherkatalysator 13 kann folgendermaßen berechnet werden:
Der NOx-Massenstrom msnovk vor dem NOx-Speicherkatalysator 13 wird im Berechnungsblock 18 wenigstens näherungsweise erhalten aus zumindest einer Größe, die dem Steuergerät 11 bekannt ist. Eine solche Größe ist beispielsweise das Luftmassenstromsignal msl. Alternativ oder zusätzlich kann das Kraftstoffmengensignal msk und/oder das Drehzahlsignal n bei der Ermittlung des NOx-Massenstroms msnovk vor dem NOx-Speicherkatalysator 13 berücksichtigt werden. Zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit kann beispielsweise eine Abgasrückführrate eines nicht näher gezeigten Abgasrückführsystems berücksichtigt werden, die zu einer Reduzierung des NOx-Rohmassenstroms msnovk führt. Weiterhin kann gegebenenfalls die zusätzliche Kraftstoffrate berücksichtigt werden, die von einem Tankentlüftungssystem bereitgestellt wird. Weiterhin kann noch gegebenenfalls eine geringfügige Korrektur durch die Luftzahl Lambda erfolgen.
Ausgehend von dem ermittelten NOx-Massenstrom msnovk vor dem NOx-Speicherkatalysator 13 kann der in den NOx-Speicherkatalysator fließende NOx-Massenstrom msnospm anhand des Katalysatormodells 19 berechnet werden. Das Katalysatormodell 19 berücksichtigt zu diesem Zweck weiterhin vorzugsweise die berechnete Abgastemperatur tabgm, die im Katalysatormodell 19 zur Berechnung der Temperatur des NOx-Speicherkatalysators 13 herangezogen werden kann. Das Katalysatormodell 19 berücksichtigt zu diesem Zweck vorzugsweise weiterhin die Raumgeschwindigkeit vr des Abgasstromes. Die Raumgeschwindigkeit vr ist eine Funktion des Abgasmassenstroms und des Volumens des NOx-Speicherkatalysators 13. Der Abgasmassenstrom kann seinerseits in Abhängigkeit vom gemessenen Luftmassenstromsignal msl angegeben werden.
Anhand einer Integration des berechneten, in den NOx-Speicherkatalysator 13 strömenden NOx-Massenstroms msnospm im dritten Integrator 23 wird die im NOx-Speicherkatalysator 13 eingelagerte NOx-Masse mnospm berechnet. Durch die Zurückführung der berechneten, im NOx-Speicherkatalysator 13 eingelagerten NOx-Masse mnospm zum Katalysatormodell 19 wird zum Ausdruck gebracht, dass bei der Berechnung des in den NOx-Speicherkatalysator 13 fließenden NOx-Massenstroms msnospm auch die im NOx-Speicherkatalysator 13 bereits eingelagerte NOx-Masse mnospm berücksichtigt werden sollte.
Aus einem Vergleich der berechneten, im NOx-Speicherkatalysator 13 eingelagerten NOx-Masse mnospm im Vergleicher 24 mit dem Schwellenwert sw wird entschieden, ob die Grenze des Beladungszustands des NOx-Speicherkatalysators 13 erreicht ist und die Regenerationsphase 43 eingeleitet werden muss. Der Schwellenwert sw muss an die Beladungsgrenze angepasst sein. Es kann durchaus die Betriebssituationen vorliegen, dass das Sensor-Gültigkeitssignal g bis zum Erreichen des Schwellenwerts sw den Ungültigkeitspegel 44 beibehält. Der Wechsel von der Einlagerungsphase 42 zur Regenerationsphase 43 kann in dieser Situation ausschließlich anhand der berechneten, im NOx-Speicherkatalysator 13 eingelagerten NOx-Masse mnospm entschieden werden.
Sofern das Sensor-Gültigkeitssignal g innerhalb der Einlagerungsphase 42 zum zweiten Zeitpunkt T2 vom Ungültigkeitspegel 44 zum Gültigkeitspegel 45 wechselt, kann die im NOx-Speicherkatalysator 13 eingelagerte NOx-Masse ab dem zweiten Zeitpunkt T2 gemessen werden.
Zur Messung der NOx-Konzentrationen im Abgas ist der NOx-Sensor 15 hinter dem NOx-Speicherkatalysator 13 vorgesehen. Der gemessene NOx-Massenstrom msnohks hinter dem NOx-Speicherkatalysator 13 wird im Umrechnungsblock 16 erhalten durch eine Multiplikation mit dem gesamten Abgasmassenstrom msabg, den der Berechnungsblock 18 bereitstellt. Weiterhin wird der Umrechnungsfaktor nok für die Molmassen benötigt, um zum gemessenen NOx-Massenstrom msnohks hinter dem NOx-Speicherkatalysator 13 zu gelangen.
Die gemessene NOx-Masse mnosps im NOx-Speicherkatalysator 13 ergibt sich aus dem Integral der Differenz des NOx-Massenstroms msnovk vor dem NOx-Speicherkatalysator 13 und dem gemessenen NOx-Massenstrom msnonks hinter dem NOx-Speicherkatalysator 13. Die Differenz stellt der erste Subtrahierer 21 bereit, die der zweite Integrator 22 integriert.
Da die zum ersten Zeitpunkt T1 beginnende Integration im zweiten Integrator 22 auf Grund der Zurücksetzung des zweiten Integrators 22 durch das Sensor-Gültigkeitssignal g zum ersten Zeitpunkt T1 mit dem Wert Null beginnt, wird zweckmäßigerweise im Addierer 31 der Anfangswert aw addiert, sodass das Ausgangssignal as um die berechnete NOx-Masse mnospm im NOx-Speicherkatalysator 13 angehoben wird. Der Anfangswert aw stellt der Anfangswertspeicher 25 bereit, in welchem der zuletzt berechnete Betrag der NOx-Masse mnospm im NOx-Speicherkatalysator 13 hinterlegt ist. In Abhängigkeit von der Genauigkeit der berechneten NOx-Masse mnospm im NOx-Speicherkatalysator 13 stimmt das Ausgangssignal as mit der tatsächlich eingelagerten NOx-Masse überein oder weicht davon ab.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steigung st des Verlaufs der gemessenen NOx-Masse mnosps im NOx-Speicherkatalysator 13 sofort nach deren Verfügbarkeit in der Steigungsermittlung 29 ermittelt und dem Interpolator 30 zugeführt wird. Der Interpolator 30 interpoliert zwischen dem ersten und zweiten Zeitpunkt T1, T2, während das Sensor-Gültigkeitssignal g den Ungültigkeitspegel 42 aufweist. Die Interpolation beginnt zum ersten Zeitpunkt T1 mit dem Wert Null und endet zum zweiten Zeitpunkt T2, wobei die ermittelte Steigung st zugrunde gelegt wird. Mit dem Abschluss der Interpolation steht der Endwert ew zur Verfügung, der in den Anfangswertspeicher 25 übernommen wird und als Anfangswert aw dem Addierer 31 zugeführt wird. Durch die Addition wird gegebenenfalls das Ausgangssignal as neu festgelegt.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Maßnahme ermöglicht die Ermittlung des Ausgangssignals as mit einer hohen Genauigkeit, sodass der Schwellenwert sw für den Vergleicher 24 definiert festgelegt werden kann.
Die Interpolation und die daraus resultierende Bereitstellung des Endwerts ew, der als neuer Anfangswert aw verwendet wird, erfolgt im unmittelbaren Anschluss an den zweiten Zeitpunkt T2, sodass ein gegebenenfalls auftretender Unstetigkeitssprung im Ausgangssignal as vergleichsweise nahe beim zweiten Zeitpunkt T2 auftritt. Der dritte und vierte Zeitpunkt T3, T4 sind nur der Übersichtlichkeit wegen mit einem verhältnismäßig großen zeitlichen Abstand zum zweiten Zeitpunkt T2 bzw. mit einem großen zeitlichen Abstand untereinander eingetragen. Tatsächlich liegen der dritte und vierte Zeitpunkt T3, T4 nahe am zweiten Zeitpunkt T2. Die Ermittlung der Steigung st des Verlaufs der gemessenen NOx-Masse mnosps im NOx-Speicherkatalysator 13 kann beispielsweise zwischen dem dritten und vierten Zeitpunkt T3, T4 erfolgen, wobei der dritte und vierte Zeitpunkt T3, T4 einen festen zeitlichen Bezug zum zweiten Zeitpunkt T2 aufweisen. Vorzugsweise wird die Steigung st des zeitlichen Verlaufs der gemessenen NOx-Masse mnosps im NOx-Speicherkatalysator 13 in Abhängigkeit von der gemessenen NOx-Masse selbst ermittelt. Beispielsweise kann eine vorgegebene Betragänderung vorgesehen sein.
Wenn das Ausgangssignal as oder die berechnete, im Speicherkatalysator 13 eingelagerte NOx-Masse den Schwellenwert sw erreicht hat, wird zum fünften Zeitpunkt T5 von der Einlagerungsphase 42 zur Regenerationsphase 43 gewechselt, in welcher der NOx-Speicherkatalysator 13 wieder vom eingelagerten NOx befreit wird. Aufgrund der in der Regenerationsphase 43 auftretenden vergleichsweise hohen NOx-Konzentration, die der NOx-Sensor 15 nicht mehr richtig messen kann, wechselt das Sensor-Gültigkeitssignal g vom Gültigkeitspegel 45 zum Ungültigkeitspegel 44.
Zum Erkennen des Endes der Regenerationsphase 43 stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung. Eine Möglichkeit sieht den Einsatz eines hinter dem NOx-Speicherkatalysator 13 angeordneten Sensors vor, der einen beginnenden Durchbruch des Regenerationsmittels erkennt. Beispielsweise kann ein Lambdasensor einen beginnenden Fettdurchbruch detektieren, der bei einem innermotorisch erzeugten Reduziermittel auftritt. Zum sechsten Zeitpunkt T6 ist die Regenerationsphase 43 abgeschlossen. Der sechste Zeitpunkt T6 entspricht dem ersten Zeitpunkt T1, an welchem die neue Einlagerungsphase 42 beginnt.
Die beschriebenen Funktionen werden vorzugsweise in Software realisiert, die in einem Rechner abläuft, der vorzugsweise die Motorsteuerung 10 enthält.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines im Abgasbereich einer Brennkraftmaschine (10) angeordneten Stickoxid (NOx) -Speicherkatalysators (13), in welchen in einer Einlagerungsphase (42) NOx eingespeichert wird und der in einer Regenerationsphase (43) regeneriert wird, bei dem der Wechsel zwischen den Phasen (42, 43) in Abhängigkeit von der im NOx-Speicherkatalysator (13) eingelagerten oder hinter dem NOx-Speicherkatalysator (13) auftretenden NOx-Masse erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Zeitbereich (40), der mit dem Wechsel von der Einlagerungsphase (42) zur Regenerationsphase (43) endet, die NOx-Masse (mnosps, mnohks) anhand eines NOx-Sensorsignals (nos) eines hinter dem NOx-Speicherkatalysator (13) angeordneten NOx-Sensors (15) ermittelt wird, dass die Steigung (st) des Verlaufs der NOx-Masse (mnosps, mnohks) ermittelt wird, dass eine Interpolation der gemessenen NOx-Masse (mnosps, mnohks) in einem zweiten Zeitbereich (41) vorgesehen ist, der mit dem Wechsel von der Regenerationsphase (43) zur Einlagerungsphase (42) beginnt, dass bei der Interpolation von null ausgegangen und die ermittelte Steigung (st) zugrunde gelegt wird und dass der Endwert (ew) der Interpolation zum Ende des zweiten Zeitbereichs (41) als Anfangswert (aw) für die gemessene NOx-Masse (mnosps, mnohks) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor-Gültigkeitssignal (g) vorgesehen ist, welches anzeigt, dass das NOx-Sensorsignal (nos) des NOx-Sensors (15) gültig ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensor-Gültigkeitssignal (g) während des ersten Zeitbereichs (41) einen Ungültigkeitspegel (44) und während des zweiten Zeitbereichs (40) einen Gültigkeitspegel (45) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensor-Gültigkeitssignal (g) den Ungültigkeitspegel (44) für eine vorgegebene Zeitdauer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensor-Gültigkeitssignal (g) abhängt von der Betriebsbereitschaft des NOx-Sensors (15), die vorzugsweise von einer Sensorheizungssteuerung (17) festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung (st) zu vorgegebenen Zeitpunkten (T3, T4) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung (st) in Abhängigkeit von der Änderung der gemessenen NOx-Masse (mnosps, mnohks) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel zur Regenerationsphase (43) in Abhängigkeit von einer berechneten, im NOx-Speicherkatalysator (13) eingelagerten NOx-Masse (mnospm) oder in Abhängigkeit von einer berechneten, hinter dem NOx-Speicherkatalysator (13) auftretenden NOx-Masse (mnohkm) erfolgt, die anhand eines Katalysatormodells (19) des NOx-Speicherkatalysators (13) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel zur Regenerationsphase (43) in Abhängigkeit von der gemessenen, im NOx-Speicherkatalysator (13) eingelagerten NOx-Masse (mnosps) oder in Abhängigkeit von der gemessenen, hinter dem NOx-Speicherkatalysator (13) auftretenden NOx-Masse (mnohks) erfolgt.