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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines in einer
Abgasleitung einer Brennkraftmaschine angeordneten Stickoxid-Speicherkatalysators
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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In
der Offenlegungsschrift
DE
101 13 947 A1 ist ein Verfahren zur Regeneration eines
in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine angeordneten Stickoxid-Speicherkatalysators
beschrieben. Stickoxid-Speicherkatalysatoren werden insbesondere
in Kraftfahrzeugen eingesetzt, die eine Brennkraftmaschine aufweisen,
die mit einem zwischen mager und fett wechselnden Luft-Kraftstoffgemisch
betrieben werden kann. Bei einem Betrieb mit einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch
entzieht das im Katalysatormaterial des Stickoxid-Speicherkatalysators
beispielsweise vorhandene Barium-Carbonat dem dann oxidierenden
Abgas Stickoxid (NOx) unter Bildung von festem Barium-Nitrat. Aufgrund
der damit verbundenen Materialerschöpfung wird von Zeit zu Zeit eine
Regeneration des NOx-Speicherkatalysators notwendig. Die sogenannte
Nitrat-Regeneration geschieht dadurch, dass die Brennkraftmaschine
für eine
gewisse Zeit mit einem fetten Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird.
Das in dem resultierenden reduktionsmittelhaltigen Abgas instabile
Barium-Nitrat zersetzt sich hierbei wieder unter Rückbildung
von Barium-Carbonat
und unter Freisetzung von NOx. Letzteres wird von den dann im Abgas
vorhandenen Reduktionsmitteln (H
2, CO und HC)
an der auf dem NOx-Speicherkatalysator aufgebrachten Edelmetallkomponente überwiegend
zu unschädlichem
Stickstoff (N
2) reduziert.
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Bei
dem in der in der Offenlegungsschrift
DE 101 13 947 A1 beschriebenen
Verfahren zur Regeneration eines Stickoxid-Speicherkatalysators wird bei Überschreiten
eines vorgebbaren Schwellenwertes für die Stickoxidkonzentration
im Abgas ausgangsseitig des Stickoxid-Speicherkatalysators die Regeneration
des Stickoxid-Speicherkatalysators ausgelöst. Die Regeneration umfasst
dabei eine erste Phase, in welcher das der Brennkraftmaschine zugeführte Luft-Kraftstoffgemisch
vergleichsweise stark angefettet wird und eine sich an die erste
Regenerationsphase anschließende
zweite Regenerationsphase, in welcher das der Brennkraftmaschine
zugeführte Luft-Kraftstoffgemisch
vergleichsweise wenig angefettet wird.
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Eine
auf der Basis des beschriebenen Verfahrens über lange Zeit andauernde NOx-Verringerung
erfordert demnach einen Mager-Fett-Wechselbetrieb der Brennkraftmaschine,
wobei allerdings der für
die Nitrat-Regenerationen notwendige Fett-Betrieb den im Mager-Betrieb erzielten
Kraftstoffverbrauchsvorteil der Brennkraftmaschine schmälert. Mit
Blick auf den Kraftstoffverbrauch ist daher ein möglichst
hoher Zeitanteil des Mager-Betriebs anzustreben. Aus diesem Grund
ist eine möglichst
kurze Regenerationsdauer anzustreben. Andererseits ist eine möglichst
vollständige
Regeneration des Stickoxid-Speicherkatalysators
erstrebenswert, damit dieser nach erfolgter Regeneration in der
Lage ist, möglichst
viel Stickoxid zu speichern. Dabei sollte jedoch aus Emissionsgründen ein
Durchbrechen von schädlichen
Reduktionsmitteln vermieden werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Verfahren für eine möglichst effiziente und effektive
Regeneration eines Stickoxid-Speicherkatalysators anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird bei Überschreiten
eines Auslöseschwellenwertes
für die
Stickoxid-Konzentration im Abgas ausgangsseitig des Stickoxid-Speicherkatalysators
eine Regeneration ausgelöst.
Dabei wird zunächst
ein erster Regenerationsmodus mit einer konstanten Luftzahl λM des in
der Brennkraftmaschine verbrannten Luft-Kraftstoffgemisches eingestellt.
Im Anschluss an den ersten Regenerationsmodus wird erfindungsgemäß ein zweiter
Regenerationsmodus mit einem veränderlichen
Wert für
die Luftzahl λM eingestellt. Im zweiten Regenerationsmodus
ist dabei vorgesehen, dass die zeitliche Änderung d λM/dt
der Luftzahl λM in Abhängigkeit
vom Massenstrom des durch den Stickoxid-Speicherkatalysator strömenden Abgases
oder in Abhängigkeit
von einer mit dem Abgasmassenstrom verknüpften Brennkraftmaschinenbetriebsgröße eingestellt
wird. Unter Luftzahl, auch als Lambdawert bezeichnet, wird hier
wie üblich
das Stöchiometrie-Verhältnis aus
dem Gehalt des Sauerstoffs und dem Gehalt an Kraftstoff bzw. an
reduzierenden Bestandteilen in dem der Brennkraftmaschine zugeführten Luftkraftstoffgemisch
bzw. im Abgas verstanden. Im folgenden wird für die Luftzahl des der Brennkraftmaschine
zugeführten
Luft-Kraftstoffgemisches die Bezeichnung λM gewählt. Dabei
wird während
der Regeneration für
das der Brennkraftmaschine zugeführte
Luft-Kraftstoffgemisch vorzugsweise ein Lambdawert von λM ≤ 1,0, also
ein stöchiometrisches oder
reduzierendes Luft-Kraftstoffgemisch eingestellt.
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Vorzugsweise
wird die Abhängigkeit
der zeitlichen Änderung
d λM/dt der Luftzahl λM vom
Massenstrom des durch den Stickoxid-Speicherkatalysator strömenden Abgases
oder von einer mit dem Abgasmassenstrom verknüpften Brennkraftmaschinen betriebsgröße so gewählt, dass
dem Stickoxid-Speicherkatalysator im zweiten Regenerationsmodus
bei einem vergleichsweise kleinen Abgasmassenstrom ein Abgas mit
einem zeitlich ansteigenden Reduktionsmittelgehalt und bei einem
höheren
Abgasmassenstrom ein Abgas mit einem zeitlich abnehmenden Reduktionsmittelgehalt
zugeführt
wird. Die Abhängigkeit
wird dabei außerdem
vorzugsweise so gewählt,
dass sich bei üblichen
Fahrzuständen
des entsprechenden Kraftfahrzeugs im Laufe der zweiten Regenerationsphase
ein allmählich
ansteigender Lambdawert ergibt. Damit wird der Tatsache Rechnung
getragen, dass mit fortschreitender Regeneration der Reduktionsmittelbedarf
allmählich
abnimmt. Es wird daher auch ein Überschuss
an zugeführtem Reduktionsmittel
und ein dadurch verursachter Reduktionsmittelschlupf vermieden.
Da bei kleinem Abgasmassenstrom ein abnehmender Lambdawert eingestellt
wird, steigt die Aufenthaltsdauer des Reduktionsmittels im Katalysatorvolumen
bei kleinem Abgasmassenstrom und das Reduktionsmittel kann daher
auch bei hoher Konzentration vollständig umgesetzt werden, wodurch
ein Reduktionsmittelschlupf vermieden wird.
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In
Ausgestaltung der Erfindung der Erfindung wird der erste Regenerationsmodus
nach einer vorgebbaren ersten Zeitspanne beendet. Im ersten Regenerationsmodus
wird vorzugsweise eine vergleichsweise niedrigen Luftzahl von etwa λM =
0,8 eingestellt. Die Zeitspanne für die Aufrechterhaltung des
ersten Regenerationsmodus (erste Regenerationsphase) ist dabei auch
vom Volumen des Stickoxid-Speicherkatalysators abhängig und
wird vorzugsweise vergleichsweise kurz, beispielsweise etwa eine
Sekunde gewählt.
Bevorzugt wird die Zeitspanne und der Lambdawert der ersten Phase
der Regeneration des Stickoxid-Speicherkatalysators, wenn dieser
noch eine vergleichsweise große
Menge an Stickoxiden bzw. Sauerstoff gespeichert hat, so gewählt, dass
unter Vermeidung eines Reduktionsmittelschlupfes bereits ein großer Teil
der gespeicherten Stickoxide oder des gespeicherten Sauerstoffs
reduziert wird. Die Wahl von vorgebbaren und vorzugsweise fest applizierten
Werten für
die Dauer und die Luftzahl in der ersten Regenerationsphase trägt der Tatsache
Rechnung, dass nach Beendigung der mageren Speicherphase eine Mindestmenge
an Stickoxiden im Stickoxid-Speicherkatalysator gespeichert ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der zweite Regenerationsmodus
nach einer vorgebbaren zweiten Zeitspanne beendet. Vorzugsweise wird
die zweite Zeitspanne fest appliziert und so gewählt, dass unter Berücksichtigung
der Speicherkapazität
des Stickoxid-Speicherkatalysators der größte Teil der gespeicherten
Stickoxide mit Beendigung dieser Regenerationsphase reduziert ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird in einem dritten Regenerationsmodus
die zeitliche Änderung
d λM/dt der Luftzahl λM in
Abhängigkeit
vom Abgasmassenstrom oder in Abhängigkeit
von einer mit dem Abgasmassenstrom verknüpften Brennkraftmaschinenbetriebsgröße und in
Abhängigkeit
vom Messwert einer ausgangsseitig des Stickoxid-Speicherkatalysators
in der Abgasleitung angeordneten Lambdasonde eingestellt. Dabei
wird unter einer Lambdasonde ein Sensor verstanden, welcher ein vom
Lambdawert des Abgases abhängiges
Signal liefert. Ein NOx-Sensor, vorzugsweise mit Lambdafunktionalität, ist ebenfalls
einsetzbar. Durch die zusätzliche
Berücksichtigung
des ausgangsseitig des Stickoxid-Speicherkatalysators vorhandenen
Lambdawerts des Abgases kann der Fortschritt der Regeneration besonders
zuverlässig
erfasst und durch die dementsprechende Einstellung der Luftzahl
der Brennkraftmaschine berücksichtigt
werden. Damit kann eine Überversorgung
des Stickoxid-Speicherkatalysators
mit Reduktionsmitteln und ein damit verbundener Reduktionsmittelschlupf
vermieden werden. Dies ist besonders wichtig gegen Ende der Regeneration,
wenn nur noch geringe Stickoxidmengen im Stickoxid-Speicherkatalysator
gespeichert sind.
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Der
dritte Regenerationsmodus kann anstelle des zweiten Regenerationsmodus
eingestellt werden, jedoch wird vorzugsweise gemäß einer weiterer Ausgestaltung
der Erfindung der dritte Regenerationsmodus unmittelbar nach Beendigung
des zweiten Regenerationsmodus eingestellt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Einstellung der Luftzahl λM auf
einen Wertebereich mit einem vorgebbaren unteren Grenzwert λmin und
einem vorgebbaren oberen Grenzwert λmax begrenzt.
Mit dieser Maßnahme
kann einerseits ein zu starkes Absinken der Luftzahl und damit ein
Reduktionsmittelschlupf vermieden werden. Andererseits wird vermieden,
dass die Luftzahl zu stark ansteigt und dadurch unter Umständen sogar
der für
die Regeneration bevorzugte fette Bereich verlassen wird und somit
keine Regeneration mehr stattfindet. Vorzugsweise wird bei Erreichen
des unteren Grenzwertes λmin die Luftzahl solange auf dem unteren
Grenzwert gehalten, bis durch ein Ansteigen des Abgasmassenstroms
wieder ein Anstieg der Luftzahl eingeleitet wird. Entsprechend ist
es vorzugsweise vorgesehen, bei Erreichen des oberen Grenzwertes λmax für die Luftzahl
diese auf diesem Grenzwert zu halten, bis durch ein Absinken des
Abgasmassenstroms wieder ein Absinken der Luftzahl eingeleitet wird.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird in Abhängigkeit eines die Alterung
des Stickoxid-Speicherkatalysators repräsentierenden Alterungsfaktors
der Auslöseschwellenwert
zur Auslösung
der Regeneration des Stickoxid-Speicherkatalysators
vorgegeben und/oder die zeitliche Änderung d λM/dt
der Luftzahl λM eingestellt. Vorzugsweise wird der die
Alterung repräsentierende
Alterungsfaktor aus der aktuellen Stickoxid-Speicherfähigkeit
des Stickoxid-Speicherkatalysators
und Vergleich mit der Stickoxid-Speicherfähigkeit
des Stickoxid-Speicherkatalysators im ungealterten Zustand abgeleitet.
Die aktuelle Stickoxid-Speicherfähigkeit
kann beispielsweise durch Messung des Stickoxidschlupfes während der
mageren Speicherphase und Vergleich mit der Stickoxid-Rohemission
der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Dabei ist es vorteilhaft,
die Speicherfähigkeit
des Stickoxid-Speicherkatalysators bei vorgebbaren Referenzbedingungen
beispielsweise hinsichtlich Drehzahl, Last und/oder Abgastemperatur
zu ermitteln und mit einem vorab unter den gleichen Bedingungen
ermittelten Referenzwert des ungealterten Stickoxid-Speicherkatalysators
zu vergleichen.
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Mit
der Anpassung des Auslöseschwellenwerts
an den Alterungszustand des Stickoxid-Speicherkatalysators kann
auf ein alterungsbedingtes Absinken der Stickoxidspeicherkapazität reagiert
werden. Vorzugsweise wird mit zunehmender Alterung des Stickoxid-Speicherkatalysators
der Auslöseschwellenwert
abgesenkt. Damit erfolgen die Regenerationen in kürzeren Abständen, womit
der geringeren Speicherkapazität
Rechnung getragen wird. Durch die alterungsabhängige Einstellung der zeitlichen Änderung
d λM/dt der Luftzahl λM in
der zweiten bzw. der dritten Regenerationsphase kann auf die alterungsbedingt
verminderte Menge an eingespeicherten Stickoxiden reagiert und die
Regeneration entsprechend angepasst werden. Vorzugsweise ist mit
zunehmender Alterung des Stickoxid-Speicherkatalysators bei einem bestimmten
Abgasmassenstrom eine stärkere Änderung
der Luftzahl λM vorgesehen, so dass die Dauer der Regeneration
verkürzt wird.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und zugehörigen Beispielen
näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasleitung,
in der ein Stickoxid-Speicherkatalysator
angeordnet ist und
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2 ein
Diagramm zur Verdeutlichung eines typischen Verlaufs der Regeneration
des Stickoxid-Speicherkatalysators
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1 zeigt
in einer schematischen Prinzipdarstellung eine Brennkraftmaschine 1 mit
einer Ansaugluftleitung 2, einer Abgasleitung 3 mit
einem darin angeordneten Stickoxid-Speicherkatalysator 4 und einem
elektronischen Motorsteuergerät 7.
Die Brennkraftmaschine 1 ist hier beispielhaft als vierzylindriger,
magerlauffähiger
Ottomotor ausgeführt. Stromauf
und stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators 4 sind eine
erste Abgasmesssonde 5 und eine zweite Abgasmesssonde 6 in
der Abgasleitung angeordnet, deren Signalleitungen 8 zum
Motorsteuergerät 7 führen. Das
Motorsteuergerät 7 ist
ferner mit einer Signalleitung 9 mit dem Motor 1 zur
Einstellung und Erfassung der Motorbetriebsparameter verbunden.
Weitere Einrichtungen zur Steuerung des Motorbetriebes wie Einspritzventile,
Kraftstoffversorgung, Abgasrückführung, Einlassluftregelung
und dergleichen sind aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt. Ebenfalls nicht dargestellt sind Verbindungen
des Steuergerätes 7 zu
Sensoren zur Erfassung weiterer Betriebsgrößen wie Motordrehzahl, aktuelle
Fahrgeschwindigkeit des zugehörigen
Kraftfahrzeuges, eingelegte Fahrstufe und dergleichen. Es versteht
sich jedoch, dass das Steuergerät 7 über die üblichen
Möglichkeiten
zur Erfassung und gegebenenfalls Beeinflussung des Betriebszustands
des Motors 1 und des zugehörigen Kraftfahrzeuges verfügt. Ferner
können
selbstverständlich
weitere hier nicht dargestellte Abgasreinigungskomponenten, wie beispielsweise
ein vorzugsweise stromauf des Stickoxid-Speicherkatalysators 4 angeordneter,
als Oxidationskatalysator ausgebildeter Startkatalysator, vorhanden
sein.
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Die
Abgasmesssonden 5, 6 sind vorzugsweise als sogenannte
Lambdasonden zur Erfassung der Luftzahl des Abgases, nachfolgend
als Abgaslambda λA bezeichnet, an der entsprechenden Stelle
in der Abgasleitung 3 ausgeführt. Besonders bevorzugt ist eine
Ausführung
der zweiten Abgasmesssonde 6 als kombinierte NOx-/Lambdasonde,
mit welcher sowohl der Stickoxid-Gehalt im Abgas als auch dessen
Luftzahl ermittelt werden kann. Ebenfalls vorteilhaft ist es, die
zweite Abgasmesssonde als sogenannte binäre Lambdasonde mit einem sehr
steilen Kennlinienverlauf in einem engen Bereich um eine Luftzahl von λ = 1,0 auszuführen. Die
erste Abgasmesssonde 5 wird vorzugsweise zur Regelung der
Luftzahl λM des dem Motor zugeführten Luft-Kraftstoffgemisches eingesetzt.
Dabei ist es vorteilhaft, die erste Abgasmesssonde vor dem in Strömungsrichtung
gesehen ersten in der Abgasleitung 3 vorgesehenen Abgaskatalysator
anzuordnen.
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Nachfolgend
werden vorteilhafte Ausführungsführungsformen
zur Durchführung
der Regeneration des Stickoxid-Speicherkatalysators 4 erläutert, wobei
auf Messsignale der Abgasmesssonden 5, 6 zurückgegriffen
wird. Zur Erläuterung
wird das in der 2 dargestellte Diagramm herangezogen,
in welchem ein typischer Verlauf der Luftzahl λM skizziert ist.
Die entsprechenden Werte können
dabei als Messwerte von der Lambdasonde 5 geliefert werden.
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Ausgehend
von einer mageren Speicherphase 10 wird in den Regenerationsmodus
geschaltet, der drei aufeinanderfolgende Regenerationsphasen 11, 12, 13 umfasst,
in denen drei verschiedene Regenerationsmodi eingestellt werden.
Mit Beendigung der dritten Regenerationsphase 13 wird wieder
zurück
in eine weitere magere Speicherphase 14 geschaltet.
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Die
Regeneration des Stickoxid-Speicherkatalysators 4 wird
vorzugsweise bei Erreichen eines Schwellenwertes für die ausgangsseitig
des Stickoxid-Speicherkatalysators durch die Abgasmesssonde 6 erfasste
Stickoxidkonzentration vom Motorsteuergerät 7 ausgelöst. Die
Stickoxidkonzentration kann auch mit dem aktuellen Abgasmassenstrom
mAbgas bewertet werden, so dass der Stickoxidmassenstrom ausgangsseitig
des Stickoxid- Speicherkatalysators 4 erhalten
wird, und bei Erreichen eines entsprechenden Schwellenwertes für den Stickoxidmassenstrom die
Regeneration ausgelöst
wird. Ebenfalls vorteilhaft ist es, den Stickoxidmassenstrom während der
mageren Speicherphase 10 zu integrieren, wodurch ein integraler
Wert für
den Stickoxidschlupf während
der mageren Speicherphase erhalten wird. Die Regeneration wird in
diesem Fall bei Erreichen eines Schwellenwertes für den integralen
Stickoxidschlupf ausgelöst.
Nachfolgend wird ein typischer Verlauf der Regeneration erläutert.
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Nachdem
die Regeneration ausgelöst
wurde, wird vorzugsweise sprunghaft zunächst für eine erste Regenerationsphase 11 ein
erster Regenerationsmodus mit einer vergleichsweise fetten Luftzahl von
etwa λM = 0,8 eingestellt und für eine vorgebbare erste Zeitspanne
beibehalten. Diese erste Zeitspanne ist vorzugsweise im Motorsteuergerät 7 einprogrammiert
und beträgt
etwa eine Sekunde. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die erste
Zeitspanne adaptiv an die Speicherkapazität bzw. an die Alterung des
Stickoxid-Speicherkatalysators 4 anzupassen und gegebenenfalls
zu verändern,
vorzugsweise zu verkürzen.
Darauf wird weiter unten näher
eingegangen.
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Nach
Ablauf der ersten Zeitspanne für
die erste Regenerationsphase 11 wird in die zweite Regenerationsphase 12 übergegangen
und in einem zweiten Regenerationsmodus die Luftzahl λM in
Abhängigkeit
vom Abgasmassenstrom mAbgas geändert. Es
ist hierzu vorgesehen, die zeitliche Änderung d λM/dt
der Luftzahl λM in Abhängigkeit
vom Massenstrom mAbgas des durch den Stickoxid-Speicherkatalysator 4 strömenden Abgases
einzustellen. An Stelle des Abgasmassenstroms mAbgas kann
jedoch auch eine mit dem Abgasmassenstrom mAbgas verknüpfte Brennkraftmaschinenbetriebsgröße, wie
beispielsweise die Motordrehzahl und/oder die Motorlast herangezogen
werden. Vorzugsweise wird die zeitliche Änderung d λM/dt
der Luftzahl λM entsprechend eines im Motorsteuergerät 7 gespeicherten
Kennfeldes in Abhängigkeit
vom Abgasmassenstrom mAbgas eingestellt.
Es kann jedoch auch eine im Motorsteuergerät 7 gespeicherte funktionelle
Abhängigkeit
zur Einstellung der zeitlichen Änderung
d λM/dt der Luftzahl λM herangezogen
werden. Beispielhaft ist in der 3 eine lineare
Abhängigkeit
in Diagrammform dargestellt.
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Nachfolgend
wird unter Bezug auf die 1 bis 3 der weitere
Ablauf der Regeneration des Stickoxid-Speicherkatalysators 4 erläutert. Dabei wird
die Abhängigkeit
der zeitlichen Änderung
d λM/dt von der Luftzahl λM mit
dλM/dt = f(mAbgas)
bezeichnet. Es versteht sich, dass auch eine andere funktionelle Abhängigkeit
für die Änderung
d λM/dt der Luftzahl λM vom
Abgasmassenstrom mAbgas als die im Diagramm der 3 dargestellte
lineare Abhängigkeit
vorgesehen sein kann. Beispielsweise ist auch eine treppenförmige Abhängigkeit
vorteilhaft. Diese kann in Form einer Wertetabelle oder in Form
eines Kennfeldes im Motorsteuergerät 7 abgespeichert
sein. In jedem Fall ist eine Abhängigkeit
dλM/dt = f(mAbgas)
vorgesehen, mit der sich unter den üblichen Motorbetriebszuständen ein
allmähliches
Ansteigen der Luftzahl λM ergibt.
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Gemäß der in 3 dargestellten
Abhängigkeit
existiert ein Wertebereich für
den Abgasmassenstrom mAbgas, dem negative
Werte für
die Änderung
d λM/dt der Luftzahl zugeordnet sind, bei welchem
also ein Absinken der Luftzahl λM eingestellt wird. Ebenso existiert ein
Wertebereich für
den Abgasmassenstrom mAbgas, dem positive
Werte für
d λM/dt zugeordnet sind, bei welchem also ein
Ansteigen der Luftzahl λM eingestellt wird. Gemäß des in 2 dargestellten beispielhaften
Verlaufs der Luftzahl liegt in den Zeitabschnitten 15, 17, 19 ein
Abgasmassenstrom mAbgas vor, bei welchem
ein Ansteigen der Luftzahl λM entsprechend
der in 3 dargestellten Abhängigkeit erfolgt. Dagegen liegt
im Zeitabschnitt 18 ein Abgasmassenstrom mAbgas vor,
bei welchem ein Absinken der Luftzahl λM entsprechend
der in 3 dargestellten Abhängigkeit erfolgt. Entsprechend
liegt im Zeitabschnitt 16 ein Abgasmassenstrom mAbgas vor, bei welchem eine gleichblei bende
Luftzahl λM entsprechend der in 3 dargestellten
Abhängigkeit
eingestellt wird. Vorzugsweise wird ein Ansteigen bzw. ein Absinken
der Luftzahl λM jedoch nur eingestellt, sofern ein vorgebbarer
oberer Grenzwert λmax von beispielsweise λmax =
0,95 bzw. ein unterer Grenzwert λmin von beispielsweise λmin =
0,8 für
die Luftzahl λM nicht erreicht ist.
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Die
entsprechende Vorgehensweise ist in dem in der 4 dargestellten
Ablaufdiagramm verdeutlicht. Demgemäss wird nach Eintritt in die
zweite Regenerationsphase 12 im Abfrageblock 22 abgefragt,
ob die Luftzahl λM größer als
ein vorgebbarer unterer Grenzwert λmin ist.
Ist dies nicht der Fall, so wird mit dem Funktionsblock 23 eine
konstante Luftzahl λM eingestellt. Ist die Luftzahl λM größer als
ein vorgebbarer unterer Grenzwert λmin,
so wird zum Abfrageblock 24 weitergegangen und abgefragt,
ob die Luftzahl λM kleiner als ein vorgebbarer oberer Grenzwert λmax ist.
Ist dies nicht der Fall, so wird mit dem Funktionsblock 23 eine
konstante Luftzahl λM eingestellt, andernfalls wird mit dem Funktionsblock 25 eine Änderung
d λM/dt der Luftzahl nach einer vorprogrammierten
funktionellen Abhängigkeit
dλM/dt = f (mAbgas)
vom Abgasmassenstrom mAbgas, beispielsweise
entsprechend der im Diagramm der 3 dargestellten
Abhängigkeit,
vorgenommen.
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Vorzugsweise
wird die zweite Regenerationsphase 12 nach einer im Motorsteuergerät einprogrammierten
zweiten Zeitspanne beendet und das kontinuierliche Durchlaufen des
Ablaufdiagramms nach 4 abgebrochen. Es kann jedoch
auch vorgesehen sein, die zweite Zeitspanne adaptiv an die Speicherkapazität bzw. an
die Alterung des Stickoxid-Speicherkatalysators anzupassen und gegebenenfalls
zu verändern,
vorzugsweise zu verkürzen.
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Nach
Ablauf der zweiten Zeitspanne für
die zweite Regenerationsphase 12 wird in die dritte Regenerationsphase 13 übergegangen.
In dieser wird in einem dritten Regenerationsmodus zur Einstellung der
Luftzahl λM zusätzlich
zum Abgasmassenstrom mAbgas die ausgangsseitig
des Stickoxid-Speicherkatalysators 4 erfasste Luftzahl λA des
Abgases bzw. das hierzu in Relation stehende Ausgangssignal der zweiten
Abgasmesssonde 6 berücksichtigt.
Hierzu kann es vorgesehen sein, aus der erfassten Luftzahl λA einen
beispielsweise dazu proportionalen ersten Korrekturfaktor k1 abzuleiten, mit welchem der wie oben beschrieben
ermittelte Wert für
die Änderung
d λM/dt der Luftzahl λM infolge
der Abhängigkeit
dλM/dt = f(mAbgas)
multipliziert wird. Im Falle eines zur Luftzahl λA proportionalen
ersten Korrekturfaktors k1 ist es vorteilhaft,
die Proportionalität
mit dem Wert der Luftzahl λA zu Beginn der dritten Regenerationsphase 13 zu
verknüpfen,
wodurch der Fortschritt der Regeneration bewertet werden kann. Der
Verfahrensablauf in der dritten Regenerationsphase 13 entspricht somit
dem in der 4 dargestellten Ablaufdiagramm
für die
zweite Regenerationsphase 12, wobei im Unterschied zum
Verfahrensablauf der zweiten Regenerationsphase 12 im Funktionsblock 25 nunmehr
der entsprechend geänderte
Eintrag dλM/dt = k1·f(mAbgas) zu berücksichtigen ist.
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Da
mit weiter fortschreitender Regeneration sich die Luftzahl λA des
Abgases der eingestellten Luftzahl λM von
oben annähert,
wird entsprechend dem in 2 mit dem Bezugszeichen 20 versehenen Regenerationsabschnitt
die Luftzahl λM weiter "hochgezogen". Wird der obere
Grenzwert λmax erreicht, so verharrt die Luftzahl λM bei
diesem oberen Grenzwert, sofern nicht durch ein sehr starkes Absinken des
Abgasmassenstroms ein Absinken der Luftzahl λM veranlasst
wird. Dieses Verharren der Luftzahl λM entspricht
dem in 2 mit dem Bezugszeichen 21 versehenen
Regenerationsabschnitt.
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Die
Regeneration wird beendet und zu einem Motorbetrieb mit einer mageren
oder stöchiometrischen
Luftzahl λM übergegangen,
wenn von der zweiten Abgasmesssonde 6 ausgangsseitig des
Stickoxid-Speicherkatalysators 4 ein vorgebbarer unterer Schwellenwert
für die
Luftzahl λA des Abgases von beispielsweise λA =
0,98 unterschritten wird, was einem Durchbruch von Reduktionsmittel
entsprechen würde.
Insbesondere bei einer als sogenannter Binärsonde ausgebildeten zweiten
Abgasmesssonde 6 ist es auf Grund des steilen Kennlinienverlaufs
um λ = 1,0
vorteilhaft, die Regeneration zu beenden, wenn das Messsignal dieser
Sonde einen vorgebbaren oberen Grenzwert überschreitet. Hierbei wird
davon ausgegangen, dass das Messsignal der als Binärsonde ausgebildeten
zweiten Abgasmesssonde 6 sich gegenläufig zum Wert der Luftzahl λA verhält. Die Beendigung
der Regeneration kann jedoch auch auf der Basis eines im Motorsteuergerät 7 abgelegten Rechenmodells
erfolgen. Die Regeneration wird in diesem Fall beendet, wenn die
insgesamt in den Stickoxid-Speicherkatalysator eingetragene Reduktionsmittelmenge
die notwendige Reduktionsmittelmenge zur Reduktion der zu Beginn
der Regeneration gespeicherten Stickoxidmenge übersteigt. Besonders vorteilhaft
ist es, die Regeneration dann zu beenden, wenn eines der beiden
genannten Kriterien eintritt. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, das
abgelegte Rechenmodell für
die Reduktionsmittelbilanzierung mit Hilfe des von der Abgasmesssonde 6 gelieferten
Messwertes im Sinne einer bestmöglichen Übereinstimmung
zu korrigieren bzw. zu adaptieren.
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Die
erläuterte
erfindungsgemäße Vorgehensweise
zur Regeneration eines Stickoxid-Speicherkatalysators 4 kann
in vorteilhafter Weise an eine im Laufe der Zeit zunehmende Alterung
des Stickoxid-Speicherkatalysators 4 angepasst werden.
Eine solche Alterung kann beispielsweise durch eine im Laufe der
Zeit zunehmende Schwefelvergiftung auf Grund des im Kraftstoff vorhandenen
Schwefels auftreten. Bei dieser wird Schwefel in Form von Sulfaten im
Stickoxid-Speicherkatalysator 4 eingelagert, was dessen
Speicherkapazität
für Stickoxide
verringert. Eine Alterung mit einer entsprechenden Abnahme der Stickoxidspeicherkapazität kann jedoch
auch durch thermische Überlastung
verursacht sein.
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Um
den Alterungszustand des Stickoxid-Speicherkatalysators 4 zu
erfassen und zu bewerten, ist es daher vorgesehen, dessen Stickoxid-Speicherkapazität laufend
oder von Zeit zu Zeit zu ermitteln. Zu diesem Zweck kann während der mageren
Speicherphase der aus dem Stickoxid-Speicherkatalysator 4 austretende
Stickoxidschlupf beispielsweise mittels der Abgasmesssonde 6 ermittelt
und mit dem Stickoxideintrag verglichen werden.
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Letzterer
kann auf der Basis eines im Motorsteuergerät 7 hinterlegten Stickoxid-Emissionskennfelds
des Motors 1 zur Verfügung
gestellt sein. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
aus der im Vergleich zum Neuzustand festgestellten Abnahme der Stickoxidspeicherfähigkeit
des Stickoxid-Speicherkatalysators 4 einen Alterungsfaktor
zu bilden und anhand dieses Alterungsfaktors die Regeneration bzw.
den Mager-Fett-Wechselbetrieb
des Motors 1 an den Alterungszustand des Stickoxid-Speicherkatalysators 4 anzupassen.
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Hierzu
ist es vorteilhaft, den für
das Auslösen der
Regeneration maßgeblichen
Schwellenwert für die
ausgangsseitig des Stickoxid-Speicherkatalysators 4 erfasste
Stickoxidkonzentration oder den Schwellenwert für den integralen Stickoxidschlupf
in der mageren Speicherphase in Abhängigkeit vom Alterungsfaktor
herabzusetzen. Dies kann nach einer vorgegebenen geeigneten funktionellen
Abhängigkeit,
im einfachsten Fall proportional erfolgen. Ferner ist es vorteilhaft,
die erste Zeitspanne für
die erste Regenerationsphase 11 und/oder die zweite Zeitspanne
für die
zweite Regenerationsphase 12 in Abhängigkeit vom Alterungsfaktor
anzupassen. Dies kann ebenfalls nach einer vorgegebenen geeigneten funktionellen
Abhängigkeit
erfolgen. Im einfachsten Fall werden die erste und/oder die zweite
Zeitspanne proportional zum Alterungsfaktor verkürzt.
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Erfindungsgemäß ist ferner
vorgesehen, die funktionelle Abhängigkeit
dλM/dt = f(mAbgas)
der zeitlichen Änderung
d λM/dt von der Luftzahl λM in
der zweiten Regenerationsphase 12 und/oder die funktionelle
Abhängigkeit
dλM/dt = k1·f(mAbgas) in der dritten Regenerationsphase 13 in
Abhängigkeit
vom Alterungsfaktor einzustellen. Hierzu ist es vorteilhaft, bei einer
Verfahrensführung
für die
zweite Regenerationsphase 12, welche dem in der 4 dargestellten Ablaufdiagramm
entspricht, im Funktionsblock 25 nunmehr den geänderten
Eintrag dλM/dt = k2·f(mAbgas) zu berücksichtigen, wobei der zweite
Korrekturfaktor k2 dem Alterungsfaktor des
Stickoxid-Speicherkatalysators 4 entspricht
oder von ihm abgeleitet ist. Ebenso wird bei einer analogen Verfahrensführung der dritten
Regenerationsphase 13, gemäß dem in der 4 dargestellten
Ablaufdiagramm im Funktionsblock 25 nunmehr der geänderte Eintrag
dλM/dt = k1·k2·f(mAbgas) berücksichtigt.
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Werte
für den
Alterungsfaktor bzw. den zweiten Korrekturfaktor k2 können durch
Vorversuche mit unterschiedlich gealterten Speicherkatalysatoren
ermittelt und im Motorsteuergerät 7 abgelegt
sein.