Um den Kraftstoffverbrauch von Otto-Brennkraftmaschinen wei- ter zu reduzieren, kommen Brennkraftmaschinen mit magerer Verbrennung immer häufiger zum Einsatz. Bei Otto- Brennkraftmaschinen mit magerer Verbrennung wird der Luftüberschuß so groß gewählt, wie es die Lastanforderung an die Brennkraftmaschine gestattet. Bei geringer Lastanforde- rung, z. B. bei geringem Drehmoment oder geringer bzw. fehlen- der Beschleunigung, kann in einem Schichtlade-Betrieb das Kraftstoff/Luft-Gemisch, mit dem die Brennkraftmaschine be- trieben wird, Lambda-Werte von 3 und mehr aufweisen.

Zur Erfüllung der geforderten Abgasemissionsgrenzwerte ist bei solchen Brennkraftmaschinen eine spezielle Abgasnachbe- handlung notwendig. Dazu werden NOx-Speicherkatalysatoren verwendet. Diese NOx-Speicherkatalysatoren sind aufgrund ih- rer Beschichtung in der Lage, NOx-Verbindungen aus dem Abgas zu absorbieren, die in einer Speicherphase bei magerer Ver- brennung entstehen. Während einer Regenerationsphase werden die absorbierten bzw. gespeicherten NOx-Verbindungen unter Zugabe eines Reduktionsmittels in unschädliche Verbindungen umgewandelt. Als Reduktionsmittel für magerbetriebene Otto- Brennkraftmaschinen können CO, H2 und HC (Kohlenwasserstoffe) verwendet werden. Diese werden durch kurzzeitiges Betreiben der Brennkraftmaschine mit einem fetten Gemisch erzeugt und dem NOx-Speicherkatalysator als Abgaskomponenten zur Verfü- gung gestellt, wodurch die gespeicherten NOx-Verbindungen im Katalysator abgebaut werden.

Um die Einhaltung der geforderten Abgasemissionsgrenzwerte über die gesamte Nutzlebensdauer einer solchen Brennkraftma- schine sicherzustellen, wird zunehmend eine Selbstdiagnose (On-Board-Diagnose = OBD) des Abgasnachbehandlungssystems verlangt. Sie muß in der Lage sein, eine abnehmende Wirksam- keit des Abgasnachbehandlungssystems zu erkennen und bei der Gefahr möglicher Emissionsgrenzwertüberschreitungen einen Fehler des Abgasnachbehandlungssystems anzuzeigen.

Aus der EP 0 597 106 A1 ist bereits ein Verfahren zur Regene- ration eines NOx-Speicherkatalysators bekannt, bei dem die vom Speicherkatalysator absorbierte Menge an NOx-Verbindungen in Abhängigkeit von Betriebsdaten der Brennkraftmaschine be- rechnet wird. Bei Überschreiten einer vorbestimmten Grenzmen- ge von im NOx-Speicherkatalysator gespeicherten NOx wird eine Regenerationsphase eingeleitet. Auf diese Weise ist jedoch ein zuverlässiges Einhalten der Abgasemissionsgrenzwerte nicht gewährleistet.

Aus der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 197 05 335.1 der Patentanmelderin ist ein Verfahren zur Auslösung einer Sulfatregenerationsphase für einen NOx- Speicherkatalysator beschrieben, bei dem in vorgegebenen Zeitpunkten eine Sulfatregenerationsphase durchgeführt wird.

Neben der Menge des abgespeicherten Sulfates wird auch die thermische Alterung des Speicherkatalysators bei der Auslö- sung der Sulfatregeneration berücksichtigt.

Eine Diagnose eines unzureichend wirksamen Abgasnachbehand- lungssystems ist mit diesen Verfahren jedoch nicht möglich.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Überprüfung des Wirkungsgrades eines Speicherkatalysators an- zugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruches ge- löst.

Erfindungsgemäß wird die Abnahme des Wirkungsgrades eines NOx-Speicherkatalysators an der Abnahme der Speicherkapazität des Nox-Speicherkatalysators unter eine vorbestimmte Mindest- kapazität erkannt.

Nimmt die Speicherkapazität eines NOx-Speicherkatalysators ab, so hat dies aus zwei Gründen eine erhöhte NOx-Emission des Abgasnachbehandlungssystem zur Folge : a) In der Speicherphase leckt ein bestimmter NOx-Anteil durch den NOx-Speicherkatalysator. Die Höhe dieses Leckstromes hängt von der dem NOx-Speicherkatalysator zugeführten NOx- Konzentration und dem Beladungsgrad ab, da bei einem NOx- Speicherkatalysator wie bei allen Adsorbentien ein Zusammen- hang zwischen Beladungsgrad und relativem Leckstrom, d. h.

Leckstrom bezogen auf den zugeführten Gesamtstrom, gegeben ist. Gemäß diesem Zusammenhang steigt der Leckstrom überpro- portional mit dem Beladungsgrad. Da ein NOx- Speicherkatalysator mit geringerer Speicherkapazität in einem gegebenen Zeitraum öfter regeneriert werden muß als ein NOx- Speicherkatalysator mit größerer Speicherkapazität, tritt bei einem NOx-Speicherkatalysator mit verminderter Speicherkapa- zität eine vergrößerte Emission durch NOx-Leckströme auf. b) Bei der Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators werden kurzzeitig in einem sogenannten Desorptionspeak NOx- Verbindungen freigesetzt. Muß ein NOx-Speicherkatalysator aufgrund seiner verminderten Speicherkapazität häufiger rege- neriert werden führt dies zu einer zusätzlichen Emission durch diese Desorptionspeaks.

Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen es, den Wirkungsgrad des NOx-Speicherkatalysators in der Spei- cherphase oder in der Regenerationsphase zu überprüfen. Dazu kann ein Meßaufnehmer stromab des NOx-Speicherkatalysators

verwendet werden, der mindestens die NOx-Konzentration oder mindestens die 02-Konzentration erfaßt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un- teransprüchen weiter gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt : Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine mit NOx- Speicherkatalysator, Fig. 2 ein Diagramm mit Kurven zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3 ein Diagramm mit einer Kurve zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 4 ein Diagramm mit einer Kurve zur Erläuterung einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Überwachung des Ab- gasnachbehandlungssystems einer mit Luftüberschuß betriebenen Brennkraftmaschine, wie sie schematisch in Fig. 1 dargestellt ist. Dabei sind nur die Teile und Komponenten in der Figur enthalten, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Der mit Luftüberschuß erfolgende, d. h. magere Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird von einem Betriebssteuergerät 2 geregelt. Im Abgastrakt 4 der Brennkraftmaschine 1 befindet sich ein NOx-Speicherkatalysator 3. Stromab dieses NOx- Speicherkatalysators ist ein Meßaufnehmer 5 vorgesehen, des- sen Signal vom Betriebssteuergerät 2 eingelesen wird. Der Meßaufnehmer 5 ist je nach Ausführungsform der Erfindung un- terschiedlich ausgebildet.

Erste Ausführungsform

Erfaßt der Meßaufnehmer 5 mindestens die NOx-Konzentration stromab des NOx-Speicherkatalysators 3 kann die aktuelle Speicherkapazität in einer beliebigen Speicherphase des NOx- Speicherkatalysators 3 bestimmt werden.

Der zeitliche Verlauf des Signals des Meßaufnehmers 5 in ei- ner solchen Speicherphase ist in Kurve 11, die Beladung des NOx-Speicherkatalysators in der gestrichelten Kurve 10 der Fig. 2 dargestellt.

Mit Beginn der Speicherphase zeigt das Signal des Meßaufneh- mers 5 eine niedrige NOx-Konzentration stromab des NOx- Speicherkatalysators 3 an, da aufgrund der geringen Beladung des NOx-Speicherkatalysators der Leckstrom durch den NOx- Speicherkatalysator 3 gering ist. Mit zunehmender Zeit wird mehr NOx gespeichert, und die Beladung des NOx- Speicherkatalysators 3 nimmt zu. Damit verbunden steigt das Signal des Meßaufnehmers 5 an. Ist eine der Speicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators 3 entsprechende Menge an NOx in den NOx-Speicherkatalysator 3 eingebracht, steigt das Signal des NOx-Meßaufnehmers 5 sprunghaft an, man spricht vom Durch- bruch der in den NOx-Speicherkatalysator 3 eingegebenen Kon- zentration cin. Da ein solcher Durchbruch eine erhöhte NOx- Emission mit sich bringt und demzufolge äußerst unvorteilhaft ist, wird vor Erreichen eines hundertprozentigen Beladungs- grades eine Regenerationsphase des NOx-Speicherkatalysators 3 eingeleitet.

Wird eine solche Regenerationsphase beispielsweise zum Zeit- punkt tl eingeleitet, wird im NOx-Speicherkatalysator 3 ge- speichertes NOx katalytisch umgewandelt. Eine Regenerati- onsphase wird beispielsweise dann eingeleitet, wenn das Be- triebssteuergerät 2 feststellt, daß die in den NOx- Speicherkatalysator 3 eingebrachte Menge an NOx einen Schwel- lenwert erreicht oder überschreitet. Die Menge an NOx wird dabei aus einem Modell in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen

der Brennkraftmaschine 1 berechnet. Die Betriebsparameter können sein : Drehzahl, Last (Luftmasse oder Einspritzmenge), Zündwinkel, Lambda-Wert des Abgases stromauf des Katalysa- tors, Ansauglufttemperatur, Ventilüberschneidung, Abgasrück- führungsrate, usw.

Aus dem Modell ist somit zu jedem Zeitpunkt der Speicherphase die im NOx-Speicherkatalysator 3 gespeicherte Menge an NOx bekannt. Aus dem Signal des Meßaufnehmers 5, das den NOx- Leckstrom anzeigt, kann gemäß dem Zusammenhang nach Fig. 2 der Beladungsgrad der NOx-Speicherkatalysators bestimmt wer- den.

Aus diesen beiden Größen ergibt sich die aktuelle Speicherka- pazität des NOx-Speicherkatalysators 3 nach folgender Glei- chung : Aktuelle Speicherkapazität = gespeicherte Menge an NOx/Beladungsgrad (I) Die so bestimmte aktuelle Speicherkapazität wird zur Diagnose verwendet, wenn die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 1 wie Drehzahl, Last, NOx-Katalysatortemperatur, usw. inner- halb eines vorbestimmten Bereichs liegen. Dann wird das Ver- hältnis aus aktueller Speicherkapazität und einer Mindestka- pazität gebildet. Dieses Verhältnis wird über eine Anzahl von Diagnosezyklen addiert und mit der Anzahl der Diagnosezyklen gewichtet. Das Ergebnis ist ein endgültiger Diagnosewert, der verglichen mit einem Schwellenwert die Funktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators 3 wiederspiegelt.

Wird der Schwellenwert unterschritten, kann eine Sulfatregne- rationsphase, wie sie in der deutschen Anmeldung 195 05 335.1 der Patentanmelderin beschrieben ist, durchgeführt werden.

Wird auch nach einer solchen Sulfatregenerationsphase eine unzureichende aktuelle Speicherkapazität festgestellt, so wird ein defekter NOx-Speicherkatalysator 3 angezeigt oder

beispielsweise ein Fehlereintrag in einem Speicherelement des Betriebssteuergeräts 2 abgelegt.

Optional ist es möglich, die Brennkraftmaschine dann mit ei- nem stöchiometrischem Kraftstoff/Luft-Gemisch (Lambda = 1) zu betreiben, um eine unerwünschte NOx-Abgasemission aufgrund des fehlerhaften NOx-Speicherkatalysators 3 zu vermeiden.

Zweite Ausführungsform Die aktuelle Speicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators 3 kann auch in einer Regenerationsphase bestimmt werden, wenn das Signal des Meßaufnehmers 5 die NOx-Konzentration stromab des NOx-Speicherkatalysators 3 anzeigt.

Wird vom Betriebssteuergerät 2 eine Regenerationsphase einge- leitet, zeigt das Signal des Meßaufnehmers 5 den in Kurve 12 der Fig. 3 gezeigten Verlauf. In der Regenerationsphase tre- ten dabei im Signalverlauf zwei Peaks auf :'Ein Desorptionspe- ak 13 rührt von unvermeidbar bei der katalytischen Umwandlung freigesetztem NOx her ; ein zweiter NH3-Peak 14 tritt im Si- gnal des Meßaufnehmers 5 auf, da dieser eine Querempfindlich- keit gegen Ammoniak (NH3) zeigt.

Der NH3-Peak 14 fällt dann ab, wenn der NOx- Speicherkatalysator 3 entleert ist. Die fallende Flanke des NH3-Peaks 14 kann somit zur Bestimmung des Zeitpunktes des Regenerationsendes tRegenerationsende verwendet werden.

Somit ist die Zeitdauer der Regenerationsphase bekannt. Aus der Zeitdauer und einer modellbasierten Berechnung der wäh- rend dieser Regenerationsphase dem NOx-Speicherkatalysator 3 zugeführten Reduktionsmittelmenge kann die vor dem Einleiten der Regenerationsphase im NOx-Speicherkatalysator 3 gespei- cherte Menge an NOx ermittelt werden.

Da das Reduktionsmittel eine Leerung des NOx- Speicherkatalysators 3 auch von gleichzeitig gespeichertem Sauerstoff bewirkt, muß die dafür verbrauchte Reduktionsmit- telmenge von der gesamten in der Regenerationsphase zugeführ- ten Reduktionsmittelmenge abgezogen werden, um nicht eine nach oben verfälschte Menge an NOx zu errechnen.

Somit ist aus der Regenerationsphase die im NOx- Speicherkatalysator 3 gespeicherte Menge an NOx vor Beginn der Regenerationsphase zum Zeitpunkt t, bekannt. Aus dem Si- gnal des Meßaufnehmers 5 zu diesem Zeitpunkt t, kann, wie bei der ersten Ausführungsform, der zugehörige Beladungsgrad des NOx-Speicherkatalysators 3 bestimmt werden.

Aus der Menge an NOx und dem Beladungsgrad ergibt sich dann nach Gleichung I die aktuelle Speicherkapazität. Wie bei der ersten Ausführungsform wird dann die Diagnose durchgeführt und ggf. eine Sulfatregenerationsphase eingeleitet.

Dritte Ausführungsform Liefert der Meßaufnehmer 5 stromab des NOx- Speicherkatalysators 3 ein von der O2-Konzentration abhängi- ges Signal, kann die aktuelle Speicherkapazität in einer Re- generationsphase bestimmt werden. Ein solcher Meßaufnehmer könnte beispielsweise eine binäre oder amperometrische Lambda-Sonde sein. Der zeitliche Verlauf des Signals eines solchen O2-empfindlichen Meßaufnehmers 5 ist in Kurve 15 der Fig. 4 dargestellt.

Zum Zeitpunkt t1 wird vom Betriebssteuergerät 2 eine Regene- rationsphase des NOx-Speicherkatalysators 3 eingeleitet. In einer solchen Regenerationsphase wird, wie bereits erwähnt, die Brennkraftmaschine 1 mit fettem Gemisch betrieben, und die dabei im Abgas entstehenden Produkte CO, H2, HC (Kohlenwasserstoffe) werden im NOx-Speicherkatalysator als Reduktionsmittel bei der Entleerung katalytisch umgesetzt.

Ist der NOx-Speicherkatalysator 3 entleert, wird das ihm zu- geführte Abgas, das aus einer Verbrennung eines fetten Kraft- stoff/Luft-Gemischs stammt, nicht mehr katalytisch umgesetzt, und es gelangt somit zum Meßaufnehmer 5. Das Signal des un- empfindlichen Meßaufnehmers 5 steigt dann an.

Somit kann bei Überschreiten eines vorbestimmten Schwellen- wertes der Zeitpunkt tRegenerationsende des Abschlusses der Rege- nerationsphase festgestellt werden. Aus der somit bekannten Zeitdauer der Regenerationsphase ist wie bei der zweiten Aus- führungsform die dem NOx-Speicherkatalysator 3 von der Brenn- kraftmaschine 1 zugeführte Reduktionsmittelmenge und daraus die im NOx-Speicherkatalysator 3 vor Beginn der Regenerati- onsphase gespeicherte Menge an NOx berechenbar, wobei auch hier wiederum eine Korrektur hinsichtlich des zur Entleerung des gespeicherten Sauerstoffs verbrauchten Reduktionsmittels erfolgen muß.

Der Beladungsgrad des NOx-Speicherkatalysators 3 vor Einlei- ten der Regenerationsphase ist aus einem Modell bekannt, das dem der Fig. 2 ähnelt. Aus diesem modellbekannten Beladungs- grad und der vom NOx-Speicherkatalysator 3 gespeicherten Men- ge an NOx erhält man nach Gleichung I die aktuelle Speicher- kapazität.

Über mehrere Diagnosezyklen ergibt sich somit eine rekursive Anpassung der aktuellen Speicherkapazität des NOx- Speicherkatalysators 3, die wie bei der ersten Ausführungs- form zur Diagnose, unter Umständen unter Einschaltung einer Schwefelregenerationsphase, verwendet und zum Anzeigen eines Fehlers genutzt werden kann.