Es ist bekannt, zur Reinigung eines Abgases der Verbrennungskraftmaschine in dem Abgaskanal wenigstens einen Katalysator anzuordnen. Während eines Verbrennungsvorgangs eines Kraftstoff-Luft-Gemisches entstehen in unterschiedlichen Anteilen gasförmige Schadstoffe. Diese lassen sich anhand ihres Oxidationsverhaltens in Reduktionsmittel, wie Kohlenmonoxid CO, unverbrannte Kohlenwasserstoffe HC oder Wasserstoff H2, einerseits und in Oxidationsmittel, wie Stickoxide NOx oder Schwefeloxide SOx, einteilen. Die Reduktionsmittel werden dabei an dem Katalysator mit Sauerstoff in weniger umweltrelevante Produkte umgesetzt, während die Oxidationsmittel an dem Katalysator mit Hilfe der Reduktionsmittel reduziert werden.

Befindet sich die Verbrennungskraftmaschine in einem Arbeitsmodus mit k < 1 (fette Atmosphäre), so überwiegt ein Kraftstoffanteil einen Sauerstoffanteil in dem Luft- Kraftstoff-Gemisch. Infolgedessen treten in dem Abgas vermehrt Reduktionsmittel auf.

Häufig ist jedoch die Sauerstoffkonzentration im Bereich des Katalysators noch ausreichend, um-sofern erwünscht-eine zumindest weitestgehende Umsetzung der Reduktionsmittel an dem Katalysator zu ermöglichen. In einem solchen Arbeitsmodus ist die Konzentration der Reduktionsmittel auch groß genug, um eine nahezu vollstandige Umsetzung der Oxidationsmittel zu gewähren.

Es hat sich gezeigt, daß zur Optimierung eines Kraftstoffverbrauchs der Verbrennungskraftmaschine ein Arbeitsmodus mit X > 1 (magere Atmosphäre) bevorzugt ist. Unter magerer Atmosphäre ist allerdings der Anteil der Reduktionsmittel an dem Abgas herabgesetzt. Daneben kann auch ein Gleichgewicht bei einer Bildung der Oxidationsmittel derart verschoben werden, daß der Anteil von Oxidationsmitteln im Abgas steigt. Um dennoch eine Emission der Oxidationsmittel möglichst gering zu halten, ist es bekannt, dem Katalysator einen NOx-Speicher zuzuordnen. Der NOx- Speicher und der Katalysator können zu einem NOx-Speicherkatalysator zusammengefaßt werden. Befindet sich die Verbrennungskraftmaschine in magerer Atmosphäre, so wird NOx als Nitrat absorbiert und zwar so lange, bis entweder eine NOx-Desorptionstemperatur oder eine NOx-Speicherkapazität erreicht ist.

Es ist daher bekannt, den NOx-Speicherkatalysator in regelmäßigen Abständen zu regenerieren. Bei einer NOx-Regeneration wird die Verbrennungskraftmaschine kurzfristig auf einen Arbeitsmodus mit X s 1 eingestellt. Unter diesen Bedingungen findet eine NOx-Desorption statt, und das NOX wird an dem Speicherkatalysator mit den Reduktionsmitteln umgesetzt.

Neben NOX wird auch das SOx als Sulfat von dem NOx-Speicherkatalysator absorbiert.

Aufgrund einer höheren thermodynamischen Stabilität des Sulfats gegenüber dem Nitrat liegt eine SOx-Desorptionstemperatur allerdings deutlich über der NOX- Desorptionstemperatur. Daher muß zur SOx-Regeneration häufig noch zusätzlich eine Erhöhung einer Katalysatortemperatur erfolgen. Auch die SOx-Regeneration sollte in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden, da ansonsten einerseits eine NOX- Speicherfähigkeit reduziert wird und andererseits eine Sulfatkornbildung zu Verspannungen innerhalb des NOX-Speicherkatalysators führen kann. Derartige Verspannungen können zu einer irreversiblen Schädigung des NOx- Speicherkatalysators führen, beispielsweise durch physischen Masseveriust. Daneben wird-unter anderem durch Sulfitbildung-eine katalytische Aktivität des NOx- Speicherkatalysators herabgesetzt.

Es ist bekannt, eine Einleitung der Regeneration (NOx-und SOX-Regeneration) abhängig zu machen von einem Beladungszustand des NOx-Speicherkatalysators mit NOX und/oder SOx. Dazu kann beispielsweise der Anteil eines gasförmigen Schadstoffes, insbesondere NOx, in dem Abgas stromab des NOx-Speicherkatalysators erfaßt werden und mit einem Sollanteil dieses gasförmigen Schadstoffes verglichen werden. Aus dem Vergleich kann der Beladungszustand berechnet werden und gegebenenfalls die Regeneration initiiert werden.

Es ist bekannt, zur Steuerung der Regeneration auch zusätzliche Gassensoren und Temperatursensoren in dem Abgaskanal anzuordnen, so daß auf diese Weise eine Abgaszusammensetzung und eine Temperatur zumindest bereichsweise in dem Abgaskanal erfaßt werden kann. Nachteilig bei allen bekannten Verfahren zur Steuerung der Regeneration des NOx-Speicherkatalysators ist jedoch, daß von einem homogenen Temperaturverlauf innerhalb des NOx-Speicherkatalysators und einem homogenen Beladungszustand mit NOx und SOx ausgegangen wird (Ein-Zonen- Speicherkatalysatormodell). In einem dynamischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine kommt es jedoch häufig zu Teilregenerationen in Verbindung mit einem inhomogenen Temperaturverlauf über den NOx- Speicherkatalysator. Zudem werden oberflächennahe Zonen des NOx- Speicherkatalysators mit einem geringeren Reduktionsmittelaufwand regeneriert, während eine innere Schicht einen zunehmend höheren Reduktionsmittelbedarf besitzt.

Überdies ist eine Regenerationsgeschwindigkeit von der Temperatur und von einem lokalen Lambdawert abhängig. Daher können die nach dem herkömmlichen Verfahren ermittelten Regenerationsparameter einerseits zu einer Unterdosierung des Reduktionsmittels führen, bei der der NOx-Speicherkatalysator nur teilweise NOx beziehungsweise SOx regeneriert wird und andererseits kann ein Überschuß des Reduktionsmittels zu einer unerwünschten Reduktionsmittelemission und zu einem unnötigem Kraftstoffmehrverbrauch führen.

Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, die Regeneration des NOx- Speicherkatalysators wesentlich genauer auf einen tatsächlichen Katalysatorzustand in ausgewählten Bereichen des NOx-Speicherkatalysators abzustimmen. Insbesondere soll die Regenerationsgeschwindigkeit, der Beladungszustand und der Temperaturverlauf innerhalb des NOx-Speicherkatalysators bei einer Festlegung der Regenerationsparameter berücksichtigt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Steuerung einer Regeneration von wenigstens einem in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten NOx-Speicherkatalysator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, daß (a) ein Washcoat des NOX-Speicherkatalysators entsprechend einer vorgebbaren Matrix in eine Anzahl von Katalysatorzellen aufgeteilt wird, (b) der Katalysatorzustand für jede Katalysatorzelle ermittelt wird (Zustandsparameter), (c) jeder einzelnen Katalysatorzelle ein vorgebbarer Wichtungsfaktor zugeordnet wird, (d) ein Zellparameter für die Regeneration mittels des jeweiligen Zustandsparameters und Wichtungsfaktors für jede einzelne Katalysatorzelle berechnet wird und (e) eine Summe der Zellparameter jeder einzelnen Katalysatorzelle zur Festlegung der Regenerationsparameter dient, können lokale Gegebenheiten (Inhomogenitäten) des NOx-Speicherkatalysators berücksichtigt werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden die Zustandsparameter und/oder die Wichtungsfaktoren während der Regeneration kontinuierlich oder nach Ablauf einer durch eine vorgebbare Funktion festgelegten Zeitspanne erneut erfaßt oder berechnet. Somit ist es möglich, die Einstellung der Regenerationsparameter unmittelbar dem tatsächlichen Katalysatorzustand anzupassen, so daß letztendlich während der Regeneration für jede Katalysatorzelle nahezu optimale Regenerationsparameter festlegbar sind. Insgesamt ist damit also eine nahezu vollständige Regeneration aller Bereiche des NOx-Speicherkatalysators möglich, wobei zusätzlich eine Regenerationsdauer herabgesetzt werden kann.

Weiterhin ist bevorzugt, die Matrix zur Aufteilung des NOx-Speicherkatalysators in die Katalysatorzellen anhand eines NOx-Speicherkatalysatormodells festzulegen. Das Speicherkatalysatormodell kann beispielsweise eine räumliche Erstreckung des NOx- Speicherkatalysators, den Temperaturverlauf oder den Verlauf der Regenerationsgeschwindigkeiten berücksichtigen. Weiterhin ist denkbar, einen Verlauf der NOx-Speicherfähigkeit, einen Verlauf des NOx-, SOx-und 02-Beladungszustandes über den NOX-Speicherkatalysator zu berücksichtigen. Selbstverständlich kann die Matrix auch durch eine Kombination der genannten Parameter berechnet werden.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Katalysatorzustand anhand des Verlaufs des NOX-, SOx-oder 02-Beladungszustandes und/oder des Verlaufs der absorbierten Sauerstoffmasse zu bestimmen. Denkbar ist auch, den Temperaturverlauf innerhalb des NOx-Speicherkatalysators zu erfassen. Auf diese Weise täßt sich ein optimaler Regenerationsparameter für jede einzelne Katalysatorzelle bestimmen.

Ferner ist vorteilhaft, den Wichtungsfaktor anhand einer vorgebbaren Funktion für den NOx-und SOX-Beladungszustand festzulegen. Ebenso ist denkbar, den Wichtungsfaktor anhand eines Kennfelds für den NOX-und SOx-Beladungszustand und/oder einer räumlichen Lage der einzelnen Katalysatorzelle zu bestimmen. So kann beispielsweise mit fortschreitender Regenerationsdauer der Wichtungsfaktor in den oberflächennahen Zonen des NOx-Speicherkatalysators herabgesetzt oder gar auf Null gesetzt werden, so daß die Regenerationsparameter auf die Regeneration der inneren Schichten optimiert werden können.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine Anordnung eines NOX-Speicherkatalysators in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine ; Figur 2 ein Verlauf eines Lambdawertes während einer Regeneration ; Figur 3 ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung von Regenerationsparametern für eine Regeneration und Figur 4 eine beispielhafte Aufteilung eines NOx-Speicherkatalysators in Katalysatorzellen anhand einer Matrix.

Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung 10 mit einem NOX- Speicherkatalysator 12 in einem Abgaskanal 14 einer Verbrennungskraftmaschine 16.

Selbstverständlich ist die Anordnung 10 lediglich ein stark vereinfachtes Ausführungsbeispiel, und es können ebenso auch zusätzliche NOX- Speicherkatalysatoren oder Vorkatalysatoren im Bereich des Abgaskanals 14 angeordnet werden. Derartige Anordnungen sind bekannt und sollen hier nicht näher erläutert werden.

In dem Abgaskanal werden zusätzlich Sensoren angeordnet, die einen Rückschluß auf einen aktuellen Katalysatorzustand erlauben, indem sie beispielsweise einen Gehalt einer Gaskomponente in einem Abgas oder eine Temperatur erfassen. In der Anordnung 10 sind dazu beispielhaft ein Gassensor 18 und ein Temperatursensor 20 dargestellt, die stromab des NOx-Speicherkatalysators 12 liegen. Die Sensoren 18,20 liefern Signale, die innerhalb eines Motorsteuergerätes 22 ausgewertet werden können.

Ferner sind der Verbrennungskraftmaschine 16 Mittel 24 zugeordnet, die eine zumindest temporäre Beeinflussung eines Betriebsparameters der Verbrennungskraftmaschine 16 ermögiichen. Auf diese Weise kann eine Abgastemperatur, ein Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine 16 und/oder der Anteil der einzelnen Gaskomponenten im Abgas variiert werden. Eine derartige Beeinflussung der Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 16 ist bekannt und soll in diesem Zusammenhang nicht näher erläutert werden.

Während eines Verbrennungsvorganges eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Verbrennungskraftmaschine 16 entstehen in wechselnden Anteilen Reduktionsmittel, wie CO, HC und H2, und Oxidationsmittel, wie NOX und SOx. In einem Arbeitsmodus mit k < 1 (fette Atmosphäre) überwiegt ein Kraftstoffanteil einen Sauerstoffanteil in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch. Infolgedessen werden in einem erhöhten Maße Reduktionsmittel gebildet. Wechselt der Arbeitsmodus in einem Bereich mit % > 1 (magere Atmosphäre), so sinkt der Anteil der Reduktionsmittel am Abgas. Im NOX- Speicherkatalysator 12 werden die Reduktionsmittel mit Sauerstoff oxidiert. Damit ist eine Verminderung einer Reduktionsmittelemission in einem ausreichenden Maße immer dann möglich, wenn eine Sauerstoffkonzentration im NOx-Speicherkatalysator 12 entsprechend hoch ist.

Die Oxidationsmittel werden dagegen in dem NOx-Speicherkatalysator 12 durch die Reduktionsmittel umgesetzt. In einem ausreichenden Maße kann dies nur in einem Arbeitsmodus mit k < 1 erfolgen. In magerer Atmosphäre wird das NOX als Nitrat und das SOx als Sulfat absorbiert und zwar so lange, bis eine NOx-Desorptionstemperatur oder NOx-Speicherkapazität erreicht wird. Vor diesem Zeitpunkt muß demnach zumindest eine NOx-Regeneration durchgeführt werden.

Aufgrund einer höheren SOX-Desorptionstemperatur findet eine SOx-Regeneration im aligemeinen während der NOx-Regeneration nicht statt. Insgesamt sind jedoch für eine Regeneration (NOX-und SOx-Regeneration) ein Arbeitsmodus mit Rs < 1 und eine Regenerationstemperatur (in Abhängigkeit von der NOX-beziehungsweise SOX- Desorptionstemperatur) notwendig, die zusammengefaßt die Regenerationsparameter bilden. Eine Einstellung der Regenerationsparameter kann in bekannter Weise durch die Beeinflussung der Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 16 erfolgen.

Ebenso ist es bekannt, eine Regenerationsnotwendigkeit des NOx-Speicherkatalysators 12 zu bestimmen und soll in diesem Zusammenhang nicht näher erläutert werden.

Ein Verlauf des Lambdawertes während der Regeneration stromauf des NOX- Speicherkatalysators 12 ist in der Figur 2 dargestellt. Dabei zeigt eine gestrichelte Linie einen Verlauf des Lambdawertes entsprechend einem herkömmlichen Verfahren und dient lediglich zur Veranschaulichung. Dabei wird zunächst in einer Phase tml der NOx- Speicherkatalysator 12 mit einem mageren Abgas (R > 1) beaufschlagt und während der Regeneration dann in einer Phase tfl entsprechend einem vorgebbaren Lambdawert mit einem fetten Abgas beaufschlagt. Demgegenüber ist ein Verlauf des Lambdawertes gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren (durchgezogene Linie) deutlich andersartig.

Am Ende einer mageren Phase tm2 wird zwar ebenso für eine Phase tf2 ein fetter Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine 16 eingestellt, jedoch ist eine Lage des Lambdawertes über die Phase tf2 variabel. So wird zu Beginn der Phase tf2 ein Lambdawert knapp unter 1 eingestellt, um optimale Regenerationsparameter für ausgewähite Bereiche des NOx-Speicherkatalysators 12 zu gewährleisten. Im Laufe der Phase tf2 wird der Lambdawert abgesenkt. Mit sinkendem Lambdawert stellen sich nachfolgend optimale Regenerationsparameter für andere Bereiche des NOX- Speicherkatalysators 12 ein. Diese Steuerung der Regeneration wird nachfolgend noch näher erläutert. Festgehalten werden kann hier aber bereits, daß durch diese Steuerung die Phase tf2 gegenüber der Phase tf1 verkürzt ist und damit eine Regenerationsdauer sinkt. Dementsprechend wird auch ein Kraftstoffverbrauch, der im allgemeinen während der Regeneration erhöht ist, vermindert. Weiterhin ist auf diese Weise eine nahezu optimale Regeneration aller Bereiche des NOx-Speicherkatalysators 12 möglich, da jeweils optimale Regenerationsparameter vorliegen. Ein Überschuß oder ein Unterschuß an Reduktionsmitteln, wie er bei bekannten Verfahren auftreten kann, kann somit weitgehend vermieden werden.

Die Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm für die Steuerung der Regeneration. In einem ersten Schritt wird der NOX-Speicherkatalysator 12 entsprechend einer vorgebbaren Matrix 30 in eine beliebige Anzahl von Katalysatorzellen 32 aufgeteilt. Dieser erste Schritt ist in der Figur 4 zur Verdeutlichung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Matrix zur Aufteilung eines Washcoats des NOX-Speicherkatalysators 12 in die Katalysatorzellen 32 kann anhand eines Speicherkatalysatormodells festgelegt werden.

Dieses Modell kann beispielsweise eine räumliche Erstreckung des NOX- Speicherkatalysator-Washcoats 12, einen Temperaturverlauf oder einen Verlauf einer Regenerationsgeschwindigkeit innerhalb des NOx-Speicherkatalysators 12 umfassen.

Denkbar ist auch, einen Verlauf einer NOx-Speicherfähigkeit und einen Verlauf eines Beladungszustandes für NOX, SOx oder 02 innerhalb des NOx-Speicherkatalysators 12 zu nutzen. Der Beladungszustand ist dabei ein Maß für eine absorbierte NOX-, SOx- oder 02-Masse einer Katalysatorzelle. Selbstverständlich ist es möglich, eine Kombination der genannten Parameter in eine Berechnung der Matrix 30 einfließen zu lassen.

In einem zweiten Schritt wird der Katalysatorzustand 34 für jede Katalysatorzelle 32 ermittelt und liefert einen Zustandsparameter 36 für jede Katalysatorzelle 32. Der Katalysatorzustand 34 umfaßt dabei den Verlauf des Beladungszustandes von NOX, SOx oder 02 oder den Temperaturverlauf innerhalb des NOx-Speicherkatalysators 12.

Der Katalysatorzustand 34 kann dabei entweder direkt durch geeignete Sensoren, beispielsweise den Sensoren 18,28, erfaßt werden oder anhand eines Modells berechnet werden.

In einem dritten Schritt erfolgt eine Zuordnung eines Wichtungsfaktors 38 zu jeder Katalysatorzelle 32. Mit Hilfe des Wichtungsfaktors 38 und dem Zustandsparameter 36 kann ein Zellparameter 40 für die Regeneration jeder einzelnen Katalysatorzelle 32 berechnet werden. Der Wichtungsfaktor 38 kann dabei beispielsweise anhand einer vorgebbaren Funktion für den Beladungszustand an NOX oder SOx festgelegt werden.

Denkbar ist auch, den Wichtungsfaktor 38 anhand eines Kennfeldes für den NOX-, SOX- Beladungszustand und/oder einer räumlichen Lage der Katalysatorzelle 32 festzulegen.

Wird beispielsweise der Wichtungsfaktor 38 für eine bestimmte Katalysatorzelle 32 auf Null gesetzt, so wird der Katalysatorzustand 34 dieser bestimmten Katalysatorzelle 32 in einer nachfolgenden Berechnung der Regenerationsparameter nicht mehr berücksichtigt und somit kann eine sehr genaue Anpassung der Regeneration an einen tatsächlichen Katalysatorzustand 34 erfolgen.

Die für jede Katalysatorzelle 32 ermittelten Zellparameter 40 werden in einem nachfolgenden Schritt 42 aufsummiert und liefern letztendlich die Regenerationsparameter 44. Diese dienen dann-wie in der Figur 2 exemplarisch dargestellt ist-zur Festlegung des Verlaufs des Lambdawertes während der Regeneration.

Die Zustandsparameter 36 und/oder die Wichtungsfaktoren 38 können auch während der Regeneration kontinuierlich oder nach Ablauf einer durch eine vorgebbare Funktion festgelegten Zeitspanne erneut berechnet werden. Auf diese Weise kann sehr flexibel auch auf Änderungen des Katalysatorzustands während der Regeneration reagiert werden und infolgedessen kann die Regenerationsdauer wiederum gesenkt werden.