DE10316806A1

DE10316806A1 - System und Verfahren zum Überwachen der Stickoxidemission beim Betrieb eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE10316806A1
Application number: DE10316806A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Ellmer; Thorsten Lauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2004-11-18

Abstract

Ein System und ein Verfahren bedienen sich eines Stickoxidsensors (14), der hinter einem Katalysator (12) im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors (10) angeordnet ist. In Abhängigkeit der ermittelten Stickoxidemission kann zwischen einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart umgeschaltet werden, wobei die erste Betriebsart durch einen geringeren Sauerstoffgehalt im Rohabgas charakterisiert ist. Die erste Betriebsart wird vorzugsweise dann verwendet, wenn trotz des hohen Sauerstoffgehalts und der daraus resultierenden ausbleibenden Reduktion von Stickoxid im Katalysator (12) ein ausreichend geringer Stickoxidgehalt im ausgestoßenen Abgas vorliegt. In die zweite Betriebsart wird umgeschaltet, wenn die Stickoxidemissionswerte der ersten Betriebsart nicht mehr ausreichend sind, wobei hierzu ein erhöhter Kraftstoffverbrauch in Kauf genommen wird. Falls beide Betriebsarten nicht mehr zu verträglichen Stickoxidemissionen führen, erfolgt ein OBD-Eintrag in einen Fehlerspeicher (22).

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Überwachen der Stickoxidemission beim Betrieb eines Verbrennungsmotors, wobei der Verbrennungsmotor mindestens zwei Betriebsarten annehmen kann, mindestens eine erste Betriebsart durch hohen Sauerstoffgehalt und geringen Stickoxidgehalt im Rohabgas charakterisiert ist, mindestens eine zweite Betriebsart durch einen geringeren Sauerstoffgehalt im Rohabgas als in der mindestens einen ersten Betriebsart charakterisiert ist, so dass in der zweiten Betriebsart eine Reduktion von Stickoxiden in einem Katalysator erfolgen kann, ein Stickoxidsensor vorgesehen ist und in Abhängigkeit von Stickoxidemissionswerten eine Betriebsart gewählt werden kann.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Überwachen der Stickoxidemission beim Betrieb eines Verbrennungsmotors, wobei der Verbrennungsmotor mindestens zwei Betriebsarten annehmen kann, mindestens eine erste Betriebsart durch hohen Sauerstoffgehalt und geringen Stickoxidgehalt im Rohabgas charakterisiert ist, mindestens eine zweite Betriebsart durch einen geringeren Sauerstoffgehalt im Rohabgas als in der mindestens einen ersten Betriebsart charakterisiert ist, so dass in der zweiten Betriebsart eine Reduktion von Stickoxiden in einem Katalysator erfolgen kann, Stickoxidemissionswerte durch einen Stickoxidsensor erfasst werden und in Abhängigkeit von Stickoxidemissionswerten eine Betriebsart gewählt werden kann.

Im Zusammenhang mit Benzin-Direkteinspritzsystemen sind unterschiedliche Betriebsbedingungen bekannt. Diesen ist gemeinsam, dass eine Direkteinspritzung von Kraftstoff unter Hochdruck direkt in einen Brennraum erfolgt. Die Gemischbildung erfolgt dann innerhalb des Brennraums. Herkömmlich un terscheidet man die Betriebsarten Homogenbetrieb und Schichtbeziehungsweise Magerbetrieb. Beim Homogenbetrieb liegt ein homogen über den gesamten Brennraum verteiltes Gemisch vor. Beim Schichtbetrieb liegt im Bereich der Zündkerze ein gut zündfähiges Gemisch vor. Das verbleibende Volumen des Brennraums ist mit angesaugter Frischluft, einem Inertgas aus der Abgasrückführung oder einem sehr mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch gefüllt. Für gewöhnlich wird beim Homogenbetrieb eine Luftzahl nahe λ = 1 gewählt. Bei Schichtladung wird herkömmlich eine Luftzahl von λ > 1 eingestellt.

Neben diesen herkömmlichen Betriebsarten wird vermehrt eine weitere Betriebsart als erfolgversprechend eingeschätzt, die dem Betrieb des selbstzündenden Dieselmotors ähnelt. Diese ist als HCCI-Betriebsart (Homogeneous Charge Compression Ignition) bekannt und stellt ein selbstzündendes Brennverfahren dar, bei dem der Zündzeitpunkt und damit der Verbrennungsverlauf über die reaktive Energiemenge im Zylinder gesteuert werden. Um ein ausreichendes Energieniveau bereitzustellen, bedient man sich üblicherweise einer Abgasrückführung über externe Stellmittel im Rahmen einer externen Abgasrückführung oder durch eine geeignete Gaswechselventilsteuerung im Rahmen einer internen Abgasrückführung.

Durch den HCCI-Betrieb ergeben sich Verbrauchsvorteile gegenüber heutigen Seriensystemen und ein sehr geringer Stickoxidgehalt im Rohabgas, das heißt im Abgas vor Durchtritt durch einen Katalysator.

Der HCCI-Betrieb hat jedoch beispielsweise mit dem Schichtbeziehungsweise Magerbetrieb gemeinsam, dass aufgrund des hohen Sauerstoffgehalts im Abgas keine Reduzierung der Stickoxide in einem Katalysator erfolgen kann.

Beim ordnungsgemäßen HCCI-Betrieb stellen sich somit sehr geringe Stickoxidemissionen ein; sobald jedoch Änderungen im Verbrennungsverlauf stattfinden, können die Stickoxidemissio nen auf einen unzulässig hohen Wert ansteigen, was besonders problematisch ist, da die entstehenden Stickoxide wegen des hohen Sauerstoffgehalts im Abgas nicht reduziert werden können. Einen großen Einfluss auf den Verbrennungsverlauf hat neben dem Energieinhalt im Verbrennungsraum auch die Zündwilligkeit des Kraftstoffes, beispielsweise aufgrund einer Veränderung der Kraftstoffqualität. Ebenfalls können Veränderungen am System, wie zum Beispiel Ablagerungen im Brennraum oder am Injektor, die über eine längere Betriebszeit eines Fahrzeugs auftreten, dazu führen, dass es zu einer Brennverlaufsveränderung während des HCCI-Betriebs kommt.

Eine hieraus resultierende Veränderung im Emissionsverhalten ist insbesondere auch aufgrund von sich weiter verschärfenden Anforderungen der Onboard-Diagnose im Rahmen des OBD-Standards kritisch. Eine solche OBD-Diagnose muss bereits heute ein Versagen des Fahrzeugs im Abgastest auch nach längerer Betriebszeit sicher anzeigen.

Insgesamt besteht also insbesondere aus Verbrauchsgründen der Wunsch, den Motor möglichst häufig in der HCCI-Betriebsart zu betreiben. Aufgrund von unzulässigen Erhöhungen des Stickoxidgehalts im Abgas kann eine Umschaltung in den Normalbetrieb jedoch erforderlich sein, wobei hier hauptsächlich der Homogenbetrieb mit λ um 1 gewählt werden wird. Eine solche Umschaltung zwischen den unterschiedlichen Betriebsarten, wobei eine dieser Betriebsarten die HCCI-Betriebsart ist, wird bereits in der JP 11336600 erwähnt. Hier wird ein Stickoxidsensor verwendet, der die Konzentration des Stickoxides in der Rohemission des Verbrennungsmotors misst. Erfolgt eine Umschaltung vom Homogenbetrieb in den HCCI-Betrieb, so wird eine gewisse Emissionsreduzierung in den Rohabgasen erwartet. Tritt diese nicht in dem erwarteten Maße auf, so kann zumindest auf einen nicht optimalen HCCI-Betrieb geschlossen werden, so dass bestimmte Gegenmaßnahmen ergriffen werden müssen, beispielsweise eine Rückschaltung in den Homogenmodus. Mit einem solchen System kann jedoch nicht sichergestellt werden, dass die HCCI-Betriebsart möglichst häufig gewählt wird, das heißt möglichst immer dann, wenn die Stickoxidemissionswerte auch nur geringfügig unterhalb des zulässigen Grenzwertes liegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und insbesondere einen unter Berücksichtigung der Stickoxidemissionswerte verbrauchsoptimierten Betrieb des Verbrennungsmotors sicherzustellen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen System dadurch auf, dass der Stickoxidsensor bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Katalysator angeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, die erste Betriebsart, die durch hohen Sauerstoffgehalt und geringen Stickoxidgehalt im Rohabgas charakterisiert ist, so lange aufrechtzuerhalten, wie es die durch den Stickoxidsensor ermittelten Werte erlauben. Man kann also real überwachen, ob die Abgaszusammensetzung mit den gesetzlichen Bestimmungen verträglich ist und dies bei dem sonstigen Bestreben, den Verbrauch des Verbrennungsmotors zu optimieren, berücksichtigen.

Dabei ist es insbesondere nützlich, dass, ausgehend von der ersten Betriebsart, ein Übergang in die zweite Betriebsart veranlasst wird, wenn durch Stickoxidemissionswerte eine vorgegebene Stickoxidemissionsschwelle überschritten wird. Da die zweite Betriebsart einen Sauerstoffgehalt im Abgas erzeugt, der eine Reduktion von Stickoxiden in einem Katalysator zulässt, kann durch dieses Umstellen in die zweite Betriebsart die Stickoxidemission wieder auf Werte unterhalb der zulässigen Grenzwerte abgesenkt werden. Der Preis dieser Umstellung ist zwar ein erhöhter Kraftstoffverbrauch, dies ist jedoch im Hinblick auf eine Reduzierung der Stickoxidemission unter die zulässigen Grenzwerte hinzunehmen.

Die Erfindung ist in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass eine Einrichtung zum Berechnen der Stickoxidemissionsschwelle in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen des Fahrzeugs vorgesehen ist. Auf diese Weise kann der Sollwert für die maximale Stickoxidemission von verschiedenen Parametern abhängig gewählt werden, beispielsweise der abgelaufenen Zeit nach dem Start, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motorbelastung und/oder der Kühlmitteltemperatur.

Weiterhin kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass eine Einrichtung zum Abschätzen von Stickoxidemissionswerten auf der Grundlage eines Modells vorgesehen ist, das Betriebsbedingungen des Fahrzeugs berücksichtigt. Somit muss das System nicht notwendigerweise die tatsächlich von dem Stickoxidsensor gelieferten Werte verwenden, um eine bestimmte Betriebsart auszuwählen. Vielmehr ist es möglich, diese Auswahl auch auf der Grundlage eines Modells und eines hieraus resultierenden Modellwertes vorzunehmen. Das Modell kann dabei in vorteilhafter Weise verschiedene Parameter berücksichtigen, beispielsweise die Motordrehzahl, die Motorbelastung, die Kühlmitteltemperatur, die momentan vorliegende Betriebsart des Verbrennungsmotors und/oder die Tatsache, dass der Stickoxidsensor nicht betriebsbereit ist. Das Modell kann über einen Vergleich des berechneten Modellwertes und des vom Stickoxidsensor gemessenen Emissionswertes beim Betrieb des Stickoxidsensors geeicht werden.

Nützlicherweise ist das System so weitergebildet, dass eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, mit der gewählt werden kann, ob von dem Stickoxidsensor gelieferte Stickoxidemissionswerte oder auf der Grundlage des Modells abgeschätzte Stickoxidemissionswerte mit der Stickoxidemissionsschwelle verglichen werden. Dieser Schalter wird vorzugsweise in Ab hängigkeit der Betriebsbereitschaft des Stickoxidsensors geschaltet.

Nützlicherweise ist vorgesehen, dass nach Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors die erste Betriebsart angestrebt wird. Damit wird die verbrauchsgünstigere Betriebsart bevorzugt, bis feststeht, dass die Emissionswerte ihre Grenzwerte überschreiten.

Ebenfalls kann in diesem Sinne nützlich sein, dass, ausgehend von der zweiten Betriebsart, ein Übergang in die erste Betriebsart veranlasst wird, wenn eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist. Diese vorgegebene Bedingung kann beispielsweise ein abgelaufenes Zeitintervall seit dem Umschalten von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart sein. Somit kann beispielsweise nach gewissen Zeitabständen stets ein erneuter Versuch unternommen werden, die Verbrennungsmaschine in der ersten verbrauchsgünstigen Betriebsart zu betreiben.

Des Weiteren ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass bei Überschreiten einer Stickoxidemissionsschwelle in der zweiten Betriebsart ein Eintrag in einen im Hinblick auf Emissionswerte standardisierten Fehlerspeicher erfolgt. Dabei handelt es sich insbesondere um einen OBD-Eintrag, der angibt, dass Abgasvorschriften nicht mehr eingehalten werden können. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn selbst in der zweiten Betriebsart und bei einer Reduktion von Stickoxiden im Katalysator, keine Stickoxidemissionswerte unterhalb der zulässigen Schwelle erreicht werden können.

Es ist aber auch nützlich, dass bei Überschreiten einer Stickoxidemissionsschwelle in der ersten Betriebsart ein Eintrag in einen Speicher erfolgt. Ein OBD-Eintrag muss dabei nicht notwendigerweise erfolgen, da ein Umschalten in die zweite Betriebsart und somit ein Betrieb mit verringerter Stickoxidemission möglich ist. Allerdings kann ein Eintrag in einen sonstigen Speicher nützlich sein, so dass hieraus diag nostiziert werden kann, wie oft ein Übergang von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart erforderlich ist, um die zulässigen Grenzwerte nicht zu überschreiten.

Es ist bevorzugt, dass die erste Betriebsart ein HCCI-Betrieb ist. Im Zusammenhang mit dem HCCI-Betrieb entfaltet die Erfindung ihre besonderen Vorzüge.

Es kann aber auch nützlich sein, dass die erste Betriebsart ein Magerbetrieb mit λ > 1 ist. Die Erfindung ist also nicht auf das Umschalten zwischen HCCI-Betrieb und Homogenbetrieb beschränkt. Vielmehr kann sie auch im Zusammenhang mit einem sonstigen Magerbetrieb mit sauerstoffreichem Abgas nützlich sein.

Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch auf, dass die Stickoxidemissionswerte bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Katalysator erfasst werden. Auf diese Weise werden die Besonderheiten und Vorzüge des erfindungsgemäßen Systems auch im Rahmen eines Verfahrens realisiert. Dies gilt auch für die nachfolgend angegebenen besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Dieses ist besonders dadurch vorteilhaft, dass, ausgehend von der ersten Betriebsart, ein Übergang in die zweite Betriebsart veranlasst wird, wenn durch Stickoxidemissionswerte eine vorgegebene Stickoxidemissionsschwelle überschritten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass die Stickoxidemissionsschwelle in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen des Fahrzeugs berechnet wird.

Weiterhin kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass Stickoxidemissionswer te auf der Grundlage eines Modells, das Betriebsbedingungen des Fahrzeugs berücksichtigt, abgeschätzt werden.

Nützlicherweise ist das Verfahren so weitergebildet, dass gewählt wird, ob von dem Stickoxidsensor gelieferte Stickoxidemissionswerte oder auf der Grundlage des Modells abgeschätzte Stickoxidemissionswerte mit der Stickoxidemissionsschwelle verglichen werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass nach Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors die erste Betriebsart angestrebt wird.

Ebenfalls kann nützlich sein, dass, ausgehend von der zweiten Betriebsart, ein Übergang in die erste Betriebsart veranlasst wird, wenn eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist.

Des Weiteren ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass bei Überschreiten einer Stickoxidemissionsschwelle in der zweiten Betriebsart ein Eintrag in einen im Hinblick auf Emissionswerte standardisierten Fehlerspeicher erfolgt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es aber auch vorteilhaft sein, dass bei Überschreiten einer Stickoxidemissionsschwelle in der ersten Betriebsart ein Eintrag in einen Speicher erfolgt.

Es ist bevorzugt, dass die erste Betriebsart ein HCCI-Betrieb ist.

Es kann aber auch nützlich sein, dass die erste Betriebsart ein Magerbetrieb mit λ > 1 ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine kontinuierliche Überwachung der Emissionen mit der Wahl der geeigneten Betriebsart eines Verbrennungsmotors in Beziehung gesetzt werden kann. Der HCCI-Modus ist optimal im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch, kann jedoch im Hinblick auf die Stickoxidemission kritisch sein. Hierzu im Gegensatz kann ein Umschalten in den Homogenmodus zwar zulässige Stickoxidwerte ermöglichen, der Kraftstoffverbrauch wird jedoch ansteigen. Somit dienen das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Verfahren zur Optimierung im Hinblick auf die sich mitunter widersprechenden Anforderungen eines geringen Verbrauchs und einer zulässigen Schadstoffemission.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen System und
2 ein schematisches Funktionsblockdiagramm zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Systems sowie eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen System. Es ist ein Verbrennungsmotor 10 mit einem Brennraum 24 dargestellt. Dem Brennraum 24 kann über ein Ansaugrohr 26 Frischluft beziehungsweise im Falle eines Systems mit Abgasrückführung ein Gemisch aus Frischluft und Abgas zugeführt werden. Über ein Einspritzventil 28 kann in den Brennraum 24 direkt Kraftstoff eingespritzt werden. Weiterhin ist eine Zündkerze 30 vorgesehen. Bei herkömmlichen Betriebsarten wird das in dem Brennraum 24 entstehende Kraftstoff/Luft(/Abgas)-Gemisch durch die Zündkerze 30 gezündet. Die bei der Verbrennung im Brennraum 24 entstehenden Abgase werden über ein mit einem Katalysator 12 ausgestattetes Abgasrohr 32 abgeführt. In Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Katalysator 12 ist ein Stickoxidsensor 14 angeordnet, der den Stickoxidgehalt in dem durch den Katalysator 12 geströmten Abgas misst. Ein entsprechendes Signal wird an eine Steuer-/Regel-/Recheneinheit 100 übermittelt, die zahlreiche weitere Eingangssignale empfangen kann. Eine Ausgabe dieser Steuer-/Regel-/Recheneinheit 100 ist eine Ausgabe in einen Fehlerspeicher 22, die beispielsweise zu einem OBD-Eintrag im Hinblick auf eine unzulässige Abgaszusammensetzung führt. Die Steuer-/Regel-/Recheneinheit 100 kann weiterhin zahlreiche Ausgangssignale ausgeben, beispielsweise zur Steuerung des Einspritzverlaufs oder zum Zünden der Zündkerze 28. Typische weitere Eingangsgrößen der Steuer-/Regel-/Recheneinheit sind ein λ-Sonden-Ausgangssignal sowie ein Ausgangssignal eines Luftmassenmessers, wobei diese Komponenten hier nicht explizit gezeigt sind, um die Darstellung auf die wesentlichen Komponenten zu beschränken.
Abhängig von den von dem Stickoxidsensor 14 gelieferten Werten kann die Steuer-/Regel-/Recheneinheit 100 verschiedene Betriebsarten des Verbrennungsmotors 10 bestimmen und Fehlereinträge in den Fehlerspeicher 22 veranlassen. Nach welchen Mechanismen und unter Berücksichtigung welcher Betriebsparameter dies erfolgt, wird nachfolgend mit Bezug auf 2 erläutert.
2 zeigt ein schematisches Funktionsblockdiagramm zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Systems sowie eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das System umfasst die allgemeinen Funktionen der Stickoxidemissionsmessung 34, der Stickoxidemissionsabschätzung 36, der Stickoxidemissionsgrenzwertberechnung 38 sowie der Betriebsartwahl 40.
Im Rahmen der Stickoxidemissionsmessung 34 wird zunächst eine Einrichtung 42 zur Bestimmung eines aktuellen Stickoxidkonzentrationswertes verwendet. Diese Einrichtung 42 empfängt als Eingangswerte den Stickoxidsensor-Ausgangswert 44, die Stickoxidsensortemperatur 46, die Abgastemperatur 48 und den Abgasfluss 50. Aus diesen Eingangswerten wird der Ausgangswert der aktuellen Stickoxidkonzentration 52 berechnet und zusammen mit einem den Abgasfluss 50 kennzeichnenden Wert ei ner Multiplikationseinheit 54 zugeführt. Als Ausgangswert dieser Multiplikationseinheit 54 ergibt sich der Stickoxidfluss 56. Dieser wird zusammen mit weiteren Größen einer Integrations- und Mittelwertbildungseinheit 58 zugeführt. Weitere Eingangswerte dieser Integrations- und Mittelwertbildungseinheit 58 sind die Zeit 60, die Fahrzeuggeschwindigkeit 62 und der Ausgangswert eines Segmentzählers 64. Die Integrations- und Mittelwertbildungseinheit 58 liefert als Ausgangswert eine Stickoxidmasse pro Zeitintervall beziehungsweise pro Abgaspaket, wobei unter weiterer Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit ebenfalls eine Stickoxidmasse pro zurückgelegter Strecke ausgegeben werden kann. Dieser Ausgabewert, der allgemein mit Stickoxidmesswert 66 bezeichnet wird, wird einer Schalteinrichtung 20 eingegeben. Neben dem Stickoxidmesswert 66 wird der Schalteinrichtung 20 weiterhin ein Stickoxidmodellwert 68 eingegeben, der durch die Stickoxidemissionsabschätzung 36 bestimmt wird.
Im Rahmen der Stickoxidemissionsabschätzung 36 erhält die Stickoxidabschätzeinheit 18 als Eingangswert die Motordrehzahl 70, die Motorbelastung 72, die Kühlmitteltemperatur 74, eine Information über die aktuelle Betriebsart 76 des Verbrennungsmotors und gegebenenfalls die Information 78, dass der Stickoxidsensor nicht bereit ist. Weiterhin erhält die Stickoxidabschätzeinheit 18 den Ausgangswert der Schalteinrichtung 20 zur Umschaltung zwischen Messung und Modell, um der Stickoxidabschätzeinheit 18 im Schaltzustand Messung der Schalteinheit 20 als weiteren Eingangswert den Stickoxidmesswert zum Zwecke der Eichung der Stickoxidabschätzeinheit 18 zuzuführen. Der Ausgangswert der Schalteinrichtung 20 wird neben einem Stickoxidemissionsgrenzwert 80 einem Stickoxidemissionsmanager 82 zugeführt.
In der Stickoxidemissionsgrenzwertberechnung 38 wird der Stickoxidemissionsgrenzwert 80 in einer Stickoxidemissionsgrenzwertberechnungseinheit 84 berechnet. Diese Stickoxidemissionsgrenzwertberechnungseinheit 84 erhält als Eingangs daten die seit dem Start des Verbrennungsmotors abgelaufene Zeit 86, die Fahrzeuggeschwindigkeit 62, die Motorbelastung 72 und die Kühlmitteltemperatur 74.
In der Funktionsgruppe zur Betriebsartwahl 40 wird dann auf der Grundlage des Stickoxidmesswertes beziehungsweise des Stickoxidmodellwertes (Ausgangswert der Schalteinrichtung 20) und des Stickoxidemissionsgrenzwertes 80 vom Stickoxidemissionsmanager 82 ein Vorschlag für eine Betriebsart 88 an den Betriebsartmanager 90 ausgegeben. Dieser bedient dann mittels seines Ausgangswertes unter Berücksichtigung weiterer Eingangswerte neben dem Vorschlag für die Betriebsart 88 die Schalteinrichtung 92 zur Wahl zwischen einer ersten Betriebsart 94, beispielsweise dem HCCI-Modus, und einer zweiten Betriebsart, beispielsweise dem Homogenmodus 96. Im Ergebnis liefert die Betriebsartwahl 40 somit die unter Berücksichtigung der Stickoxidemissionswerte und bei angestrebtem minimalen Kraftstoffverbrauch auszuführende Betriebsart 98.
Die Erfindung lässt sich wie folgt zusammenfassen: Ein System und ein Verfahren bedienen sich eines Stickoxidsensors 14, der stromabwärts eines Katalysators 12 im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors 10 angeordnet ist. In Abhängigkeit der ermittelten Stickoxidemission kann zwischen einer ersten Betriebsart und eine zweiten Betriebsart umgeschaltet werden, wobei die erste Betriebsart durch einen hohen Sauerstoffgehalt und die zweite Betriebsart durch einen geringeren Sauerstoffgehalt im Rohabgas charakterisiert ist. Die erste Betriebsart wird vorzugsweise dann verwendet, wenn trotz des hohen Sauerstoffgehalts und der daraus resultierenden ausbleibenden Reduktion von Stickoxid im Katalysator ein ausreichend geringer Stickoxidgehalt im ausgestoßenen Abgas vorliegt. In die zweite Betriebsart wird umgeschaltet, wenn die Stickoxidemissionswerte der ersten Betriebsart nicht mehr ausreichend sind, wobei hierzu ein erhöhter Kraftstoffverbrauch in Kauf genommen wird. Falls beide Betriebsarten nicht mehr zu verträglichen Stickoxidemissionen führen, erfolgt ein OBD-Eintrag in einen Fehlerspeicher 22.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Claims

System zum Überwachen der Stickoxidemission beim Betrieb eines Verbrennungsmotors (10), wobei – der Verbrennungsmotor (10) mindestens zwei Betriebsarten annehmen kann, – mindestens eine erste Betriebsart durch hohen Sauerstoffgehalt und geringen Stickoxidgehalt im Rohabgas charakterisiert ist, – mindestens eine zweite Betriebsart durch einen geringeren Sauerstoffgehalt im Rohabgas als in der mindestens einen ersten Betriebsart charakterisiert ist, so dass in der zweiten Betriebsart eine Reduktion von Stickoxiden in einem Katalysator (12) erfolgen kann, – ein Stickoxidsensor (14) vorgesehen ist und – in Abhängigkeit von Stickoxidemissionswerten eine Betriebsart gewählt werden kann, dadurch gekennzeichnet , dass der Stickoxidsensor (14) bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Katalysator (12) angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, ausgehend von der ersten Betriebsart, ein Übergang in die zweite Betriebsart veranlasst wird, wenn durch Stickoxidemissionswerte eine vorgegebene Stickoxidemissionsschwelle überschritten wird.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (16) zum Berechnen der Stickoxidemissionsschwelle in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen des Fahrzeugs vorgesehen ist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (18) zum Abschätzen von Stickoxidemissionswerten auf der Grundlage eines Modells vorgesehen ist, das Betriebsbedingungen des Fahrzeugs berücksichtigt.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalteinrichtung (20) vorgesehen ist, mit der gewählt werden kann, ob von dem Stickoxidsensor (14) gelieferte Stickoxidemissionswerte oder auf der Grundlage des Modells abgeschätzte Stickoxidemissionswerte mit der Stickoxidemissionsschwelle verglichen werden.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors (10) die erste Betriebsart angestrebt wird.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, ausgehend von der zweiten Betriebsart, ein Übergang in die erste Betriebsart veranlasst wird, wenn eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer Stickoxidemissionsschwelle in der zweiten Betriebsart ein Eintrag in einen im Hinblick auf Emissionswerte standardisierten Fehlerspeicher (22) erfolgt.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer Stickoxidemissionsschwelle in der ersten Betriebsart ein Eintrag in einen Speicher erfolgt.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Betriebsart ein HCCI-Betrieb ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Betriebsart ein Magerbetrieb mit λ > 1 ist.
Verfahren zum Überwachen der Stickoxidemission beim Betrieb eines Verbrennungsmotors (10), wobei – der Verbrennungsmotor (10) mindestens zwei Betriebsarten annehmen kann, – mindestens eine erste Betriebsart durch hohen Sauerstoffgehalt und geringen Stickoxidgehalt im Rohabgas charakterisiert ist, – mindestens eine zweite Betriebsart durch einen geringeren Sauerstoffgehalt im Rohabgas als in der mindestens einen ersten Betriebsart charakterisiert ist, so dass in der zweiten Betriebsart eine Reduktion von Stickoxiden in einem Katalysator (12) erfolgen kann, – Stickoxidemissionswerte durch einen Stickoxidsensor (14) erfasst werden und – in Abhängigkeit von Stickoxidemissionswerten eine Betriebsart gewählt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Stickoxidemissionswerte bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Katalysator (12) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass, ausgehend von der ersten Betriebsart, ein Übergang in die zweite Betriebsart veranlasst wird, wenn durch Stickoxidemissionswerte eine vorgegebene Stickoxidemissionsschwelle überschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stickoxidemissionsschwelle in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen des Fahrzeugs berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Stickoxidemissionswerte auf der Grundlage eines Modells, das Betriebsbedingungen des Fahrzeugs berücksichtigt, abgeschätzt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass gewählt wird, ob von dem Stickoxidsensor (14) gelieferte Stickoxidemissionswerte oder auf der Grundlage des Modells abgeschätzte Stickoxidemissionswerte mit der Stickoxidemissionsschwelle verglichen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors (10) die erste Betriebsart angestrebt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass, ausgehend von der zweiten Betriebsart, ein Übergang in die erste Betriebsart veranlasst wird, wenn eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer Stickoxidemissionsschwelle in der zweiten Betriebsart ein Eintrag in einen im Hinblick auf Emissionswerte standardisierten Fehlerspeicher (22) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer Stickoxidemissionsschwelle in der ersten Betriebsart ein Eintrag in einen Speicher erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Betriebsart ein HCCI-Betrieb ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Betriebsart ein Magerbetrieb mit λ > 1 ist.