In der heutigen Fahrzeugtechnik werden Ottomotoren als Brennkraftmaschinen mit einer Benzin-Direkteinspritzung anstatt einer konventionellen Saugrohrein- spritzung bevorzugt, da derartige Brennkraftmaschinen gegenüber den her- kömmlichen Ottomotoren deutlich mehr Dynamik aufweisen, bezüglich Dreh- moment und Leistung besser sind und gleichzeitig eine Verbrauchssenkung um bis zu 15 % ermöglichen. Möglich macht dies vor allem eine sogenannte Schichtladung im Teillastbereich, bei der nur im Bereich der Zündkerze ein zündfähiges Gemisch benötigt wird, während der übrige Brennraum Luft befüllt wird. Dadurch kann der Motor entdrosselt gefahren werden, was zu reduzier- ten Ladungswechseln führt. Zusätzlich profitiert der Benzin-Direkteinspritzer von den reduzierten Wärmeverlusten, da die Luftschichten um die Gemisch- wolke herum zum Zylinder und zum Zylinderkopf hin isolieren. Da herkömm- liche Brennkraftmaschinen, die nach dem Saugrohrprinzip arbeiten, bei einem derartigen hohen Luftüberschuss, wie er bei der Benzin-Direkteinspritzung vorliegt, nicht mehr zündfähig sind, wird bei diesem Schichtlademodus das Kraftstoff-Gemisch um die zentral im Brennraum positionierte Zündkerze kon-

zentriert, während sich in den Randbereichen des Brennraums reine Luft be- findet. Um das Kraftstoff-Gemisch um die zentral im Brennraum positionierte Zündkerze herum zentrieren zu können, ist eine gezielte Luftströmung im Brennraum erforderlich, eine sogenannte Tumbleströmung. Dazu wird im Brennraum eine intensive, walzenförmige Strömung ausgebildet und der Kraft- stoff erst im letzten Drittel der Kolbenaufwärtsbewegung eingespritzt. Durch die Kombination von gezielter Luftströmung und spezieller Geometrie des Kol- bens, der z. B. über eine ausgeprägte Kraftstoff-und Strömungsmulde verfügt, wird der besonders fein zerstäubte Kraftstoff in einem sogenannten"Gemisch- ballen"optimal um die Zündkerze konzentriert und sicher entflammt. Für die jeweils optimale Anpassung der Einspritzparameter (Einspritzzeitpunkt, Kraft- stoffdruck) sorgt die Motorsteuerung.

Derartige Brennkraftmaschinen können daher entsprechend lange im Mager- betrieb betrieben werden, was sich, wie dies oben bereits dargelegt worden ist, positiv auf den Kraftstoffverbrauch insgesamt auswirkt. Dieser Magerbetrieb bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass die Stickoxide (NOx) im mageren Ab- gas vom 3-Wege-Katalysator nicht reduziert werden können. Um die Stickoxid- Emissionen im Rahmen vorgeschriebener Grenzen, z. B. des Euro-IV-Grenz- wertes zu halten, werden in Verbindung mit derartigen Brennkraftmaschinen regelmäßig Stickoxid-Speicherkatalysatoren eingesetzt. Diese Stickoxid-Spei- cherkatalysatoren werden so betrieben, dass die von der Brennkraftmaschine erzeugten Stickoxide in einer ersten Betriebsphase als Magerbetriebsphase in den Stickoxid-Speicherkatalysator eingespeichert werden. Diese erste Be- triebsphase oder Magerbetriebsphase des Stickoxid-Speicherkatalysators wird auch als Einspeicherphase bezeichnet. Mit zunehmender Dauer der Einspei- cherphase nimmt der Wirkungsgrad des Stickoxid-Speicherkatalysators ab, was zu einem Anstieg der Stickoxid-Emissionen hinter dem Stickoxid-Spei- cherkatalysator führt. Die Ursache für die Abnahme des Wirkungsgrades liegt in der Zunahme des Stickoxid-Füllstandes des Stickoxid-Speicherkatalysators.

Der Anstieg der Stickoxid-Emissionen hinter dem Stickoxid-Speicherkatalysa-

tor kann überwacht und nach Überschreiten eines vorgebbaren Schwellenwer- tes eine zweite Betriebsphase des Stickoxid-Speicherkatalysators, eine soge- nannte Ausspeicherphase oder Entladephase, eingeleitet werden. Während dieser zweiten Betriebsphase wird dem Abgas der Brennkraftmaschine ein Re- duktionsmittel hinzugegeben, das eingespeicherte Stickoxide zu Stickstoff und Sauerstoff reduziert. Als Reduktionsmittel werden regelmäßig Kohlenwasser- stoffe (HC) und/oder Kohlenmonoxid (CO) verwendet, die im Abgas einfachst durch eine fette Einstellung des Kraftstoff-/Luftgemisches erzeugt werden kön- nen. Gegen Ende der Entladephase ist ein Großteil des eingespeicherten Stickoxids reduziert und immer weniger des Reduktionsmittels trifft auf Stick- oxid, das es zu Sauerstoff und Stickstoff reduzieren kann. Deshalb steigt ge- gen Ende der Entladephase der Anteil an Reduktionsmittel in dem Abgas hin- ter dem Stickoxid-Speicherkatalysator an. Durch eine entsprechende Analyse des Abgases hinter dem Stickoxid-Speicherkatalysator mittels z. B. einem Sauerstoff-Sensor kann dann das Ende der Entladephase eingeleitet werden und wieder auf die Magerbetriebsphase umgeschalten werden. Bei den be- kannten Stickoxid-Speicherkatalysatoren wird dieses Umschalten in zeitlichen Abständen von z. B. 30 bis 60 Sekunden durchgeführt, wobei die Regenera- tion, d. h. die Entladephase, ca. 2 bis 4 Sekunden dauert.

Problematisch ist jedoch, dass bei den Stickoxid-Speicherkatalysatoren mit zu- nehmender Lebensdauer die Speicherfähigkeit für Stickoxide abnimmt. Denn vor allem der in den Kraftstoffen enthaltene Schwefel führt zu einer Speicher- katalysator-Vergiftung, d. h. zu einer dauerhaften Einlagerung des Schwefels im Speicherkatalysator, die die Speicherkapazität für die Stickoxide reduziert.

Im Stickoxid-Speicherkatalysator werden die Stickoxide in Form von Nitraten eingelagert, während der Schwefel in Form von Sulfaten eingelagert wird. Da die Sulfate chemisch stabiler als die Nitrate sind, ist ein Sulfatzerfall bei der Stickoxid-Regeneration nicht möglich. Erst bei Katalysatortemperaturen ober- halb 650° C kann unter reduzierenden Bedingungen ein Schwefelaustrag er-

zielt werden. Derartige hohe Katalysator-Temperaturen werden insbesondere im Stadtverkehr jedoch regelmäßig nicht erreicht.

Zur Ermittlung eines Gütefaktors zur Bewertung der Speicherfähigkeit eines Stickoxid-Speicherkatalysators ist aus der gattungsbildenden WO 02/14658A1 ein Verfahren bekannt, bei dem von der Brennkraftmaschine erzeugte Stick- oxide in einer ersten Betriebsphase (Magerphase) als Einspeicherphase für eine bestimmte Einspeicherzeit in den Stickoxid-Speicherkatalysator einge- speichert werden, und bei dem nach Ablauf der Einspeicherzeit zu einem be- stimmten Umschaltzeitpunkt für eine bestimmte Entladezeit auf eine zweite Be- triebsphase als Entladungsphase umgeschalten wird, in der die während der Einspeicherzeit eingespeicherten Stickoxide aus dem Stickoxid-Speicherkata- lysator ausgespeichert werden. Weiter werden der Stickoxid-Massenstrom vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator und/oder der Stickoxid-Massenstrom nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator jeweils über eine gleiche Zeitdauer auf- integriert.

Diese Integralwerte werden hier miteinander in eine Relativbeziehung gesetzt.

Damit soll hier ein Gütefaktor erhalten werden, der eine Aussage über die Speicherfähigkeit des Stickoxid-Speicherkatalysators ermöglicht, und zwar im Hinblick auf eine Katalysatoralterung durch eine Schwefelvergiftung bzw. eine thermische Schädigung oder ein alterungsbedingtes Nachlassen der Speicher- fähigkeit. Insbesondere soll dadurch der Vergiftungsgrad des Katalysators mit Schwefel ermittelt werden und so der Schwefelgehalt in dem Steuergerät der Brennkraftmaschine korrigiert werden, um eine Schwefelregenerierung zu opti- mieren. Durch diese Aufintegration über die Zeitdauer sollen Auswirkungen von Schwankungen und Störungen der ermittelten Stickoxid-Massenstromwer- te reduziert werden, da über eine bestimmte Zeitdauer gesehen eine Art Durchschnittswert des Gütefaktors erhalten wird, der aussagekräftiger sein soll als einzelne, zu bestimmten Zeiten erhaltene momentane Werte. Im prakti- schen Betrieb herrschen jedoch bei Stickoxid-Speicherkatalysatoren regelmä-

ßig so komplexe Betriebsbedingungen vor, dass der Gütefaktor trotz der Be- zugnahme auf eine bestimmte Zeitdauer unter Umständen nicht in ausreichen- dem Maße den tatsächlichen Zustand der Speicherfähigkeit des Stickoxid- Speicherkatalysators wiedergibt. Dies kann sich wiederum negativ auf den Kraftstoffverbrauch auswirken, da z. B. zu früh fettes Gemisch zugegeben wird. Eine Entladung selbst soll hier nur dann stattfinden, wenn die modellierte, eingespeicherte Stickoxidmasse einen bestimmten Grenzwert überschritten hat.

Ferner ist es in Verbindung mit dem Betreiben eines Stickoxid-Speicherkataly- sators bekannt, die Alterung, insbesondere die Alterung durch Schwefelvergif- tung, bei der Auslegung eines Stickoxid-Speicherkatalysators zu berücksichti- gen, um sicherzustellen, dass die Katalysatoralterung über die vorgesehene Lebensdauer des Katalysators zur Einhaltung der vorgegebenen Abgasgrenz- werte im Hinblick auf die Stickoxidemissionen bei einem gealterten Stickoxid- Speicherkatalysator führt. Hierzu ist es bereits allgemein bekannt, die Anzahl der Entladungen so an die pro Be-und Entladezyklus ausgespeicherte Stick- oxidmenge anzupassen, dass bei einer gegenüber einem neuen Stickoxid- Speicherkatalysator verringerten Speicherfähigkeit eines gealterten Stickoxid- Speicherkatalysators die während der Abgastest-Zeitspanne abgegebene Stickoxidmenge den vorgegebenen Abgasgrenzwert nicht überschreitet. Diese pro Beladezyklus vorgegebene Stickoxid-Abgabemenge für einen gealterten Speicherkatalysator ist eine absolute Größe und stellt den absoluten Stickoxid- Schlupf dar, d. h., dass sobald der Speicherkatalysator mit dieser Stickoxid- menge beladen ist, eine Entladung stattfindet. Dieser absolute Stickoxid- Schlupf als feststehender Wert gilt sowohl für den neuen als auch für den ge- alterten Stickoxid-Speicherkatalysator. Da pro Entladung ein fettes Gemisch von Lambda größer 1 benötigt wird, steigt mit der zunehmenden Zahl der Ent- ladungen im Laufe des Alterns eines Speicherkatalysators auch der Kraft- stoffverbrauch gegenüber demjenigen eines neuen Speicherkatalysators.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Ermittlung des Alte- rungsgrades eines Stickoxid-Speicherkatalysators einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeuges zu ermitteln, mit dem auf einfache Weise eine zuverlässige Bewertung des Alterungsgrades und damit der Speicherfä- higkeit eines Stickoxid-Speicherkatalysators möglich ist für eine insbesondere hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs optimierte Betriebsweise des Stickoxid- Speicherkatalysators.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Gemäß Anspruch 1 wird zur Festlegung des Umschaltzeitpunktes von der Ein- speicherphase auf die Entladephase wenigstens aus dem Integralwert des Stickoxidmassenstroms vor und/oder nach dem Speicherkatalysator und/oder dem Umschaltzeitpunkt jeweils beim Erfüllen einer vorgebbaren Umschaltbe- dingung in einer ersten Stufe zur Ermittlung des Alterungsgrades des Spei- cherkatalysators ein Umschalt-Betriebspunkt als Funktion einer momentanen Betriebstemperatur zum Umschaltzeitpunkt ermittelt. Der jeweilige Umschalt- Betriebspunkt wird in einer zweiten Stufe zur Ermittlung des Alterungsgrades des Speicherkatalysators mit einem über ein Temperaturfenster verlaufenden, vorgebbaren und insbesondere hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs optimier- ten Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld, das durch eine Vielzahl von einzelnen Betriebspunkten für einen neuen und einen gealterten Speicherkatalysator gebildet ist, verglichen. Ein innerhalb des Speicherkatalysator-Kapazitätsfeldes liegender Umschalt-Betriebspunkt stellt keine Unterschreitung der minimalen Stickoxid-Speicherfähigkeit dar, sondern stellt die Änderung gegenüber dem vorherigen Betriebspunkt als Maß für die Speicherkatalysator-Alterung dar, während ein das Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld verlassender Umschalt- Betriebspunkt eine Unterschreitung der minimalen Stickoxid-Speicherfähigkeit anzeigt.

Vorteilhaft wird mit einem derartigen Verfahren somit auf einfache Weise eine zuverlässige Bewertung des Alterungsgrades eines Stickoxid-Speicherkataly- sators möglich, da durch die zusätzliche Bezugnahme auf eine momentane Betriebstemperatur zum Umschaltzeitpunkt ein Umschalt-Betriebspunkt ermit- telt wird, der im Vergleich mit einem Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld eine genaue, zuverlässige Aussage über den jeweiligen Alterungszustand des Stickoxid-Speicherkatalysators ermöglicht. Denn ein bereits zu regenerieren- der Speicherkatalysator kann unter günstigen Betriebsbedingungen, d. h. ins- besondere optimalen Betriebstemperaturen regelmäßig noch mit einer gerin- geren Anzahl von Entladungen auskommen als dies bei demgegenüber un- günstigeren Betriebstemperaturen der Fall wäre. Dies bedeutet, dass durch die geringere Anzahl von Entladungen im optimierten Betriebsbereich kein so hoher Kraftstoffverbrauch vorliegt als dies bei ungünstigeren Betriebsbedin- gungen der Fall ist, bei denen derselbe Speicherkatalysator öfter entladen wer- den muss. Das heißt, dass mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise be- reits auch in solchen Betriebszuständen, in denen noch optimierte Betriebs- bedingungen vorliegen, eine Aussage getroffen werden kann, ob der Spei- cherkatalysator bereits zu regenerieren ist oder nicht. Die Regenerierung wird hier durch die Bezugnahme auf die Betriebstemperatur des Speicherkatalysa- tors zum richtigen und damit optimalen Zeitpunkt erkannt, was sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt, da ein Betrieb des Speicherkatalysators nur im hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs erwünschten Betriebsbereich erfolgt.

Nach Anspruch 2 kann zur Festlegung des Umschaltzeitpunktes ein relativer Stickoxid-Schlupf als Differenz zwischen dem in den Stickoxid-Katalysator eingeströmten Stickoxid-Massenstrom und dem aus dem Stickoxid-Speicher- katalysator ausgeströmten Stickoxid-Massenstrom jeweils bezogen auf die Einspeicherzeit ermittelt werden dergestalt, dass der Quotient der Integral- werte des Stickoxid-Massenstroms vor und nach dem Stickoxid-Speicherkata- lysator zudem in eine Relativbeziehung mit einem vorgebbaren, von einem Abgasgrenzwert abgeleiteten Stickoxid-Konvertierungsgrad gebracht wird, so

dass beim Vorliegen dieser vorgegebenen Umschaltbedingung das Umschal- ten von der Einspeicherphase auf die Entladephase zum hinsichtlich Kraftstoff- verbrauch und Einspeicherpotential optimierten Umschaltzeitpunkt durchge- führt wird.

Vorteilhaft wird hier als Bezugsgröße für das Umschalten auf die in eine Re- lativbeziehung zueinander gebrachten Zeitintegrale der Stickoxidmenge vor und nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator in Verbindung mit einem vorgeb- baren Konvertierungsgrad abgestellt. Das heißt, dass bei dieser Entladestrate- gie die Endrohremissionen bezüglich Stickoxid weitgehend unabhängig vom Alterungszustand des Katalysators sind und des weiteren das Abgasergebnis auch weitgehend unabhängig von der Anzahl der Entladungen pro Zeiteinheit ist. Mit einer derartigen Betriebsweise kann vorteilhaft die jeweils im Katalysa- tor vorhandene Einspeicherungskapazität voll ausgenützt werden, was sich beim neuen bzw. neueren Katalysator in einem gegenüber einem gealterten Speicherkatalysator reduzierten Kraftstoffverbrauch niederschlägt, da der neue bzw. neuere Katalysator weniger oft entladen zu werden braucht als ein geal- terter Katalysator, da der relative Schlupf, bei dem entladen werden soll, erst zu einem späteren Zeitpunkt als dies beim gealterten Speicherkatalysator der Fall ist, erreicht wird. Beim gealterten Speicherkatalysator steigt bei der Be- triebsweise in Verbindung mit dem relativen Schlupf nur die Anzahl der Entla- dungen, wobei diese jedoch weitgehend unabhängig vom Abgasergebnis als solchem sind. Denn mit dieser Betriebswiese wird stets nur dann entladen, wenn dies erforderlich wird, um nicht den vorgegebenen Abgasgrenzwert pro Zeiteinheit zu überschreiten, da die aufintegrierten Stickoxid-Massenströme vor und nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator hier in Bezug zu dem für die Einhaltung eines Abgasgrenzwertes erforderlichen Konvertierungsgrad gesetzt werden. Im Gegensatz zur Betriebsweise gemäß dem Stand der Technik braucht aufgrund der Ausnutzung des vollen Einspeicherpotentials ein neuer Speicherkatalysator auf eine bestimmte Zeitdauer gesehen weniger oft entla- den werden, als dies beim neuen Speicherkatalysator gemäß dem Stand der

Technik der Fall ist, bei dem das Einspeicherpotential eines neuen Speicher- katalysators nicht voll ausgenutzt werden kann. Denn bei der Betriebsweise gemäß dem Stand der Technik gilt die pro Entladung vorgegebene absolute Stickoxid-Schlupfmenge als fester Wert sowohl für den alten als auch für den neuen Speicherkatalysator, so dass auch der neue Speicherkatalysator beim Stand der Technik stets dann eine Entladung durchzuführen hat, wenn dieser von vorneherein festgelegte absolute Stickoxid-Schlupf erreicht ist, und dies obwohl hier der neue Stickoxid-Speicherkatalysator noch weiter Stickoxide einlagern könnte. Im Gegensatz dazu wird bei der Betrachtungsweise durch die Relativbeziehung stets das gesamte momentane Einspeicherpotential aus- genutzt, so dass gegenüber der Betriebsweise beim Stand der Technik insbe- sondere bezogen auf einen neuen bzw. neueren Speicherkatalysator eine erhebliche Kraftstoffeinsparung erzielt wird. Denn bei der Betriebsweise gemäß dem Stand der Technik wird, da beim neuen bzw. neueren Speicher- katalysator die Entladung bereits früher als erforderlich eingeleitet wird, auch ein fettes Gemisch früher als nötig zugegeben.

Bevorzugt ist das Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld bezogen auf das Tempe- raturfenster nach Anspruch 3 einerseits durch eine Grenzlinie für einen neuen Speicherkatalysator und andererseits durch eine Grenzlinie für einen einen Grenzalterungszustand darstellenden gealterten Speicherkatalysator begrenzt.

Das heißt, dass der zwischen diesen beiden Grenzkurven liegende Bereich des Speicherkatalysator-Kapazitätsfeldes ein Maß für die Katalysatoralterung darstellt. Die Grenzlinie für den einen Grenzalterungszustand darstellenden gealterten Speicherkatalysator kann je nach den individuellen Erfordernissen gewählt werden, das heißt z. B. in Abhängigkeit vom vorgegebenen, gerade noch tolerierbaren erhöhten Kraftstoffverbrauch in Verbindung mit einem geal- terten Speicherkatalysator und/oder einer vorgegebenen Speicherkatalysator- Standzeit.

Besonders bevorzugt umfasst das Temperaturfenster nach Anspruch 4 Tem- peraturwerte zwischen in etwa 200°C und in etwa 450°C, wobei z. B. ein opti- maler Betriebspunkt im Bereich von 280°C bis 320°C liegt.

Besonders bevorzugt ist nach Anspruch 5 ein Verfahren, bei dem bei Unter- schreitung der minimalen Stickoxid-Speicherfähigkeit ein Fehlersignal im Mo- torsteuergerät gesetzt wird, so dass z. B. ein Austausch des Stickoxid-Spei- cherkatalysators vorgenommen werden kann, um die Brennkraftmaschine weiterhin mit niedrigem Kraftstoffverbrauch betreiben zu können.

Gemäß einer besonders bevorzugten Verfahrensführung ist nach Anspruch 6 vorgesehen, dass der relative Schlupf der Quotient aus dem Integral über den Stickoxid-Massenstrom nach dem Stickoxid-Katalysator und aus dem Integral über dem Stickoxid-Massenstrom vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator ist.

Dieser Quotient wird zur Ermittlung der Umschaltbedingung gleich einem vor- gebbaren Umschaltschwellwert K gesetzt, der auf den vorgebbaren Stickoxid- Konvertierungsgrad zurückgeht, so dass beim Erfüllen dieser Umschaltbedin- gung ein Umschalten von der Einspeicherphase am Ende der somit ermittelten Einspeicherzeit auf die Entladungsphase erfolgt. Beispielsweise genügt dieser Umschaltschwellwert K nach Anspruch 7 folgender Gleichung : K = 1-vorgegebene Stickoxidkonvertierungsrate Die vorgegebene Stickoxid-Konvertierungsrate ist dabei stets kleiner 1, beträgt vorzugsweise jedoch wenigstens 0,8, höchst bevorzugt im Hinblick auf die Euro-IV-Abgasgrenzwertnorm jedoch in etwa 0,95.

Nach Anspruch 8 wird der Stickoxid-Massenstrom vor dem Stickoxid-Speicher- katalysator modelliert. Grundsätzlich könnte dieser Stickoxid-Massenstrom vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator jedoch auch gemessen werden, z. B. mit- tels eines Stickoxid-Sensors. Ein derartiger Stickoxid-Sensor wird nach An-

spruch 9 vorteilhaft jedoch nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator vorgese- hen, um den Stickoxid-Massenstrom nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator zu messen. Insbesondere für die Zeiten, in denen der Stickoxid-Sensor nicht betriebsbereit ist, kann der Stickoxid-Massenstrom nach dem Stickoxid-Spei- cherkatalysator auch modelliert werden. Unter Modellierung wird dabei ver- standen, dass der Stickoxid-Rohmassenstrom vor dem Stickoxid-Speicherka- talysator bzw. der Stickoxid-Massenstrom nach dem Stickoxid-Speicherkataly- sator einem Stickoxid-Einspeichermodell bzw. einem Stickoxid-Rohemissions- modell entnommen werden. In den Modellen wird z. B. aus dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine beschreibenden Parametern, z. B. der zugeführten Kraftstoffmasse oder Luftmasse, dem Drehmoment, etc., der Stickoxid-Roh- massenstrom modelliert. Ebenso kann der modellierte Stickoxid-Rohmassen- strom aber auch einer Kennlinie oder einem Kennfeld entnommen werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 10 wird ein mittels dem Stickoxid-Sensor nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator ge- messenes Stickoxid-Massenstromsignal einer Steuer-und Regeleinrichtung zugeführt, in der der nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator gemessene Stickoxid-Massenstrom über die Zeit aufintegriert wird und der so ermittelte Integralwert zusammen mit dem Integralwert des Stickoxid-Massenstroms vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator in eine Beziehung mit dem vorgebbaren Stickoxid-Konvertierungsgrad gebracht wird zur Ermittlung des Umschaltzeit- punktes. Bei Vorliegen der Umschaltbedingung gibt dann die Steuerung-und Regeleinrichtung ein Steuersignal ab, um das Umschalten des Stickoxid-Spei- cherkatalysators von der Einspeicherphase auf die Entladephase durchzufüh- ren. Die erfindungsgemäße Verfahrensführung bewirkt somit hier auch einen besonders günstigen bauteiltechnischen Aufwand, da keine zusätzlichen Bau- teile erforderlich sind, sondern die ohnehin vorhandenen Bestandteile zur erfin- dungsgemäßen Betriebsweise benützt werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen : Fig. 1 ein Diagramm der Stickoxidmenge über der Zeit für einen neuen Stick- oxid-Speicherkatalysator, Fig. 2 ein schematisches Diagramm der Stickoxidmenge über der Zeit für ei- nen gealterten Stickoxid-Speicherkatalysator, Fig. 3 eine schematische vergleichende Darstellung der Entladezyklen eines neuen und gealterten Stickoxid-Speicherkatalysators, Fig. 4 ein schematisches Diagramm des Verbrauchs über den Emissionen mit Applikationslinien für einen neuen und einen alten Stickoxid-Speicher- katalysator im Vergleich, Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Speicherkatalysator-Betriebsfel- des über ein Temperaturfenster, und Fig. 6 eine schematische Darstellung der Stickoxidmenge über der Zeit für eine Betriebsweise gemäß dem Stand der Technik.

In Fig. 6 ist eine schematische Darstellung der Stickoxidmenge über der Zeit für eine Betriebsweise eines Stickoxid-Speicherkatalysators gemäß dem Stand der Technik dargestellt. So ist hier im linken Teil des Diagramms bezogen auf den fest vorgegebenen absoluten Stickoxid-Schlupf die maximale Einspeicher- zeit dargestellt, und zwar mit durchgezogenen Linien für den neuen Speicher- katalysator und strichliert für den gealterten Speicherkatalysator. Rein sche- matisch ist hier dargestellt, dass die Anzahl der Entladungen beim gealterten Speicherkatalysator höher ist, so dass, da jedes Mal in etwa eine gleiche Men- ge an Stickoxiden pro Zeiteinheit eingespeichert ist, während einer bestimmten Zeitspanne beim gealterten Stickoxidkatalysator eine höhere Stickoxidmenge

abgegeben wird als dies während der gleichen Zeitspanne beim neuen Spei- cherkatalysator der Fall ist. Dies führt dazu, dass hier die Anzahl der Entladun- gen pro Zeitspanne direkt in das Abgasergebnis mit eingeht und somit in Be- zug auf die Einhaltung der Abgasgrenzwerte pro vorgegebener Abgasgrenz- wert-Zeiteinheit auf die Anzahl der möglichen Entladungen eines gealterten Speicherkatalysators am Ende dessen Lebensdauer abzustellen ist und daher der fest vorgegebene absolute Schlupfwert entsprechend reduziert werden muss, um die Abgasnorm zu erfüllen. Dies ist im rechten Teil des Diagramms schematisch dargestellt und führt somit dazu, dass das Einspeicherpotenzial des neuen Speicherkatalysators nicht ausgenutzt wird. Da nun aber bei dieser Betriebsweise-auf Grund des fest vorgegebenen absoluten Schlupfes-beim neuen Speicherkatalysator die Entladung bereits früher als eigentlich nötig ein- geleitet wird, wirkt sich dies beim neuen Speicherkatalysator nachteilig auf den Kraftstoffverbrauch aus, da ein fetteres Gemisch früher als nötig zugegeben wird. Das heißt, dass bezogen auf eine bestimmte Zeitspanne eigentlich mehr fettes Gemisch zugegeben wird als dies während dieser Zeitspanne erforder- lich gewesen wäre, wenn die eigentlich vorhandene Speicherkapazität eines neuen bzw. neueren Speicherkatalysators vollständig ausgenutzt worden wäre.

In den Fig. 1 und 2 ist lediglich zur Veranschaulichung des Prinzips einer kon- kreten Verfahrensweise schematisch und beispielhaft jeweils die Stickoxid- menge über der Zeit aufgetragen, wobei die Stickoxidmenge aufsummiert dar- gestellt ist. Ausgehend von einer lediglich zur einfacheren Veranschaulichung angenommenen konstanten Anlieferung einer konstanten Stickoxidmenge über der Zeit ergibt das Integral über den Stickoxid-Massenstrom vor dem Stickoxid- Speicherkatalysator über die betrachtete Zeitspanne einen linearen Anstieg, wie dies in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt ist. Bei einem neuen Stickoxid-Speicherkatalysator ist noch die volle Speicherkapazität vorhanden, d. h., es hat noch z. B. keine Vergiftung durch Schwefel stattgefunden, so dass für eine Einspeicherzeit t1 so lange Stickoxide in den Stickoxid-Speicherkataly-

sator eingelagert werden, bis der Quotient aus dem Integral über den Stick- oxid-Massenstrom nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator und aus dem Integral über den Stickoxid-Massenstrom vor dem Stickoxid-Speicherkataly- sator gleich einem vorgegebenen, von einem Abgasgrenzwert abgeleiteten Umschaltschwellwert K ist, der auf einen vorgegebenen, von einem Abgas- grenzwert abgeleiteten Stickoxid-Konvertierungsgrad zurückgeht, so dass beim Erfüllen dieser Umschaltbedingung nach Ablauf der Einspeicherzeit t1 ein Umschalten auf eine hier nicht mehr dargestellte Entladungsphase erfolgt, in der fettes Gemisch zum Ausspeichern der Stickoxide zugeführt wird.

Beispielsweise beträgt der Umschaltschwellwert K bei einer vorgegebenen Stickoxid-Konvertierungsrate von 95 %, d. h. von 0,95, dann 0,05 bezogen auf 1 (= 100 %) als Bezugsgröße. Dies bedeutet, dass im vorliegenden Fall eines neuen Stickoxid-Speicherkatalysators dann die Entladungsphase eingeleitet wird, wenn der Quotient aus den beiden oben angegebenen Integralen gleich 0,05 oder 5 % ist.

In der Fig. 2 ist nun im wesentlichen dasselbe für einen gealterten Stickoxid- Speicherkatalysator dargestellt, d. h. bei einem Stickoxid-Speicherkatalysator der z. B. bereits stark mit Schwefel vergiftet ist. Wie dies aus der lediglich schematisch und beispielhaften Darstellung der Fig. 2 ersichtlich wird, sind bei einem derartigen gealterten Stickoxid-Speicherkatalysator innerhalb der glei- chen betrachteten Zeitspanne t1 z. B. lediglich zwei Entladungen erforderlich, und zwar einmal nach einer Zeit t2, die vor der Zeit t1 liegt, und dann wiederum zum Zeitpunkt tu, der dem Zeitpunkt t1 der Fig. 1 entspricht. Durch den relati- ven Schlupf als Quotienten aus dem Integral über den Stickoxid-Massenstrom nach und vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator und dessen in Beziehung set- zen mit einem vorgegebenen, von einem Abgasgrenzwert ableitbaren Stick- oxid-Konvertierungsgrad wird erreicht, dass zum Umschaltzeitpunkt, zu dem die Umschaltbedingung erfüllt ist, der Quotient der Integralwerte X2 und X3 zum Zeitpunkt t2 und der Quotient der Integralwerte Xi und Xo zum Zeitpunkt t1 so- wie auch der Quotient aus der Differenz der Integralwerte Xi-X2 und Xo-X3

zum Zeitpunkt t1 stets gleich dem vorgegebenen Umschaltschwellwert K ist.

Ebenso entspricht der Quotient der Integralwerte Xi und Xo zum Zeitpunkt t1 (Umschaltzeitpunkt) der Fig. 1, d. h. beim neuwertigen Stickoxid-Speicherkata- lysator diesem Umschaltschwellwert K, so dass durch die erfindungsgemäße Bezugnahme auf den Stickoxid-Konvertierungsgrad stets sichergestellt ist, dass eine Entladung dann stattfindet, wenn dies zur Erfüllung der auf einen bestimmten Abgasgrenzwert zurückgehenden Konvertierungsgrad erforderlich ist. D. h., dass die jeweils im Stickoxid-Speicherkatalysator vorhandene Ein- speicherungskapazität entsprechend dem Alterungszustand des Stickoxid- Speicherkatalysators voll ausgenutzt werden kann.

Wie dies insbesondere aus der Fig. 3 hervorgeht, wird durch diese Verfahrens- weise erreicht, dass der Abgasgrenzwert stets eingehalten wird, da die Anzahl der Entladungen zwar mit zunehmender Alterung des Katalysators ansteigt, diese jedoch keinerlei Einfluss auf die Abgasmengen als solche hat, da die Anzahl der Entladungen zu jedem Alterungszeitpunkt so optimal an die er- forderliche Konvertierungsrate und damit den vorgegebenen Abgasgrenzwert angepasst wird, dass dieser Abgasgrenzwert und damit die erforderliche Kon- vertierungsrate pro Abgasgrenzwert-Zeitspanne nicht überschritten wird. So entspricht die in der Fig. 3 auf der oberen Abszisse pro Entladevorgang ab- gegebene und schraffiert dargestellte Abgasmenge als Summe der Abgas- mengen Ai, Az, As, A4 und A5, wobei hier für den Sonderfall Konstantbetriebs- punkt der Brennkraftmaschine Ai = A2 = A3 = A4 = A5 ist, genau der auf der unteren Abszisse dargestellten Abgasmenge als Summe der Flächen al bis alto, wobei auch hier für den Sonderfall Konstantbetriebspunkt der Brennkraft- maschine ai = a2 = a3 =... = a10 ist. Zudem ist hier die Summe der Flächen- integrale der Nach-Katemissionen beim neuen und beim gealterten Speicher- katalysator nahezu gleich.

Das heißt, dass über die gleiche Zeitspanne betrachtet beim gealterten Stick- oxid-Speicherkatalysator nur die Zahl der Entladungen steigt, nicht jedoch die

während dieser Zeitspanne abgegebene Stickoxidmenge, so dass ein vorge- gebener Emissionsgrenzwert als Abgasgrenzwert dadurch stets eingehalten werden kann.

Der Vorteil dieser Verfahrensführung zeigt sich auch im in der Fig. 4 dargestell- ten Diagramm des Kraftstoffverbrauchs über den Emissionen. In diesem Dia- gramm ist einmal die Betriebslinie als Applikationslinie Bneu für einen neuen Stickoxid-Speicherkatalysator und eine Betriebslinie als Applikationslinie Balt für einen gealterten Stickoxid-Speicherkatalysator dargestellt. Dieses Dia- gramm zeigt, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator, wie dies in der Fig. 4 durch Bezugszeichen 1 gezeigt ist, mit niedrigem Verbrauch ohne ein Vorhal- ten der Katalysatoralterung, wie dies bei der Verfahrensführung gemäß dem Stand der Technik der Fall ist und dies in der Fig. 4 mit 1'und strichliert einge- zeichnet ist, möglich ist, so dass im Verlauf der Katalysatoralterung durch die gesteigerte Anzahl der Entladungen zwar der Verbrauch ansteigt, jedoch keine Überschreitung der Emissionsgrenze erfolgt. Im Gegensatz zur Betriebsweise gemäß dem Stand der Technik ist hier zwar bei der erfindungsgemäßen Be- triebsweise das Abgasergebnis beim neuen Speicherkatalysator"schlechter", liegt jedoch dauerhaft unter dem vorgeschriebenen Abgasgrenzwert. Das heißt, dass mit dieser Betriebsweise eine stets optimierte Betriebsweise mög- lich ist, ohne dass ein unnötiges Vorhalten beim neuen Speicherkatalysator stattfindet.

In der Fig. 5 ist nunmehr ein Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld über ein Tem- peraturfenster dargestellt, wobei auf der Abszisse hier die Temperatur in °C aufgetragen ist und die Ordinate hier den Integralwert des Stickoxid-Massen- stroms vor dem Speicherkatalysator zeigt. Das heißt, dass das hier dargestell- te Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld bezogen auf die Integralwerte des Stick- oxid-Massenstroms vor dem Speicherkatalysator dargestellt ist. Grundsätzlich könnte hier aber alternativ auch ein Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld darge- stellt sein, das auf die Integralwerte nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator

und/oder auf die Zeit bezogen ist. Die Bezugnahme auf die Integralwerte vor dem Stickoxid-Massenstrom ist hier jedoch bevorzugt, da diese im Gegensatz zu den auch noch von anderen Faktoren abhängigen Integralwerten nach dem Speicherkatalysator und der ebenfalls noch von anderen Faktoren abhängigen Zeit eine noch zuverlässigere Aussage über den Alterungszustand des Spei- cherkatalysators ermöglicht. Wie Fig. 5 zeigt, ist das Speicherkatalysator-Ka- pazitätsfeld bezogen auf das Temperaturfenster einerseits durch eine vorge- gebene Grenzlinie Bneu für einen neuen Speicherkatalysator und andererseits durch eine vorgebbare Grenzlinie Bait für einen einen Grenzalterungszustand darstellenden gealterten Speicherkatalysator begrenzt. Der dazwischenlie- gende, schraffierte Kapazitätsfeldbereich ist ein Maß für die Katalysatoralte- rung. Das Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld ist hinsichtlich des Kraftstoff- verbrauchs optimiert vorgegeben und durch eine Vielzahl von einzelnen, z. B. messtechnisch ermittelten Betriebspunkten für einen neuen und einen mehr oder weniger gealterten Speicherkatalysator aufgespannt.

Im hier in der Fig. 5 dargestellten Fall wird ein Integralwert X eines Stickoxid- massenstroms vor dem Speicherkatalysator beim Erfüllen der Umschaltbedin- gung in Verbindung mit der momentanen Betriebstemperatur zum Umschalt- zeitpunkt gebracht, die hier beispielsweise 320°C beträgt. Auf diese Weise wird im Diagramm der Fig. 5 ein Umschalt-Betriebspunkt U ermittelt, der im in der Fig. 5 dargestellten Beispiel im Speicherkatalysator-Kapazitätsfeld liegt.

Dieser innerhalb des Speicherkatalysator-Kapazitätsfeldes liegende Umschalt- Betriebspunkt stellt keine Unterschreitung der minimalen Stickoxid-Speicherfä- higkeit dar, so dass z. B. ein i. O.-Signal an die Steuer-und/oder Regelein- richtung weitergeleitet wird. Die Änderung gegenüber einem vorhergehenden Betriebspunkt ausgehend von einem Betriebspunkt Uneu eines neuen Stick- oxid-Speicherkatalysators stellt, wie dies in Fig. 5 schematisch durch den Pfeil 1 dargestellt ist, ein Maß für die Speicherkatalysatoralterung dar. D. h. dass der Integralwert des Stickoxid-Massenstroms vor dem Speicherkatalysator beim Regenieren stets neu erlernt wird. Wenn eine Änderung in Richtung des

Pfeiles 1 dergestalt stattgefunden hat, dass ein Betriebspunkt unterhalb eines Grenz-Betriebspunktes U. It liegt, wird ein Unterschreiten der minimalen Stick- oxid-Speicherfähigkeit erkannt und ein Fehlersignal im Motorsteuergerät ge- setzt.

Die Fig. 5 zeigt hier somit, dass zu jedem Betriebszustand des Stickoxid-Spei- cherkatalysators in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur eine Aussage über den genauen Alterungszustand des Stickoxid-Speicherkatalysators ge- troffen werden kann. Da die einen Grenzalterungszustand darstellende untere gealterte Speicherkatalysator-Grenzlinie von der Lage her an einen vorgege- benen Kraftstoffverbrauch in Verbindung mit den Entladungen angepasst wer- den kann, kann daher eine nicht mehr tolerierbare Speicherkatalysator-Alte- rung bereits zu einem Zeitpunkt angezeigt werden, zu dem sich der Kraftstoff- verbrauch noch im vorgegebenen Toleranzrahmen hält.