Es ist bekannt, eine Nachbehandlung von Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen mit Katalysatorsystemen vorzunehmen, die in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet sind. Überdies ist im Falle magerlauffähiger Verbrennungskraftmaschinen üblich, NOx-Speicher in ein Katalysatorsystem zu integrieren (NOx-Speicherkatalysator). Ein NOx-Speicherkatalysator erfüllt dabei in der Regel die Rolle eines 3-Wege-Katalysators, indem er Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannte oder nur teilweise verbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) oxidativ mit Luftsauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser umsetzt und gleichzeitig die Reduktion von Stickoxiden (NOx) unter Wirkung der Reduktionsmittel CO und HC zu Stickstoff (N2) fördert. Auf diese Weise können in einem sogenannten stöchiometrischen Abgas die Schadstoffe praktisch vollständig in weniger umweltrelevante Verbindungen umgesetzt werden. Wird die Verbrennungskraftmaschine jedoch in einem verbrauchsgünstigen Magermodus betrieben, das hei t bei Luftüberschu , liegt NOx im Abgas gegenüber den Reduktionsmitteln CO und HC in einem stöchiometrischen Überschu vor und kann daher nicht vollständig konvertiert werden. Der NOx-Speicher absorbiert überschüssiges NOx in Form von Nitrat. Die NOx-Einlagerung in den NOX-Speicher wird durch eine NOx-Speicherkapazität des Absorbers begrenzt. In wiederkehrenden Abständen müssen daher NOx-Regenerationen durchgeführt werden, wobei der NOx- Speicherkatalysator mit einem stöchiometrischen oder fetten Abgas (k < 1) beaufschlagt wird.

Die NOx-Speicherkapazität eines NOx-Speicherkatalysators wird jedoch nicht nur durch die kontinuierliche NOx-Einlagerung, sondern auch durch eine unerwünschte parallele Schwefeleinlagerung herabgesetzt. Der in Form von Sulfat eingelagerte Schwefel kann zudem durch eine sogenannte Sulfatkornbildung eine irreversible Schädigung von Speicher und Katalysator hervorrufen. Es ist somit notwendig, den NOx- Speicherkatalysator in periodischen Abständen einer Entschwefelungsma nahme zu unterziehen, die wiederum die Beaufschlagung mit einer fetten Abgasatmosphäre sowie eine Katalysatortemperatur von über 600 °C umfa t.

Es ist ferner bekannt, den Betrieb von NOx-Speicherkatalysatoren, insbesondere ihre Regeneration, mit nachgeschalteten NOx-Sensoren, die eine NOx-Konzentration im Abgas erfassen, zu regeln. Nachteilig an den bekannten Verfahren ist, da auf Basis momentaner NOx-Konzentrationen im Abgas keine oder nur sehr ungenaue Aussagen über eine tatsächliche NOx-Speicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators möglich sind. Mangels einer exakten Kenntnis der NOx-Speicherkapazität des Katalysators fehlte es bislang an der Möglichkeit, den Zeitpunkt einer Entschwefelungsnotwendigkeit exakt zu bestimmen, irreversible Schädigungen des Katalysators zu erkennen oder auch andere Verfahren zu sperren, die auf eine hohe NOx-Speicheraktivität des Katalysators angewiesen sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit deren Hilfe eine NOx-Speicherkapazität eines NOX- Speicherkatalysators mit hoher Genauigkeit ermittelt werden kann.

Erfindungsgemä wird diese Aufgabe durch die in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 14 genannten Merkmale gelöst. indem durch Integration einer stromab des NOX- Speicherkatalysators gemessenen NOx-Konzentration mindestens eine für die NOX- Speicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators kennzeichnende Ist-Kenngrö e berechnet wird, kann mit einer höheren Genauigkeit auf eine vorliegende NOX- Speicherkapazität des Katalysators geschlossen werden, als es aufgrund einer gemessenen momentanen NOX-Konzentration hinter dem Speicherkatalysator allein möglich ist. Es ist ferner vorgesehen, die für den NOx-Speicherkatalysator kennzeichnende Kenngrö e mit einer entsprechenden Soll-Kenngrö e, die für einen theoretischen schwefelfreien und ungeschädigten NOx-Speicherkatalysator modelliert wird, zu vergleichen. Hierdurch wird ein Bewertungsma stab für den Zustand des NOX- Speicherkatalysators geschaffen.

Die erfindungsgemä e Vorrichtung sieht Mittel vor, mit denen die beschriebenen Verfahrensschritte ausführbar sind. Diese Mittel umfassen vorzugsweise eine Steuereinheit, in der die Prozedur zur Ermittlung einer NOx-Speicherkapazität des NOX- Speicherkatalysators in digitaler Form hinterlegt ist. Die Steuereinheit ist vorteilhafterweise in ein Motorsteuergerät integriert. Gemä einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird aus einem Verhältnis der Ist-Kenngrö e des NOx-Speicherkatalysators und der modellierten Soll-Kenngrö e ein Gütefaktor des NOx-Speicherkatalysators berechnet. Es ist weiterhin vorgesehen, bei Überschreitung eines vorgebbaren Schwellenwertes durch den so ermittelten Gütefaktor (GFSK) eine Entschwefelung auszulösen. Au er einer Entschwefelung können jedoch ebenso gut bei entsprechender Schwellenvorgabe andere Ma nahmen vorgesehen sein, beispielsweise eine Sperrung eines Magerbetriebes oder die Registrierung eines Katalysatorfehlers.

Gemä einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beginnt die Integration der NOx-Konzentration hinter dem NOx-Speicherkatalysator mit einem Beginn einer mageren Betriebsphase, vorzugsweise nach einer erfolgreich abgeschlossenen NOX- Regeneration oder einer Entschwefelung. Unter diesen Umständen kann von einem NOx-freien Katalysator ausgegangen werden.

Es ist ferner bevorzugt vorgesehen, da der Gütefaktor des NOx-Speicherkatalysators am Ende einer mageren Betriebsphase der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere vor einer NOX-Regeneration des Katalysators, bestimmt wird und mit dem Schwellenwert verglichen wird. Die Bestimmung des Gütefaktors und der Vergleich mit dem Schwellenwert kann von einer ungestörten NOx-Einlagerung während der vorausgegangenen Magerphase der Verbrennungskraftmaschine abhängig gemacht werden, da das Beladungsmodell bei einem sehr dynamischen Betrieb ungenauer wird. Die Bestimmung und Auswertung des Gütefaktors kann beispielsweise unterbunden werden, wenn in der vorausgegangenen Magerphase kurzzeitig in einen stöchiometrischen Betrieb geschaltet wurde, eine Schubabschaltung erfolgte oder extreme Laständerungen stattfanden. Ebenso kann es sinnvoll sein, einen Temperaturbereich des Katalysators vorzugeben, in dem eine zufriedenstellende NOX- Einiagerung möglich ist.

Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung wird als eine erste Ist-Kenngrö e ein integraler NOx-Durchbruch ermittelt, indem die stromab des NOx-Speicherkatalysators gemessene NOx-Konzentration, beispielsweise während einer Magerphase, aufintegriert wird. Der NOx-Durchbruch gibt demnach eine NOX-Menge an, die den Katalysator in dem betreffenden Me intervall passiert hat. Als eine zweite Ist- Kenngrö e wird eine NOx-Beladung des NOx-Speicherkatalysators aus einer Differenz einer NOx-Rohemission der Verbrennungskraftmaschine, also der NOX- Eingangsmenge, und des integralen NOx-Durchbruches berechnet. Die NOX- Rohemission kann entweder durch Integration einer vor dem NOx-Speicherkatalysator mit einer zweiten NOx-Sonde gemessenen NOx-Konzentration ermittelt werden oder anhand aktuelle Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine mit guter Genauigkeit berechnet werden.

Es ist ferner vorgesehen, da eine modellierte NOx-Beladung gemä einem theoretischen Beladungsmodell in Abhängigkeit der NOx-Rohemission der Verbrennungskraftmaschine als eine Soll-Kenngrö e berechnet wird. Dabei setzt das Beladungsmodell einen schwefelfreien und ungeschädigten NOx-Speicherkatalysator voraus. Die modellierte NOx-Beladung entspricht somit einer in einen idealen NOX- Speicherkatalysator theoretisch eingelagerten NOx-Menge. Die Berechnung eines modellierten NOx-Durchbruches als eine weitere Soll-Kenngrö e ergibt sich dann aus einer Differenz der besagten NOx-Rohemission der Verbrennungskraftmaschine und der nach dem theoretischen Beladungsmodell modellierten NOx-Beladung.

Für die Bestimmung eines Gütefaktors aus den genannten Ist-Kenngrö en des NOX- Speicherkatalysators und den Soll-Kenngrö en des idealen Speicherkatalysators ergeben sich verschiedene Möglichkeiten. Gemä einer bevorzugten Ausgestaltung wird ein erster Gütefaktor aus dem Verhältnis der ermittelten NOx-Beladung des NOX- Speicherkatalysators und der modellierten NOx-Beladung berechnet. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein zweiter Gütefaktor das Verhältnis des modellierten NOx-Durchbruches zu dem gemessenen NOx-Durchbruch.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem NOx-Speicherkatalysator ; Figur 2 zeitliche Verläufe integraler Ist-und Soll-Kenngrö en während einer Magerphase einer Verbrennungskraftmaschine und Figur 3 zeitliche Verläufe einer modellierten NOX-Beladung und einer gemessenen NOx-Beladung über einen mehrere Magerphasen umfassenden Zeitraum. In Figur 1 ist eine Verbrennungskraftmaschine 10 und ein dieser zugeordneter Abgaskanal 12 in schematischer Weise dargestellt. In Strömungsrichtung eines die Verbrennungskraftmaschine 10 verlassenden Abgases ist zunächst ein optionaler Vorkatalysator 14 und nachfolgend ein NOx-Speicherkatalysator 16 in dem Abgaskanal 12 angeordnet. Stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators 16 befindet sich eine als NOx-Sensor 18 ausgestaltete Me einrichtung, die in Abhängigkeit einer NOx- Konzentration im Abgas hinter dem NOX-Speicherkatalysator 16 ein Signal an eine Steuereinheit 20 weiterleitet. Der Abgaskanal 12 kann weitere, hier nicht dargestellte Me einrichtungen beherbergen, deren Signale ebenfalls Eingang in die Steuereinheit 20 finden. Dies können etwa Lambdasonden, weitere NOx-Sensoren, Druck-oder Temperaturfühler sein. Ferner werden aktuelle Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 10, beispielsweise eine Drehzahl und eine Motorlast, an die Steuereinheit 20 übermittelt. Die Steuereinheit 20 digitalisiert alle eingehenden Signale und wertet diese gemä abgelegter Algorithmen aus. Ferner steuert die Steuereinheit 20 die Verbrennungskraftmaschine 10 in Abhängigkeit der erfa ten beziehungsweise berechneten Parameter, wie nachfolgend im einzelnen dargestellt wird.

Figur 2 stellt in vereinfachter Weise Verläufe der erfindungsgemä en integralen ist-und Soll-Kenngrö en während der Dauer einer Magerphase der Verbrennungskraftmaschine 10 dar. Selbstverständlich zeigt eine Rohemission RE im realen Betrieb entsprechend einem veränderlichen Betriebsmodus der Verbrennungskraftmaschine 10 einen komplexeren Verlauf als den dargestellten. Da es sich um eine integrale Grö e handelt, kann ihre Steigerung jedoch nie negativ werden.

Die Rohemission RE der Verbrennungskraftmaschine 10 kann durch eine vor dem NOx-Speicherkatalysator 16 angeordnete NOx-Sonde erfa t werden, indem die so er- mittelt NOX-Konzentration von der Steuereinheit 20 kontinuierlich aufintegriert wird.

Sie kann jedoch ebenso auf der Grundlage aktueller Betriebsparameter der Verbren- nungskraftmaschine (Luft-Kraftstoff-Gemisch, Drehzahl, Motorlast etc.) von der Steuer- einheit 20 mit hinreichender Genauigkeit berechnet werden. Die NOx-Rohemission RE der Verbrennungskraftmaschine 10 ist hier vereinfacht als eine Gerade dargestellt. Der gemessene NOx-Durchbruch EHKMES wird ebenfalls von der Steuereinheit 20 durch kontinuierliche Integration der durch den NOx-Sensor 18 gemessenen NOx- Konzentration hinter dem NOx-Speicherkatalysator 16 berechnet. Die"gemessene" NOx-Beladung FSKMES des NOx-Speicherkatalysators 16 ergibt sich aus der Differenz der Rohemission RE und dem gemessenen NOx-Durchbruch EHKMES gemä der Formel FSKMES = RE-EHKMES. Zu Beginn einer Magerphase der Verbrennungskraftmaschine 10 zum Zeitpunkt to nehmen alle Kenngrö en den Wert 0 an. Die NOX-Beladung FSKMES des NOx-Speicherkatalysators 16 entspricht etwa bis zu einem Zeitpunkt tj der Rohemission RE. Bis zu diesem Zeitpunkt ist der NOx- Speicherkatalysator 16 in der Lage, die gesamte emittierte NOx-Masse RE annähernd vollständig einzulagern. Dementsprechend wird bis zum Zeitpunkt t1 praktisch kein NOx-Durchbruch EHKMES hinter dem NOx-Speicherkatalysator 16 registriert, so da diese Kenngrö e bei nahe 0 verharrt. Ungefähr zum Zeitpunkt t1 beginnt die NOX- Speicheraktivität des NOx-Speicherkatalysators 16 einzubrechen. Die Beladung FSKMES steigt zunehmend flacher an, um sich einem Sättigungswert zu nähern.

Gleichzeitig steigt die NOx-Emission EHKMES hinter dem NOx-Speicherkatalysator 16 an.

Wie bereits geschildert, werden diese Ist-Kennwerte EHKMES, FSKMES des NOX- Speicherkatalysators 16 mit den theoretischen Soll-Kennwerten eines schwefelfreien und ungeschädigten Speicherkatalysators verglichen. Hierfür berechnet die Steuereinheit 20 in Abhängigkeit von der NOx-Rohemission RE nach einem abgespeicherten Beladungsmodell eine theoretische NOx-Beladung FSKMOD. Aus der Differenz der Rohemission RE und der theoretischen NOx-Beladung FSKMOD ergibt sich wiederum der Soll-Kennwert des modellierten NOx-Durchbruches EHKMOD hinter dem NOx-Speicherkatalysator 16 gemä der Gleichung EHKMOD = RE-FSKMOD. Die Verläufe der Soll-Kenngrö en FSKMOD und EHKMOD ähneln qualitativ den Ist- Kenngrö en FSKMES und EHKMES. Die modellierte NOx-Beladung FSKMOD entspricht anfänglich der Rohemission RE der Verbrennungskraftmaschine 10 und beginnt etwa zu einem Zeitpunkt t2 langsam abzuflachen und sich einem maximalen Beladungsgrenzwert zu nähern. Die maximale NOx-Beladung FSKMOD des schwefelfreien, ungeschädigten NOx-Katalysators ist grö er als die maximale Beladung FSKMES des Katalysators 18. Die Differenz zwischen beiden ist auf eine Schwefelvergiftung und/oder eine irreversible Schädigung, beispielsweise einer thermischen Schädigung des Katalysators 16, zurückzuführen. Entsprechend der höheren Speicherkapazität des theoretischen Katalysators setzt auch der modellierte NOx-Durchbruch EHKMOD hinter dem Katalysator, verglichen mit dem tatsächlichen NOx-Speicherkatalysator 16, zu einem späteren Zeitpunkt t2 ein.

Am Ende der Magerphase zum Zeitpunkt t3 erfolgt eine Bewertung der Speicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators 16, indem aus mindestens einer Ist- Kenngrö e des NOx-Speicherkatalysators 16 und mindestens einer Soll-Kenngrö e ein Gütefaktor GFSK berechnet und mit einem Schwellwert SW abgeglichen wird. Zum Beispiel kann durch Bezug der Ist-Beladung FSKMES auf die Soll-Beladung FSKMOD der Gütefaktor 1 GFSK1 gemä FSKMES GFSK1 = FSKAIOD berechnet werden. Ebenso können die NOx-Soll-und Ist-Durchbrüche EHKMOD und EHKMES zur Bewertung herangezogen werden, gemä EHKMOD GFSK2 = .

EHKMES Optional ist die Bewertung des NOx-Speicherkatalysators 16 auch durch Bezug der emittierten NOx-Menge EHK auf die jeweils eingespeicherte NOX-Menge FSK möglich.

Beispielsweise können die Gütefaktoren GFSK 3 und GFSK 4 gemä EHKMES 1-<BR> <BR> <BR> FSKMES<BR> <BR> <BR> GFSK3 = EHKMOD 1- FSKMOD und EHKMES + 1 <BR> <BR> 1-<BR> FSKMES + 1<BR> <BR> <BR> <BR> GFSK4 =<BR> EHKMOD FSKMOD gebildet werden. Der Vorteil liegt hierbei in einer genaueren Bewertung des tatsächlichen Wirkungsgrades der NOx-Einlagerung sowie in einem grö eren Auflösungsbereich des berechneten Faktors. Dabei hat der Gütefaktor GFSK4 gegenüber GFSK3 den Vorteil, eine Division durch Null zu vermeiden, wenn in einem Extremfall keine Beladung des NOx-Speicherkatalysators 16 erfolgt.

Figur 3 stellt zeitliche Verläufe der modellierten NOx-Beladung FSKMOD (unterbrochene Linien) und die gemessene NOx-Beladung FSKMES des NOX- Speicherkatalysators 16 (durchgezogene Linien) über mehrere Magerphasen M und mehrere Regenerationsphasen R dar. Während der ersten Magerphase M ähnelt der Verlauf der Ist-Beladung FSKMES des noch verhältnismä ig frischen NOX- Speicherkatalysators 16 dem Verlauf der Soll-Beladung FSKMOD. Am Ende der ersten Magerphase Ml erfolgt die erste NOx-Regeneration R1, so da beide Werte auf 0 abfallen. Während die modellierte NOx-Beladung FSKMOD in den folgenden Mager- und Regenerationszyklen praktisch immer den gleichen Verlauf zeigt, erreicht die NOX- Beladung FSKMES des aktuellen Katalysators 16 zunehmend niedrigere Beladungswerte. Dieser Aktivitätseinbruch ist auf eine zunehmende Schwefelvergiftung des NOx-Speicherkatalysators 16 und/oder eine thermische Schädigung zurück- zuführen. Am Ende jeder Magerphase M erfolgt erfindungsgemä die Bewertung des Katalysatorzustandes, indem beispielsweise der Gütefaktor GFSK 1 berechnet und mit einem vorgebbaren Schwellenwert verglichen wird. Am Ende der vierten Magerphase M4 weicht die Ist-Beladung FSKMES von der Sollbeladung FSKMOD so stark ab, da der Gütefaktor GFSK 1 den Schwellenwert unterschreitet. Infolgedessen wird eine Entschwefelung DS eingeleitet, indem die Steuereinheit 20 mindestens einen Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 10 beeinflu t. Beispielsweise stellt sie ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch ein und regelt die Temperatur des NOX- Speicherkatalysators 16 hoch. Nach Beendigung der Entschwefelung DS erreicht der Verlauf der Ist-Beladung FSKMES wieder fast den theoretischen Wert FSKMOD. Die Differenz zwischen beiden Werten kann nun auf eine irreversible Schädigung des NOX- Speicherkatalysators 16 zurückgeführt werden.