DE102018206559A1 - Abgasnachbehandlung mit Speicherkatalysator und Partikelfilter - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugantrieb (1) und ein Steuermittel (24) zur Nachbehandlung von Abgasen (10) eines Verbrennungsmotors (2) in einer Abgasanlage (8), wobei das Steuermittel (24) einen Gemischsteller (26) zum Anpassen eines Verbrennungsgemischs (28) aufweist, und dazu eingerichtet ist, Messwerte wenigstens einer Lambdasonde (18) im Abgasstrom vor einem Dreiwegekatalysator (12) der Abgasanlage (8) zu erfassen und zu verarbeiten, eine verbleibende Speicherfähigkeit eines Speicherkatalysators (14) der Abgasanlage (8) zu ermitteln, und das Verbrennungsgemisch (28) mittels des Gemischstellers (26) auf Basis des erfassten Lambdawertes sowie auf Basis der ermittelten Speicherfähigkeit anzupassen, sowie ein Verfahren zur Nachbehandlung von Abgasen (10) eines Fahrzeugantriebs (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Steuermittel zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors in einer Abgasanlage sowie einen Fahrzeugantrieb mit einem Verbrennungsmotor, einer Abgasanlage und einem solchen Steuermittel. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Nachbehandlung der Abgase eines Fahrzeugantriebs.
  • In dem Bestreben, die Schadstoffemissionen in den Abgasen von Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen immer weiter zu minimieren, verwenden Fahrzeughersteller immer komplexere Abgasanlagen, die mit ausgeklügelten Betriebsstrategien verschiedenste Betriebszustände des Fahrzeugantriebes emissionsarm gestalten können.
  • Moderne Abgasanlagen enthalten einen Dreiwegekatalysator (TWC), und typischerweise auch einen Stickoxid-Speicherkatalysator (NSK) oder einen Partikelfilter (DPF bei Dieselfahrzeugen oder OPF bei Ottofahrzeugen). Bei gegenwärtigen Fahrzeugmodellen findet beispielsweise in Verbindung mit Ottomotoren häufig eine Kombination von Dreiwegekatalysator und Ottopartikelfilter Anwendung, wenn ein Lambda-1-Konzept verfolgt wird, während der Dreiwegekatalysator oft in Kombination mit einem Stickoxid-Speicherkatalysator verbaut wird, wenn ein Magerbetrieb vorgesehen ist.
  • Insbesondere, um Anforderungen im Rahmen der Real Driving Emissions Normierung gerecht zu werden, werden mittlerweile teilweise auch Abgasanlagen mit einem Stickoxid-Speicherkatalysator und einem Partikelfilter in Fahrzeugen verbaut. Die Möglichkeiten, eine derartige Abgasanlage optimiert hinsichtlich der Ausnutzung möglicher Verbrauchsvorteile zu betreiben, sind allerdings in den bekannten Konzepten noch nicht gänzlich ausgenutzt.
  • Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Steuermittel zur Nachbehandlung von Abgasen, einen verbesserten Fahrzeugantrieb mit einem solchen Steuermittel und ein verbessertes Verfahren zur Nachbehandlung von Abgasen eines Fahrzeugantriebs bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Steuermittel mit den Merkmalen von Anspruch 1, einen Fahrzeugantrieb mit den Merkmalen von Anspruch 3 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 6. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Steuermittel zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors in einer Abgasanlage bereitgestellt, wobei das Steuermittel einen Gemischsteller zum Anpassen eines Verbrennungsgemischs, insbesondere zum Anpassen einer Kraftstoffzufuhr und/oder einer Luftzufuhr des Verbrennungsmotors, aufweist. Insbesondere ist der Gemischsteller eine Steuerkomponente, die ein Kraftstoffventil und/oder ein Ladeluftventil des Verbrennungsmotors, beispielsweise stufenlos, ansteuern kann.
  • Das Steuermittel ist insbesondere dazu eingerichtet, Messwerte wenigstens einer Lambdasonde im Abgasstrom zu erfassen und zu verarbeiten, und ist insbesondere vor einem Dreiwegekatalysator der Abgasanlage angeordnet.
  • Ferner ist das Steuermittel insbesondere dazu eingerichtet, eine verbleibende Speicherfähigkeit eines Speicherkatalysators der Abgasanlage zu ermitteln, insbesondere anhand von Messwerten eines NOx-Sensors und/oder durch Auslesen aus einem Betriebsmodell, und das Verbrennungsgemisch, insbesondere die Kraftstoffzufuhr und/oder die Luftzufuhr des Verbrennungsgemischs, mittels des Gemischstellers auf Basis des erfassten Lambdawertes sowie auf Basis der ermittelten Speicherfähigkeit anzupassen.
  • Das Steuermittel ist zudem dazu eingerichtet, eine verbleibende Filterfähigkeit eines Partikelfilters der Abgasanlage zu ermitteln, insbesondere anhand von Messwerten eines Gegendruck-Sensors und/oder durch Auslesen aus einem Betriebsmodell, und das Verbrennungsgemisch, insbesondere einen Kraftstoffanteil und/oder einen Luftanteil des Verbrennungsgemischs, auf Basis des erfassten Lambdawertes sowie auf Basis der ermittelten Filterfähigkeit anzupassen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeugantrieb bereitgestellt, der einen Verbrennungsmotor zur Bereitstellung eines Vortriebsdrehmoments mit einer, insbesondere steuerbaren, Luftzufuhr und einer, insbesondere steuerbaren, Kraftstoffzufuhr, sowie eine Abgasanlage zur Nachbehandlung von Abgasen des Verbrennungsmotors mit einem Dreiwegekatalysator, einem Speicherkatalysator, einem Partikelfilter sowie einer im Abgasstrom vor den Katalysatoren angeordneten Lambdasonde, aufweist. Der Fahrzeugantrieb weist zudem ein Steuermittel gemäß einer Ausführung der Erfindung auf.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Nachbehandlung der Abgase eines Fahrzeugantriebs bereitgestellt, wobei der Fahrzeugantrieb insbesondere gemäß einer Ausführung der Erfindung ausgeführt ist.
  • Das Verfahren weist zumindest folgende Verfahrensschritte auf, wobei die einzelnen Schritte entsprechend der angegebenen Reihenfolge, gegebenenfalls aber auch in einer anderen, im einzelnen Anwendungsfall sinnvoll erscheinenden Reihenfolge durchgeführt werden können:
    1. i) Ermitteln einer verbleibenden Speicherfähigkeit eines Speicherkatalysators einer Abgasanlage des Fahrzeugantriebs, insbesondere mittels eines NOx-Sensors und/oder mittels Rückgriff auf ein Betriebsmodell.
    2. ii) Senken eines Kraftstoffanteils eines Verbrennungsgemischs, mit dem ein Verbrennungsmotor des Fahrzeugantriebs betrieben wird, wenn die ermittelte Speicherfähigkeit größer als ein Speichergrenzwert ist, insbesondere mittels des Gemischstellers.
  • Das Senken des Kraftstoffanteils kann beispielsweise durch ein Senken der eingespritzten Kraftstoffmenge (ggf. bei gleichbleibender Ladeluftmenge) und/oder durch Steigern der Ladeluftmenge (ggf. bei gleichbleibender eingespritzter Kraftstoffmenge) erfolgen.
  • Der Speichergrenzwert kann beispielsweise so bemessen sein, dass ein Magerbetrieb nur dann ausgelöst wird, wenn er sich unter Berücksichtigung weiterer Betriebsparameter des Fahrzeugantriebs „lohnt“ und/oder wenn zu erwarten ist, dass eine Regeneration der Speicherfähigkeit des Speicherkatalysators aufgrund der demnächst zu erwartenden Lastzustände des Verbrennungsmotors möglich ist, bevor aufgrund des Magerbetriebs die Speicherfähigkeit des Stickoxid-Speicherkatalysators ausgereizt ist.
  • Gemäß einer Ausführung wird ein Lambdawert im Abgasstrom ermittelt, und, insbesondere nur dann, der Kraftstoffanteil gesenkt, wenn der ermittelte Lambdawert fetter ist als ein vorbestimmter Magerbetriebs-Lambdawert. Der Magerbetriebs-Lambdawert kann beispielsweise auf den verwendeten Verbrennungsmotor derart abgestimmt sein, dass bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors beim Magerbetriebs-Lambdawert ein optimaler Kompromiss aus Verbrauchsvorteil und relevanten Emissionswerten erreicht wird.
  • Der Erfindung liegt unter anderem die Überlegung zugrunde, dass bei einem Fahrzeugantrieb, dessen Abgasanlage einen Dreiwegekatalysator, einen Partikelfilter und einen Stickoxid-Speicherkatalysator aufweist, durch eine geeignete Betriebsstrategie die Abgasemissionen am Endrohr für ganz verschiedene auftretende Betriebsfälle minimiert werden können.
  • Wenn beispielsweise der Motor bei Lambda = 1 betrieben wird, kann bereits der Dreiwegekatalysator aufgrund der stöchiometrischen Zusammensetzung des Verbrennungsgemischs den größten Anteil der Schadstoff-Emissionen katalytisch umsetzen, ohne einen unerwünschten Überschuss an Stickoxiden und/oder Rußpartikeln zu generieren.
  • Wenn beispielsweise aufgrund von Gemischabweichungen bei einem instationären Betriebszustandswechsel ein mageres Verbrennungsgemisch (Lambda ist größer als 1) verbrannt wird, kann der resultierende unerwünschte Überschuss an Stickoxiden im Stickoxid-Speicherkatalysator gepuffert werden.
  • Wenn beispielsweise aufgrund von Gemischabweichungen bei einem instationären Betriebszustandswechsel ein fettes Verbrennungsgemisch (Lambda ist kleiner als 1) verbrannt wird, kann der resultierende unerwünschte Überschuss an Rußpartikeln im Partikelfilter aufgenommen werden. Gleichzeitig kann der Stickoxid-Speicherkatalysator während der Verbrennung eines fetten Verbrennungsgemischs regeneriert werden. Die Kohlenstoffoxid- und Kohlenwasserstoff-Reste aus der fetten Verbrennung werden dann verwendet, um den Sauerstoff der gespeicherten Stickoxide aufzunehmen und diese so abzubauen.
  • Die Erfindung basiert nun unter anderem auf der Idee, den Lambdawert des Verbrennungsgemischs so zu beeinflussen, dass ein Zusammenspiel der verschiedenen Betriebszustände, wie insbesondere Normalbetrieb (Lambda = 1), Magerbetrieb (Lambda ist größer als 1) und gegebenenfalls Fettbetrieb (Lambda ist kleiner als 1) so zu variieren, dass nötigenfalls der Stickoxid-Speicherkatalysator und nötigenfalls der Partikelfilter regeneriert werden können.
  • Für eine Regeneration des Partikelfilters bei einem mageren Verbrennungsgemisch ist zum einen eine ausreichende Betriebstemperatur des Partikelfilters nötig, damit die für die Regeneration nötige Wärme überhaupt bereitsteht. Zum anderen muss der Stickoxid-Speicherkatalysator eine ausreichende Speicherfähigkeit aufweisen, um den aus dem Magerbetrieb resultierenden NOx-Überschuss zu puffern. So kann die Regeneration des Partikelfilters neutral bezüglich der NOx-Emissionen am Endrohr durchgeführt werden.
  • Für die Regeneration des Stickoxid-Speicherkatalysators bei einem fetten Verbrennungsgemisch ist eine ausreichende Filterfähigkeit des Partikelfilters erforderlich, um den aus dem Fettbetrieb resultierenden Ruß-Überschuss aufzunehmen. So kann die Regeneration des Stickoxid-Speicherkatalysators neutral bezüglich der Ruß- und/oder Kohlenwasserstoff-Emissionen am Endrohr durchgeführt werden.
  • Im Sinne der Erfindung ist dazu vorgesehen, neben der Speicherfähigkeit des Stickoxid-Speicherkatalysators auch die Filterfähigkeit des Partikelfilters in geeigneter Weise zu erfassen.
  • Auf diese Weise kann der Fahrzeugantrieb mittels des Steuermittels so betrieben werden, dass auch ein zeitweiser Magerbetrieb möglich ist, wenn und solange die verbleibende Speicherfähigkeit des Speicherkatalysators ausreicht, um die Abgasnachbehandlung emissionsneutral am Endrohr zu halten.
  • Gemäß einer Ausführung weist der Fahrzeugantrieb eine geeignete PartikelfilterHeizung auf, damit eine Regeneration des Partikelfilters durchgeführt werden können, wenn dessen Filterfähigkeit einen Filtergrenzwert erreicht oder unterschritten hat.
  • Die Erfindung hat zum Ziel, vorhandene Gemischabweichungen genauso in diese Betriebsstrategie einzubinden wie auch die gezielte Herbeiführung von Gemischabweichungen. Neben dem gezielten Magerbetrieb zur Kraftstoffeinsparung kann insbesondere auch gezielt ein fettes Gemisch eingestellt werden, beispielsweise für Diagnosefunktionen und/oder zur Regeneration des Stickoxid-Speicherkatalysators.
  • Um in typischen Fahrzeugkonzepten eine einfache und/oder anpassungsarme Erfassung der Speicherfähigkeit des Speicherkatalysator und/oder der Filterfähigkeit des Partikelfilters zu ermöglichen, weist das Steuermittel gemäß einer Ausführung wenigstens ein Betriebsmodell auf, aus dessen Datenbank entnehmbar ist: a) eine verbleibende Speicherfähigkeit des Speicherkatalysators in Abhängigkeit von erfassten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors und/oder der Abgasanlage, und/oder b) eine verbleibende Filterfähigkeit des Partikelfilters in Abhängigkeit von erfassten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors und/oder der Abgasanlage.
  • Um das Verbrennungsgemisch insbesondere in seinem Stöchiometrie-Grad zu beeinflussen (beispielsweise von stöchiometrisch nach überstöchiometrisch oder unterstöchiometrisch oder von überstöchiometrisch nach unterstöchiometrisch oder umgekehrt), ist gemäß einer Ausführung der Gemischsteller dazu eingerichtet, eine Kraftstoffzufuhr und/oder eine Luftzufuhr des Verbrennungsmotors anzupassen.
  • Gemäß einer Ausführung weist die Abgasanlage stromabwärts des Speicherkatalysators einen NOx-Sensor zum Erfassen von Stickoxidmesswerten auf, um einen Beladungsgrad und/oder mittelbar eine verbleibende Speicherfähigkeit des Speicherkatalysators zu ermitteln, wobei insbesondere dazu unmittelbar ein NOx-Gehalt im Abgas stromabwärts des Speicherkatalysators erfasst wird, und aus den erfassten Werten ein Beladungsgrad und/oder eine verbleibende Speicherfähigkeit ermittelt werden. Die Speicherfähigkeit kann zusätzlich oder alternativ auch unter Rückgriff auf ein geeignetes Betriebsmodell ermittelt werden.
  • Um einen Beladungsgrad - und insbesondere darüber mittelbar eine verbleibende Filterfähigkeit - des Partikelfilters ermitteln zu können, weist gemäß einer Ausführung die Abgasanlage einen Gegendrucksensor zum Erfassen eines Druckabfalls an dem Partikelfilter auf. Die Filterfähigkeit kann zusätzlich oder alternativ auch unter Rückgriff auf ein geeignetes Betriebsmodell ermittelt werden.
  • Damit der Fahrzeugantrieb im Sinne der Erfindung ohne einen NOx-Durchbruch zum Endrohr betrieben werden kann, wird gemäß einer Ausführung der Verbrennungsmotor höchstens solange bei dem Magerbetriebs-Lambdawert betrieben, bis die ermittelte Speicherfähigkeit den Speichergrenzwert erreicht hat.
  • Damit nötigenfalls eine rechtzeitige Regeneration des Stickoxid-Speicherkatalysators sichergestellt ist, werden gemäß einer Ausführung die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt: a) Ermitteln einer verbleibenden Filterfähigkeit eines Partikelfilters der Abgasanlage; b) Steigern eines Kraftstoffanteils des Verbrennungsgemischs, wenn die ermittelte Speicherfähigkeit kleiner gleich dem Speichergrenzwert ist und die ermittelte Filterfähigkeit des Partikelfilters größer als ein Filtergrenzwert. Das Einstellen eines solchen, fetten Verbrennungsgemischs kann insbesondere einhergehen mit der Durchführung von Diagnosefunktionalitäten.
  • Insbesondere werden Verfahren gemäß einer Ausführung der Erfindung nur durchgeführt, wenn eine Vortriebsanforderung und/oder andere Randbedingungen für den Verbrennungsmotor aus dem Betrieb des Fahrzeugantriebs und/oder des Fahrzeuges ein mageres Verbrennungsgemisch erlauben.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungen der verschiedenen Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen,
    • 1 in einer Schemadarstellung einen Fahrzeugantrieb mit einem Verbrennungsmotor, einer Abgasanlage und einem Steuermittel gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung; und
    • 2 ein schematisches Schaubild zur Verdeutlichung eines Verfahrens nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung unter Verwendung des Fahrzeugantriebs nach 1.
  • In 1 ist ein Fahrzeugantrieb 1 gezeigt, der einen Verbrennungsmotor 2 zur Bereitstellung eines Vortriebsdrehmoments mit einer steuerbaren Luftzufuhr 4 und einer steuerbaren Kraftstoffzufuhr 6 aufweist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Ottomotor mit vier Zylindern 3, wobei an jedem Zylinder 3 eine Kraftstoffeinspritzung 5 angeordnet ist. Selbstverständlich kann auch eine andere Anzahl von Zylindern vorgesehen sein.
  • Ferner ist die Erfindung selbstverständlich auch beispielsweise mit einem Dieselmotor (insbesondere mit einer ungeregelten Luftzufuhr) als Fahrzeugantrieb im Sinne einer entsprechend ausgebildeten beispielhaften Ausführung der Erfindung verwendbar.
  • Der Fahrzeugantrieb 1 weist zudem eine Abgasanlage 8 zur Nachbehandlung von Abgasen 10 des Verbrennungsmotors 2 auf. Die Abgasanlage 8 weist einen Dreiwegekatalysator 12, einen als Stickoxid-Speicherkatalysator ausgebildeten Speicherkatalysator 14, einen als Ottopartikelfilter ausgebildeten Partikelfilter 16 sowie eine im Abgasstrom vor den Katalysatoren 12, 14 angeordnete Lambdasonde 18 auf.
  • Die Abgasanlage 8 weist stromabwärts des Speicherkatalysators 14 einen NOx-Sensor 20 zum Erfassen von Stickoxidmesswerten auf. Zudem weist die Abgasanlage 2 einen Gegendrucksensor 22 zum Erfassen eines Druckabfalls an dem Partikelfilter 16 auf.
  • Der Fahrzeugantrieb 1 weist darüber hinaus ein Steuermittel 24 zur Nachbehandlung der Abgase des Verbrennungsmotors 2 in der Abgasanlage 8 auf. Das Steuermittel 24 weist einen Gemischsteller 26 zum Anpassen eines Verbrennungsgemischs (vgl. Bezugszeichen 28 in 2) auf. Der Gemischsteller 26 ist dazu eingerichtet, die Kraftstoffzufuhr 6 und/oder die Luftzufuhr 4 des Verbrennungsmotors 2 hinsichtlich eines bei der Verbrennung vorliegenden Lambdawertes λG anzupassen.
  • Das Steuermittel 24 ist dazu eingerichtet, Messwerte λ der Lambdasonde 18 im Abgasstrom vor dem 3-Wege-Katalysator 12 der Abgasanlage 8 zu erfassen und zu verarbeiten. Darüber hinaus ist das Steuermittel 24 dazu eingerichtet, eine verbleibende Speicherfähigkeit ΣS des Speicherkatalysators 14 der Abgasanlage 8 zu ermitteln, insbesondere anhand von Messwerten des NOx-Sensors 20 und/oder durch Auslesen aus einem Betriebsmodell 30, das in einer Datenbank 32 des Steuermittels 24 hinterlegt ist. Auf Basis der ermittelten Speicherfähigkeit ΣS kann das Steuermittel 24 die Kraftstoffzufuhr 6 und/oder die Luftzufuhr 4 und damit das Verbrennungsgemisch 28 insbesondere hinsichtlich seines Lambdawertes λG bei der Verbrennung anpassen. Die Anpassung erfolgt auf Basis der mittels des NOx-Sensors 20 und/oder des Betriebsmodells 30 ermittelten Speicherfähigkeit ΣS sowie auf Basis des erfassten Lambdawertes λ.
  • Das Steuermittel 24 ist dazu eingerichtet, eine verbleibende Filterfähigkeit ΣF des Partikelfilters 16 der Abgasanlage 8 zu ermitteln, insbesondere anhand von Messwerten des Gegendrucksensors 22 und/oder durch Auslesen aus dem Betriebsmodell 30. Das Steuermittel 24 kann das Verbrennungsgemisch 28 auf Basis des erfassten Lambdawertes sowie auf Basis der ermittelten Filterfähigkeit ΣF anpassen.
  • Das Betriebsmodell 30 ist im Ausführungsbeispiel insbesondere so aufgebaut, dass seiner Datenbank 32 sowohl die verbleibende Speicherfähigkeit ΣS des Speicherkatalysators 14 als auch die verbleibende Filterfähigkeit ΣF des Partikelfilters 16, jeweils in Abhängigkeit von erfassten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 2 und/oder der Abgasanlage 8 entnommen werden kann. Ggf. können auch Betriebszustände des Fahrzeuges im Betriebsmodell 30 berücksichtigt sein.
  • Nachfolgend ist anhand der Darstellungen der 1 und 2 die Durchführung eines beispielhaften Verfahrens zur Nachbehandlung der Abgase des Fahrzeugantriebs gemäß 1 detailliert beschrieben.
  • 2 zeigt dazu ein Schaubild, in welchem ein Kreisdiagramm 40 dargestellt ist. In dem Kreisdiagramm ist die vergehende Zeit t entlang der Drehung um den Mittelpunkt des Kreisdiagramms angezeichnet. Die Darstellung des Schaubildes 40 soll mit der runden, geschlossenen Ausgestaltung einen wiederkehrenden Zyklus darstellen, welcher sich aus dem Durchführen des beispielhaften Verfahrens ergeben kann.
  • Im Kuchendiagramm 40 ist auf dem äußeren Ring 42 der mittels des Gemischstellers 26 zu einem jeweiligen Zeitpunkt mittels der Lambda-Sonde 18 gemessenen Lambda-Wert λ angezeichnet. Auf dem mittleren Ring 44 ist die Entwicklung der Speicherfähigkeit ΣS des Stickoxid-Speicherkatalysators 14 dargestellt. Auf dem inneren Ring 46 ist die Entwicklung der Filterfähigkeit ΣF des Partikelfilters 16 zum jeweiligen Zeitpunkt dargestellt.
  • Zum Zeitpunkt t0 wird der Verbrennungsmotor 2 mit einem Verbrennungsgemisch 28 betrieben, das zumindest im Wesentlichen (und ggf. mit einem vernachlässigbaren Zeitversatz aus der Messung) den gemessenen Lambdawert λ=1 aufweist.
  • In der Folge kommt es wegen der stöchiometrischen Verbrennung nicht zu einer nennenswerten Beladung des Speicherkatalysators 14 mit Stickoxiden oder zu einer nennenswerten Beladung des Partikelfilters 16 mit Rußpartikeln. Dementsprechend bleiben die verbleibende Speicherfähigkeit ΣS und die verbleibende Filterfähigkeit ΣF im Wesentlichen konstant.
  • In der Folge des Zeitpunkts t0 wird die verbleibende Speicherfähigkeit ΣS des Speicherkatalysators 14 ermittelt, indem ein Wert für die Stickoxidbelastung im Abgasstrom nach dem Speicherkatalysator 14 mittels des NOx-Sensors 14 erfasst wird. Aus diesem erfassten Wert wird mittels eines Vergleichs mit hinterlegten Werten im Betriebsmodell 30 die verbleibende Speicherfähigkeit ΣS des Speicherkatalysators 14 ermittelt.
  • Im Ausführungsbeispiel ist bis zum Zeitpunkt t1 sichergestellt, dass die verbleibende Speicherfähigkeit ΣS des Speicherkatalysators 14 größer ist als ein Speichergrenzwert ΣS0 . Daraufhin wird zum Zeitpunkt t1 mittels des Gemischstellers 26 der Lambdawert λG des Verbrennungsgemischs 28 in den mageren Bereich verstellt, gemäß einer Ausführung solange bis ein Magerbetriebs-Lambdawert λM erreicht ist. Dazu kann beispielsweise die Kraftstoffzufuhr 6 zurückgefahren werden, insbesondere mittels eines Kraftstoffventils 34 (alternativ oder zusätzlich kann auch die Luftzufuhr 4 hochgefahren werden, insbesondere mittels eines Ladeluftventils 36).
  • Anschließend an den Zeitpunkt t1 wird der Fahrzeugantrieb 1 also im mageren Lambda-Bereich betrieben (λ>1). Bei magerer Verbrennung entsteht in den Abgasen ein Stickoxidüberschuss, welcher den Speicherkatalysator 14 nach und nach mit NOx-Molekülen belädt, sodass die verbleibende Speicherfähigkeit ΣS kontinuierlich sinkt.
  • Gleichzeitig kann bei magerer Verbrennung der Partikelfilter 16 regeneriert werden, sodass dessen verbleibende Filterfähigkeit ΣF ansteigt. Zur Regeneration des Partikelfilters 16 wird der Sauerstoffüberschuss der mageren Verbrennung verwendet. Zusätzlich ist eine gewisse Mindesttemperatur erforderlich, damit die Kohlenwasserstoffe in den Rußpartikeln gemeinsam mit dem Sauerstoff, insbesondere pyrolytisch, verbrennen. Dazu kann im Ausführungsbeispiel entweder eine zusätzliche Partikelfilterheizung vorgesehen sein, oder der Zeitversatz zur Nutzung der Katalysator-Exotherme bei der Aufheizung des Partikelfilters 16 wird hingenommen.
  • Der Vertrieb des Fahrzeugantriebs 1 bei magerem Verbrennungsgemisch 28 führt zu Kraftstoffverbrauchs-Vorteilen. Der magere Betrieb kann aufrechterhalten werden, bis die Speicherfähigkeit ΣS den Speichergrenzwert ΣS0 erreicht hat, sodass ein weiterer Magerbetrieb (zumindest bald) eine erhöhte NOx-Emission am Endrohr nach sich ziehen würde, weil im Speicherkatalysator 14 keine weiteren Stickoxide mehr gepuffert werden können.
  • Im Ausführungsbeispiel ist diese Situation zum Zeitpunkt t2 erreicht. Sobald das Steuermittel 24 die unzureichende verbleibende Speicherfähigkeit ΣS ermittelt hat, regelt es mittels des Gemischstellers 26 den Lambdawert auf λG < 1 und stellt damit ein fettes Verbrennungsgemisch ein. In diesem Betriebszustand (zeitlich nach t2 ) kann der Speicherkatalysator 14 mit dem Überschuss an Kohlenstoffoxiden und/oder Kohlenwasserstoffen in den Verbrennungsabgasen regeneriert werden, sodass die verbleibende Speicherfähigkeit ΣS ansteigt, und mit der Zeit wieder über den Speichergrenzwert LS0 steigt.
  • Der Partikelfilter 16 sorgt bei dem fetten Betrieb dafür, dass der Überschuss an Rußpartikeln nicht in die Umgebung gelangt, sondern im Partikelfilter verfängt. Dies kann der Partikelfilter 16 allerdings nur leisten, wenn die verbleibende Filterfähigkeit ΣF zum Zeitpunkt t2 größer ist als ein Filtergrenzwert ΣF0 . Deshalb wird vor dem Schalten des fetten Betriebs zunächst mittels des Gegendrucksensors 22 ein Druckabfall am Partikelfilter 16 gemessen. Im Betriebsmodell 30 wird der gemessene Druckabfall mit einer entsprechenden verbleibenden Filterfähigkeit ΣF in Verbindung gebracht. Ein fetter Betrieb wird im Ausführungsbeispiel nur geschalten, wenn die verbleibende Filterfähigkeit ΣF größer ist als der Filtergrenzwert ΣF0 .
  • Der fette Betrieb wird im Normalfall nur kurz geschalten; in der Darstellung bis zum Zeitpunkt t3 . Spätestens endet dieser Betriebszustand, wenn ΣF den Filtergrenzwert ΣF0 erreicht, weil anschließend die Rußpartikelfilterung nicht mehr funktioniert. Im Normalfall reichen aber wenige Sekunden zwischen t2 und t3 aus, um den Speicherkatalysator 14 in einem ausreichenden Maße zu regenerieren.
  • Wie durch die Form des Kuchendiagramms angedeutet ist, kann durch die wechselweise Regeneration des Speicherkatalysators 14 und des Partikelfilters 16 über längere Zeiträume beim Betrieb des Verbrennungsmotors 2 ein Kraftstoff-sparendes mageres Verbrennungsgemisch verwendet werden, ohne dass zu irgendeinem Zeitpunkt eine unerwünschte Menge an Stickoxiden oder Rußpartikeln in die Umgebung entweichen würde.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeugantrieb
    2
    Verbrennungsmotor
    3
    Zylinder
    4
    Luftzufuhr
    5
    Kraftstoffeinspritzung
    6
    Kraftstoffzufuhr
    8
    Abgasanlage
    10
    Abgase
    12
    Dreiwegekatalysator
    14
    Speicherkatalysator
    16
    Partikelfilter
    18
    Lambdasonde
    20
    NOx-Sensor
    22
    Gegendrucksensor
    24
    Steuermittel
    26
    Gemischsteller
    28
    Verbrennungsgemisch
    30
    Betriebsmodell
    32
    Datenbank
    34
    Kraftstoffventil
    36
    Ladeluftventil
    ΣS
    verbleibende Speicherfähigkeit
    ΣS0
    Grenzwert der Speicherfähigkeit
    ΣF
    verbleibende Filterfähigkeit
    ΣF0
    Grenzwert der Filterfähigkeit
    λ
    gemessener Lambdawert
    λG
    eingestellter Lambdawert
    λM
    Magerbetriebs-Lambdawert
    t
    Zeit

Claims (10)

  1. Steuermittel (24) zur Nachbehandlung von Abgasen (10) eines Verbrennungsmotors (2) in einer Abgasanlage (8), wobei das Steuermittel (24) einen Gemischsteller (26) zum Anpassen eines Verbrennungsgemischs (28) aufweist, und dazu eingerichtet ist, - Messwerte (λ) wenigstens einer Lambdasonde (18) im Abgasstrom vor einem Dreiwegekatalysator (12) der Abgasanlage (8) zu erfassen und zu verarbeiten, - eine verbleibende Speicherfähigkeit (ΣS) eines Speicherkatalysators (14) der Abgasanlage (8) zu ermitteln, und das Verbrennungsgemisch (28) mittels des Gemischstellers (26) auf Basis des erfassten Lambdawertes (λ) sowie auf Basis der ermittelten Speicherfähigkeit (ΣS) anzupassen, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (24) dazu eingerichtet ist, eine verbleibende Filterfähigkeit (ΣF) eines Partikelfilters (16) der Abgasanlage (8) zu ermitteln, und das Verbrennungsgemisch (28) auf Basis des erfassten Lambdawertes (λ) sowie auf Basis der ermittelten Filterfähigkeit (ΣF) anzupassen.
  2. Steuermittel (24) gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Betriebsmodell (30), aus dessen Datenbank (32) entnehmbar ist: - eine verbleibende Speicherfähigkeit (ΣS) des Speicherkatalysators (14) in Abhängigkeit von erfassten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors (2) und/oder der Abgasanlage (8), und/oder - eine verbleibende Filterfähigkeit (ΣF) des Partikelfilters (16) in Abhängigkeit von erfassten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors (2) und/oder der Abgasanlage (8).
  3. Fahrzeugantrieb (1), aufweisend - einen Verbrennungsmotor (2) zur Bereitstellung eines Vortriebsdrehmoments mit einer Luftzufuhr (4) und einer Kraftstoffzufuhr (6), - eine Abgasanlage (8) zur Nachbehandlung von Abgasen (10) des Verbrennungsmotors (2) mit einem Dreiwegekatalysator (12), einem Speicherkatalysator (14), einem Partikelfilter (16) sowie einer im Abgasstrom vor den Katalysatoren (12, 14) angeordneten Lambdasonde (18), gekennzeichnet durch ein Steuermittel (24) gemäß einem der vorherigen Ansprüche.
  4. Fahrzeugantrieb (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasanlage (8) stromabwärts des Speicherkatalysators (14) einen NOx-Sensor (20) zum Erfassen von Stickoxidmesswerten aufweist.
  5. Fahrzeugantrieb (1) gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasanlage (8) einen Gegendrucksensor (22) zum Erfassen eines Druckabfalls an dem Partikelfilter (16) aufweist.
  6. Verfahren zur Nachbehandlung von Abgasen (10) eines Fahrzeugantriebs (1), insbesondere gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: - Ermitteln einer verbleibenden Speicherfähigkeit (ΣS) eines Speicherkatalysators (14) einer Abgasanlage (8) des Fahrzeugantriebs (1), - Senken eines Kraftstoffanteils eines Verbrennungsgemischs (28), mit dem ein Verbrennungsmotor (2) des Fahrzeugantriebs (1) betrieben wird, wenn die ermittelte Speicherfähigkeit (ΣS) größer als ein Speichergrenzwert (ΣS0) ist.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass - ein Lambdawert (λ) im Abgasstrom ermittelt wird, und - nur dann der Kraftstoffanteil gesenkt wird, wenn der ermittelte Lambdawert (λ) fetter ist als ein vorbestimmter Magerbetriebs-Lambdawert (λM).
  8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (2) höchstens solange bei dem Magerbetriebs-Lambdawert (λM) betrieben wird, bis die ermittelte Speicherfähigkeit (ΣS) den Speichergrenzwert (ΣS0) erreicht hat.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: - Ermitteln einer verbleibenden Filterfähigkeit (ΣF) eines Partikelfilters (16) der Abgasanlage (8), - Steigern eines Kraftstoffanteils des Verbrennungsgemischs (28), wenn die ermittelte Speicherfähigkeit (ΣS) kleiner gleich dem Speichergrenzwert (ΣS0) ist und die ermittelte Filterfähigkeit (ΣF) des Partikelfilters (16) größer als ein Filtergrenzwert (ΣF0).
  10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nur durchgeführt wird, wenn eine Vortriebsanforderung für den Verbrennungsmotor (2) ein mageres Verbrennungsgemisch (28) erlaubt.
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