Ein derartiges Verfahren, ein derartiges Steuergerät und eine derartige Brennkraftmaschine sind beispielsweise bei einer sogenannten Benzin-Direkteinspritzung bekannt. Dort wird der Kraftstoff in einem Homogenbetrieb während der Ansaugphase oder in einem Schichtbetrieb während der Verdichtungsphase in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Der Homogenbetrieb ist vorzugsweise für den Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine vorgesehen, während der Schichtbetrieb für den Leerlauf-un : Teillastbetrieb geeignet ist. Beispielsweise in Abhängigkeit von dem : angeforderten Drehmoment wird bei einer derartigen direkteinspritzenden Brennkraftmaschine zwischen den genannten Betriebsarten umgeschaltet.

Insbesondere zur Ausführung des Schichtbetriebs ist es erforderlich, daß ein Speicherkatalysator vorhanden is=, mit dem entstehenHe Stickoxide zw szhengespeichert werde-! können, um sie während eines nachfolgenden Homogenbetr-ebs zu reduzieren. Dieser Speicherkatalysator wird im Schichtbetrieb mit den Stickoxiden beladen und im Homogenbetrieb wieder entladen. Zur Steuerung und Überwachung is dem Katalysator eir NOx-Sensor nachgeordnet, der zur Messung von NOx-Emissionen des austretenden Abgases vorgesehen ist.

Aufgrund der Alterung des Katalysators oder aus sonstigen Gründen können Teile des Katalysators defekt werden.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben : eines Katalysators einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem ein Defekc des Katalysators erkannt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Katalysator nur teilweise beladen wird, daß eine erhöhte NOx-Emission vor oder in dem Katalysator erzeugt wird, und daß aus den danach gemessenen NOx-Emissionen auf die Funktionsfähigkeit des Katalysators geschlossen wird. Bei einem Steuergerät und einer Brennkraftmaschine der jeweils eingangs genannten Art wird die Aufgabe entsprechend gelöst.

Durch die nur teilweise Beladung des Katalysators kann dieser die vor oder in demselben erzeugte erhöhte NOx- Emission vermindern. Damit liegt am Ausgang des Katalysators eine geringere NOx-Emission vor als die anfangs erzeugte erhöhte NOx-Emission. Aus dieser Verminderung wird erfindungsgemäß auf die

Funktionsfähigkeit des Katalysators geschlossen. Liegt eine wesentliche Verminderung der anfänglichen erhöhten NOx- Emission vor, so kann zumindest insoweit auf eine ordnungsgemäße Funktion des Katalysators geschlossen werden.

Der Katalysator wird jedoch als defekt erkannt, wenn eine erhöhte NOx-Emission gemessen wird. In diesem Fall wurde die anfängliche erhöhte NOx-Emission von dem Katalysator nicht vermindert. Dies stellt eine nicht ordnungsgemäße Funktion desselben dar.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die erhöhte NOx-Emission vor oder in dem Katalysator durch ein Entladen desselben erzeugt. Durch das Umschalten zum Entladen entsteht eine erhöhte NOx-Emission. Da der Katalysator nicht vollständig beladen ist, entsteht diese <BR> <BR> <BR> erhöhte NOx-Emission"am Anfang"oder zumindest"im Innern" des Katalysators. Damit kann die erhöhte NOx-Emission bei intaktem Katalysator noch innerhalb desselben wieder vermindert werden. Am Ausgang des Katalysators wird dann keine oder nur noch eine sehr geringe NOx-Emission von dem NOx-Sensor gemessen, woraus auf eine ordnungsgemäße Funktion des Katalysators geschlossen werden kann.

Eben-alls ist es vorteilhaft, wenn die erhöhte NOx-Emission vor oder in dem Katalysator durch eine Absenkung der Lbgasrackführrate und/oder durch eine Frühverstellung des Zündzeitpunkts und/oder durch eine Absenkung des Kraftstoffdrucks erzeugt wird. Alternativ oder additiv kann die erhöhte NOx-Emission durch chemische NOx-Quellen erzeugt werden, bei denen z. B. Harnstoff oder Nitrat vor dem Katalysator eingebracht wird. Weiterhin kann die erhöhte NOx-Emission durch eine vor dem Katalysator angeordnete Zündkerze erzeugt werden.

Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Steuerelements, das für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorgesehenist.DabeiisaufdemSteuerelementein Programm abgespeicher_, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.

In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem Steuerelement abgespeichertes Programm realisiert, so daß dieses mit dem Programm versehene Steuerelement in gleicher Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet ist. Als Steuerelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung kommen, beispielsweise ein Read-Only-Memory oder ein Flash-Memory.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, Figur 2 zeigt ein schematisches Schaubild der NOx- Emissionen am Ausgang des Katalysators der Brennkraftmaschine der Figur 1, und

Figuren 3a und 3b zeigen schematische Schaubilder des Füllzustands und der NOx-Emissionen des Katalysators der Figur 1.

In der Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine l eines Kraftfahrzeugs dargestellt, bei der ein Kolben 2 in einem Zylinder 3 hin-und herbewegbar ist. Der Zylinder 3 ist mit einem Brennraum 4 versehen, der unter anderem durch den Kolben 2, ein Einlaßventil 5 und ein Auslaßventil 6 begrenzt ist. Mit dem Einlaßventil 5 ist ein Ansaugrohr 7 und mit dem Auslaßventil 6 ist ein Abgasrchr 8 gekoppelt.

Im Bereich des Einlaßventils 5 und des Auslaßventils 6 ragen ein Einspritzventil 9 und eine Zündkerze 10 in den Brennraum 4. Über das Einspritzventil 9 kann Kraftstoff in den Brennraum 4 eingespritzt werden. Mit der Zündkerze 10 kann der Kraftstoff in dem Brennraum 4 entzündet werden.

In dem Ansaugrohr 7 ist eine drehbare Drosselklappe 11 untergebracht, über die dem Ansaugrohr 7 Luft zuführbar ist. Die Menge der zugeführten Luft ist abhängig von der Winkelstellung der Drosselklappe 11. In dem Abgasrohr 8 ist ein Katalysator 12 untergebracht, der der Reinigung der durch die Verbrennung des Kraftstoffs entstehenden Abgase dient.

Bei dem Katalysator 12 handelt es sich um einen Speicherkatalysator, der mit einem Dreiwegekatalysator kombiniert ist. Der Katalysator 12 ist damit unter anderem dazu vorgesehen, Stickoxide (NOx) zwischenzuspeichern.

Der Katalysator 12 ist entsprechend der Figur 1 aus zwei Trägern 13 für die katalytische Beschichtung, sogenannten Bricks, aufgebaut. In dem dem Katalysator 12 unmittelbar nachgeordneten Abgasrohr ist ein NOx-Sensor 14 vorgesehen,

mit dem die NOx-Emissionen-n der. aus dem Katalysator 12 ausströmenden Abgas aemessen werden.

Ein Steuergerät 18 ist von Eingangssignalen 19 beaufschlagt, die mittels Sensoren gemessene Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 darstellen. Das Steuergerät 18 erzeugt Ausgangssignale 20, mit denen über Aktoren bzw.

Steller das Verhalten der Brennkraftmaschine 1 beeinflußt werden kann. Unter anderem ist das Steuergerät 18 dazu vorgesehen, die Betriebsgrößen der Brennkrartmaschine l zu steuern und/oder zu regeln. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 18 mit einem Mikroprozessor versehen, der in einem Speichermedium, insbesondere in einem Flash-Memory ein Programm abgespeichert ha, aas dazu geeignet ist, die genannte Steuerung und/oder Regelung durchzuführen.

In einer ersten Betriebsart, einem sogenannten Homogenbetrieb der Brennkrartmaschine l, wird die Drosselklappe 11 in Abhängigkeit von dem erwünschten Drehmoment teilweise geöffnet bzw. geschlossen. Der Kraftstoff wird von dem Einspritzventil 9 während einer durch den Kolben 2 hervorgerufenen Ansaugphase in den Brennraum 4 eingespritzt. Durch die gleichzeitig über die Drosselklappe 11 angesaugte Luft wird der eingespritzte Kraftstoff verwirbelt und damit in dem Brennraum 4 im wesentlichen gleichmäßig verteilt. Danach wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch während der Verdichtungsphase verdichtet, um dann von der Zündkerze 10 entzündet zu werden. Durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs wird der Kolben 2 angetrieben. Das entstehende Drehmoment hängt im Homogenbetrieb unter anderem von der Stellung der Drosselklappe 11 ab. Im Hinblick auf eine geringe Schadstoffentwicklung wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch möglichst auf Lambda gleich Eins eingestellt.

In einer zweiten Betriebsart, einem sogenannten

Schichtbetrieb der Brennkrafcmaschine l, wird die Drosselklappe 11 weit geöffnet. Der Kraftstoff wird von dem Einspritzventil 9 während einer durch den Kolben 2 hervorgerufenen Verdichtungsphase in den Brennraum 4 eingespritzt, und zwar örtlich in die unmittelbare Umgebung der Zündkerze 10 sowie zeitlich in geeignetem Abstand vor dem Zündzeitpunkt. Dann wird mit Hilfe der Zündkerze 10 der Kraftstoff entzündet, so åa. i3 der Kolben 2 in der nunmehr folgenden Arbeitsphase durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs angetrieben wird. Das entstehende Drehmoment hängt im Schichtbetrieb weitgehend von der eingespritzten Kraftstoffmasse ab. Im wesentlichen ist der Schichtbetrieb für den Leerlaufbetrieb und den Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine l vorgesehen.

Der Speicherkatalysator des Katalysators 12 wird während des Schichtbetriebs mit Stickoxiden beladen. In einem nachfolgenden Homogenbetrieb wird der Speicherkatalysator wieder entladen und die Stickoxide werden von dem Dreiwegekatalysator reduziert. Der Speicherkatalysator nimmt während seiner fortlaufenden Be-und Entladung mit Stickoxiden mit der Zeit Schwefel auf. Dies führt zu einer Einschränkung der Speicherfähigkeit des Katalysators, die nachfolgend als Alterung bezeichnet wird.

In der Figur 2 sind die NOx-Jmissionen über der Zeit aufgetragen, wie sie beispielsweise von dem NOx-Sensor 14 am Ausgang des Katalysators-2 gemessen werden. m-e NOx- Emissionen nehmen mit zunehmender Beladung des Speicherkatalysators ebenfalls zu. Bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellwerts, bei dem der Speicherkatalysatcr voll beladen ist, wird die Betriebsart der Brennkraftmaschine 1 umgeschaltet und der Speicherkatalysator wird, wie bereits erwähnt wurde, z. B. im Homogenbetrieb wieder entladen.

Unmittelbar nach dem umschalten der Brennkraftmaschine 1 in den Homogenbetrieb tri_t eine erhöhte NOx-Emiss or. auf.

Dies ist in der Figur 2 met demBezugszeichen15 gekennzeichnet. Diese erhöhte NOx-Emission 15 entsteht dadurch, daß einerseits der Speicherkatalysatcr aufgrund des Homogenbetriebs die gespeicherten Stickoxide wieder abgibt, daß andererseits der Dreiwegekatalystcr noch nicht in der Lage ist, die abgegebenen Stickoxide zu Stickstoff und Sauerstoff zu konvertieren. Damit strömen die Stickoxide unverändert aus dem Katalysator 12 heraus und erzeugen die genannte erhöhte NOx-Emission 15.

In der Figur 3a ist ne Kurve 16 des Füllungszuscand des Katalysators 12 über dem Weg aufgetragen, den das Abgas in dem Katalysator 12 durch die beiden Träger 13 hindurch zurücklegt. Aus der Kurve 16 des Füllungszustands-st zu entnehmen, daß im wesentlichen nur der in Abgasrichtung erste der beiden Träger 13 des Katalysators 12 mit Stickoxiden teilweise beladen ist, während der zweite Träger 13 entladen ist.

Wenn der Katalysator 12 einen Zustand aufweist, der der Kurve 16 des Füllungszustands der Figur 3a entspricht, wird von dem Steuergerät 15 ein Übergang in den Homogenbetrieb durchgeführt. Es wird also von dem Steuergerät 18 ein Entladen des Speicherkatalysators veranlaßt, obwohl derselbe gemäß der Kurve 16 noch gar nicht voll beladen ist.

Bei voll beladenem Speicherkatalysator hätte die Umschaltung zur Folge, daß eine erhöhte NOx-Emi ssi3n am Ausgang des Katalysators i2 gemessen werden würde, wie dies in der Figur 2 dargestellt ist. Da jedoch der Speicherkatalysator entsprechend der Figur 3a nicht voll beladen ist, entsteht diese erhöhte NOx-Emission r_cht am Ausgang des Katalysators 12, sondern im wesentlichen nur

"am Anfang"bzw."im Innern"des Katalysators 12. Dies ergibt sich daraus, daß der Speicherkatalysator gemäß der Figur 3a nur"am Anang"stark beladen ist.

In der Figur 3b sind die erhöhten NOx-Emissioner. einerseits über dem Weg aufgetragen, den das Abgas in dem Katalysator 12 zurücklegt, sowie andererseits über der Zeit, den die erhöhten NOx-Emissionen benötigen, um den Weg durch den Katalysator 12 zurückzulegen.

Wie der Figur 3b zu entnehmen ist, und wie bereits erwähnt wurde, ist die erhöhteNOx-Emission"amAnfang"des Katalysa=ors-2 relativ gro$. Diese große erhöh. e NCx- Emission durchläuft den Katalysator i2 in Richtung zu seinem Ausgang. Auf diesem Weg wird die erhöhte NOx- Emission von dem Dreiwegekatalysator zumindest teilweise in Stickstoff und Sauerstoff konvertiert. Dies führt dazu, daß mit der Zeit und entlang des Abgaswegs die anfangs relativ große erhöhte NOx-Emission langsam geringer wird. Dies ist in der Figur 3b anhand der aufeinanderfolgenden, immer kleiner werdenden erhöhten NOx-Emissionen 17 dargestellt.

Am Ausgang des Katalysators 12, der in den Figuren 3a und 3b durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, verläßt somit eine relativ kleine erhöhe NOx-Emission den <BR> <BR> <BR> <BR> Katalysator 12. Diese relativ kleine erhöhte NOx-Emission geht bei einer entsprechenden Wahl der Kurve-6 des Füllungszustan : s nahezu gegen Null.

Wenn beide Träger 13 des Katalysators 12 in Ordnung sind, so wird, wie beschrieben, von dem NOx-Sensor 14 am Ausgang des Katalysators 12 keine oder zumindest nahezu keine erhöhte NOx-Emission mehr gemessen. Daraus kann das Steuergerät 18 auf die ordnungsgemäße Funktion beider Träger 13 des Katalysators 12 schließen.

Ist jedoch der in Abgasrichung erste Träger 13 des Katalysators 12 defekt, der zweite Träger 13 aber in Ordnung, so entsteht die erhohte NOx-_mission ersX am Anfang"des zweiten Trägers 13 und kann dann innerhalb des zweiten Trägers 13 nicht mehr vollständig gegen Null reduziert werden. Es wird in diesem Fall somit am Ausgang des Katalysators 12 eine erhöhte NOx-Emission von dem NOx- Sensor 14 gemessen, aus der das Steuergerät 18 auf den Defekt zumindest eines der beiden Träger 13 des Katalysators 12 schließer kann.

Entsprechendes gilt, wenn der erste Träger 13 zwar in Ordnung, jedoch der zweite Träger 13 defekt ist. In diesem Fall entsteht die erhöhte Nx-Em-ssion zwar''am knfang"des ersten Trägers 13, kann aber ohne den zweiter Träger 13 nicht vollständig gegen Nul'reduziert werden. Es wird in diesem Fall somit am Ausgang des Katalysators zu eine erhöhte NOx-Emission von dem NOx-Sensor 14 gemessen, aus der das Steuergerät 18 auf den Defekt zumindest eines der beiden Träger 13 des Katalysators 12 schließen kann.

Sind beide Träger 13 des Katalysators 12 defekt, so kann von dem NOx-Sensor 14 nichts gemessen werden, da in dem Speicherkatalysator kein Stickoxid eingespeichert war und damit auch keine erhöhte NOx-Emission entstehen kann.

Dieser Fall kann von dem zuerst erläuterten Fall, bei dem beide Träger 13 des Katalysators 12 in Ordnung sind, zumindest insoweit nicht unterschieden werden. Fur diese Unterscheidung sind andere Verfahren anzuwenden, die hier nicht beschrieben sind.

Wird somit, ausgehend von einem Füllungszustand gemäß der Figur 3a und nach einem Umschalten in den Homogenbetrieb, eine erhöhte NOx-Emission von dem NOx-Sensor 14 gemessen, so kann daraus von dem Steuergerät 18 auf einen Defekt zumindest eines Trägers 13 des Katalysators 12 geschlossen

werden.

Zur Erkennung der erhöhten NCx-Emission kann von dem Steuergerät 18 der Maximalwert der von dem NOx-Sensor 14 <BR> <BR> <BR> gemessenen NOx-Emissionen un/oder die Fläche un-er diesen<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> N^x-Emissionen und/oder vorhandene Zeilkonstanten dieser<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> NOx-Emissionen oder dergleichen herangezogen werden.

Es versieht sich, daß das vorstehend beschriebene Verfahren auch auf einen Katalysator 12 angewendet werden kann, der nur einen einzigen Träger 13 ur die katalytische Beschichtung aufweist. In diesem Fall kann aufgrund einer erhöhten NOx-Emission auf einen Defekt zumindest eines Teils dieses Katalysators 12 geschlossen werden.

Bei dem beschriebenen Verfahren wird die erhöhte NOx- Emission 15 der Figur 2 durch ein Umschalten in den Homogenbetrieb erzeugt. Es ist ebenfalls möglich, eine erhöhte NOx-Emission auch andersartig zu erzeugen. So kann eine erhöhte NOx-Emission durch ein Absenken der Abgasrückführrate und/oder durch eine Frühverstellung des Zündzeitpunkts und/oder durch eine Absenkung des <BR> <BR> <BR> Kraftstoffdrucks erzeugt werden. Ebenfalls kann eine<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> erhöhte NOx-Emission durch chemische NOx-Quellen erzeuet werden, bei denen z. B. Harnstoff oder Nitrat vor dem Katalysator 12 eingebracht wird. Ebenfalls kann eine erhöhte NOx-Emission dadurch erzeugt werden, daß eine vor dem Katalysator 12 angeordnete Zündkerze entsprechend angesteuert wird.