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Title:
METHOD FOR OPERATING A NITROGEN OXIDE STORAGE-TYPE CATALYTIC CONVERTER OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, PARTICULARLY OF A MOTOR VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/022952
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating a nitrogen oxide storage-type catalytic converter of an internal combustion engine, particularly of a motor vehicle, according to which nitrogen oxides produced by the internal combustion engine are stored for a specified storage time inside the storage-type catalytic converter during a lean phase that is denoted as a storage phase, and once the storage time elapses, a discharge phase is switched to at a specified switch-over instant for a specified discharge time. The switch-over instant in the storage phase is, each time with regard to the storage time, determined according to a nitrogen oxide leakage serving as the difference between the nitrogen oxide mass flow flowing into the storage-type catalytic converter and the nitrogen oxide mass flow flowing out of the nitrogen oxide storage-type catalytic converter. According to the invention, a relative nitrogen oxide leakage is determined in order to establish the switch-over instant from the storage phase to the discharge phase, whereby the nitrogen oxide mass flow upstream from the storage-type catalytic converter and the nitrogen oxide mass flow downstream from the storage-type catalytic converter are integrated each time over the duration of a lean phase, and the quotient of the integral values are relatively correlated with a predeterminable nitrogen oxide degree of conversion, which can be derived from an exhaust gas limit value, whereby in the existence of this predetermined switch-over condition, the switch-over from the storage phase to the discharge phase is effected at the switch-over instant.

Inventors:
ODENDALL BODO (DE)
Application Number:
PCT/EP2003/009845
Publication Date:
March 18, 2004
Filing Date:
September 05, 2003
Export Citation:
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Assignee:
AUDI AG (DE)
ODENDALL BODO (DE)
International Classes:
F01N3/08; F01N11/00; F02D41/02; F01N9/00; F02D41/14; (IPC1-7): F02D41/02; F01N3/08; F01N11/00
Domestic Patent References:
WO2002014658A12002-02-21
Foreign References:
DE10003612A12001-08-02
EP1167712A12002-01-02
EP0997617A12000-05-03
EP1061245A22000-12-20
EP1193376A22002-04-03
Attorney, Agent or Firm:
Mader, Wilfried (Patentabteilung N/EK-7 Postfach 1144, Neckarsulm, DE)
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Claims:
Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines StickoxidSpeicherkatalysators einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeuges, bei dem von der Brennkraftmaschine erzeugte Stickoxide in einer ersten Betriebsphase (Magerphase) als Einspeicherphase für eine bestimmte Einspeicherzeit in den StickoxidSpeicherkatalysator eingespeichert wer den, und bei dem nach Ablauf der Einspeicherzeit zu einem bestimmten Umschalt zeitpunkt für eine bestimmte Entladezeit auf eine zweite Betriebsphase als Entladungsphase umgeschalten wird, in der die während der Einspei cherzeit eingespeicherten Stickoxide aus dem StickoxidSpeicherkataly sator ausgespeichert werden, wobei der Umschaltzeitpunkt in der Einspeicherphase in Abhängigkeit von einem StickoxidSchlupf als Differenz zwischen dem in den Stickoxid Speicherkatalysator eingeströmten StickoxidMassenstrom und dem aus dem StickoxidSpeicherkatalysator ausgeströmten StickoxidMassenstrom jeweils bezogen auf die Einspeicherzeit ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung des Umschaltzeitpunktes von der Einspeicherphase auf die Entladephase ein relativer StickoxidSchlupf ermittelt wird derge stalt, dass der StickoxidMassenstrom vor dem StickoxidSpeicherkatalysator und der StickoxidMassenstrom nach dem StickoxidSpeicherkatalysator jeweils über den Zeitraum einer Magerphase aufintegriert werden und der Quotient der Integralwerte in eine Relativbeziehung mit einem vorgebba ren, von einem Abgasgrenzwert abgeleiteten StickoxidKonvertierungs grad gebracht werden dergestalt, dass beim Vorliegen dieser vorgegebe nen Umschaltbedingung das Umschalten von der Einspeicherphase auf die Entladephase zum hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Einspeicher potential optimierten Umschaltzeitpunkt durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der relative Schlupf der Quotient aus dem Integral über den Stick oxidMassenstrom nach dem StickoxidSpeicherkatalysator und aus dem Integral über den StickoxidMassenstrom vor dem StickoxidSpeicherka talysator ist, und dass dieser Quotient zur Ermittlung der Umschaltbedingung gleich einem vorgebbaren Umschaltschwellwert K gesetzt wird, der auf den vorgebba ren StickoxidKonvertierungsgrad zurückgeht, so dass beim Erfüllen die ser Umschaltbedingung ein Umschalten von der Einspeicherphase am Ende der somit ermittelten Einspeicherzeit auf die Entladungsphase er folgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalt schwellwert K folgender Gleichung genügt : K = 1vorgegebene Stickoxidkonvertierungsrate mit einer vorgegebenen StickoxidKonvertierungsrate von kleiner 1, vor zugsweise mit einer vorgegebenen StickoxidKonvertierungsrate von we nigstens 0,80, höchst bevorzugt von 0,95.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der StickoxidMassenstrom vor dem StickoxidSpeicherkatalysator modelliert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der StickoxidMassenstrom nach dem StickoxidSpeicherkatalysator mittels einem StickoxidSensor gemessen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein mittels dem StickoxidSensor nach dem StickoxidSpeicherkatalysator gemesse nes StickoxidMassenstromsignal einer Steuerund Regeleinrichtung zu geführt wird, in der der nach dem StickoxidSpeicherkatalysator gemes sene StickoxidMassenstrom über die Zeit aufintegriert wird und der so ermittelte Integralwert zusammen mit dem Integralwert des Stickoxid Massenstroms vor dem StickoxidSpeicherkatalysator in eine Beziehung mit dem vorgebbaren StickoxidKonvertierungsgrad gebracht wird zur Er mittlung des Umschaltzeitpunktes, wobei die Steuerund Regeleinrich tung bei Vorliegen der Umschaltbedingung ein Steuersignal abgibt zum Umschalten des StickoxidSpeicherkatalysators von der Einspeicher phase auf die Entladephase.
7. Steuerund Regeleinrichtung insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die die Einspeicherung von der Brennkraftmaschine erzeugter Stickoxide in einer ersten Betriebspha se (Magerphase) als Einspeicherphase für eine bestimmte Einspeicher zeit in den StickoxidSpeicherkatalysator steuert, und die nach Ablauf der Einspeicherzeit zu einem bestimmten Umschaltzeit punkt für eine bestimmte Entladezeit den StickoxidSpeicherkatalysator auf eine zweite Betriebsphase als Entladungsphase umschaltet zur Aus speicherung der während der Einspeicherzeit eingespeicherten Stickoxide aus dem StickoxidSpeicherkatalysator, wobei die Steuerund Regelein richtung den Umschaltzeitpunkt in der Einspeicherphase in Abhängigkeit von einem StickoxidSchlupf als Differenz zwischen dem in den Stickoxid Speicherkatalysator eingeströmten StickoxidMassenstrom und dem aus dem StickoxidSpeicherkatalysator ausgeströmten StickoxidMassenstrom jeweils bezogen auf die Einspeicherzeit ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerund Regeleinrichtung ein mittels einem Sensor, vor zugsweise einem StickoxidSensor nach einem StickoxidSpeicherkataly sator gemessenes StickoxidMassenstromsignal zuführbar ist zur Aufin tegration des nach dem StickoxidSpeicherkatalysator gemessenen Stick oxidMassenstroms über die Zeit, und, dass der Quotient der Integralwerte des StickoxidMassenstroms vor und nach dem StickoxidSpeicherkatalysator von der Steuerund Regelein richtung in eine Relativbeziehung mit einem vorgebbaren, von einem Ab gasgrenzwert abgeleiteten StickoxidKonvertierungsgrad bringbar ist zur Ermittlung des hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Einspeicherpotential optimierten Umschaltzeitpunktes, wobei die Steuerund Regeleinrichtung bei Vorliegen dieser vorgegebenen Umschaltbedingung ein Steuersignal abgibt zum Umschalten des StickoxidSpeicherkatalysators von der Ein speicherphase auf die Entladephase.
Description:
Beschreibung Verfahren zum Betreiben eines Stickoxid-Speicherkatalysators einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeuges Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Stickoxid-Speicher- katalysators einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

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 mit Luft befüllt wird. Dadurch kann der Motor entdrosselt gefahren werden, was zu re- duzierten Ladungswechseln führt. Zusätzlich profitiert der Benzin-Direktein- spritzer von den reduzierten Wärmeverlusten, da die Luftschichten um die Ge- mischwolke herum zum Zylinder und zum Zylinderkopf hin isolieren. Da her- kömmliche Brennkraftmaschinen, die nach dem Saugrohrprinzip arbeiten bei einem derartigen hohen Luftüberschuss, wie er bei der Benzin-Direkteinsprit- zung vorliegt, nicht mehr zündfähig sind, wird bei diesem Schichtlademodus das Kraftstoff-Gemisch um die zentral im Brennraum positionierte Zündkerze konzentriert, während sich in den Randbereichen des Brennraums reine Luft

befindet. 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 je- weils 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-Kat nicht reduziert werden können. Um die Stickoxid-Emis- sionen im Rahmen vorgeschriebener Grenzen, z. B. des Euro-IV-Grenzwertes zu halten, werden in Verbindung mit derartigen Brennkraftmaschinen regelmä- ßig Stickoxid-Speicherkatalysatoren eingesetzt. Diese Stickoxid-Speicherkata- lysatoren werden so betrieben, dass die von der Brennkraftmaschine erzeug- ten Stickoxide in einer ersten Betriebsphase als Magerbetriebsphase in den Stickoxid-Speicherkatalysator eingespeichert werden. Diese erste Betriebs- phase oder Magerbetriebsphase des Stickoxid-Speicherkatalysators wird auch als Einspeicherphase bezeichnet. Mit zunehmender Dauer der Einspeicher- phase nimmt der Wirkungsgrad des Stickoxid-Speicherkatalysators ab, was zu einem Anstieg der Stickoxid-Emissionen hinter dem Stickoxid-Speicherkataly- sator führt. Die Ursache für die Abnahme des Wirkungsgrades liegt in der Zu- nahme des Stickoxid-Füllstandes des Stickoxid-Speicherkatalysators. Der An- stieg der Stickoxid-Emissionen hinter dem Stickoxid-Speicherkatalysator kann überwacht und nach Überschreiten eines vorgebbaren Schwellenwertes eine

zweite Betriebsphase des Stickoxid-Speicherkatalysators, eine sogenannte Ausspeicherphase oder Entladephase, eingeleitet werden. Während dieser zweiten Betriebsphase wird dem Abgas der Brennkraftmaschine ein Redukti- onsmittel 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.

Zur Ermittlung eines Gütefaktors zur Bewertung der Speicherfähigkeit eines Stickoxid-Speicherkatalysators ist aus der WO 02/14658A1 ein Verfahren be- kannt, bei dem während einer Einspeicherphase ein Stickoxid-Rohmassen- strom vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator und ein Stickoxid-Massenstrom hinter dem Stickoxid-Speicherkatalysator ermittelt wird und der Zustand des Stickoxid-Speicherkatalysators aus den beiden ermittelten Werten für den Stickoxid-Rohmassenstrom vor und den Stickoxid-Massenstrom hinter dem Stickoxid-Speicherkatalysator bestimmt wird. Dazu werden die beiden ermit- telten Werte für den Stickoxid-Rohmassenstrom vor und für den Stickoxid- Massenstrom hinter dem Stickoxid-Speicherkatalysator jeweils über eine vor- gegebene Zeitdauer aufintegriert und der Zustand des Stickoxid-Speicherka- talysators durch den Quotienten aus den aufintegrierten Werten für den Stick-

oxid-Rohmassenstrom vor und den Stickoxid-Massenstrom hinter dem Stick- oxid-Speicherkatalysator bestimmt. Hierdurch wird somit der Gütefaktor erhal- ten, der eine Aussage über die Speicherfähigkeit des Stickoxid-Speicherkata- lysators ermöglicht, und zwar im Hinblick auf eine Katalysatoralterung durch eine Schwefelvergiftung bzw. eine thermische Schädigung oder ein alterung- bedingtes Nachlassen der Speicherfähigkeit. 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 optimieren. Denn der in den Kraftstoffen enthaltene Schwefel führt zu einer Speicherkatalysator-Vergiftung, d. h. zu einer dauerhaften Einlagerung des Schwefels im Speicherkatalysator, die die Speicherkapazität für die Stickoxide reduziert. Im Stickoxid-Speicherkatalysa- tor werden die Stickoxide in Form von Nitraten eingelagert, während der Schwefel in Form von Sulfaten eingelagert wird. Da die Sulfate chemisch sta- biler als die Nitrate sind, ist ein Sulfatzerfall bei der Stickoxid-Regeneration nicht möglich. Erst bei Katalysatortemperaturen oberhalb 650° C kann unter reduzierenden Bedingungen ein Schwefelaustrag erzielt werden. Derartige hohe Katalysator-Temperaturen werden insbesondere im Stadtverkehr jedoch regelmäßig nicht erreicht, so dass es vor allem im Stadtverkehr zu einer schlei- chenden Anlagerung von Schwefel im Stickoxid-Speicherkatalysator kommt, der zur Alterung des Stickoxid-Speicherkatalysators führt. Diese Alterung muss daher bei der Auslegung und beim Betreiben eines Stickoxid-Speicherkata- lysators stets berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass die Katalysator- alterung über die vorgesehene Lebensdauer des Katalysators zur Einhaltung der vorgegebenen Abgasgrenzwerte im Hinblick auf die Stickoxidemissionen bei einem gealterten Stickoxid-Speicherkatalysator führt. Hierzu ist ein gat- tungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Stickoxid-Speicherkatalysators einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bereits allgemein bekannt, bei dem von der Brennkraftmaschine erzeugte Stickoxide in einer ersten Betriebs- phase (Magerphase) als Einspeicherphase für eine bestimmte Einspeicherzeit in den Stickoxid-Speicherkatalysator eingespeichert werden, und bei dem nach

Ablauf der Einspeicherzeit zu einem bestimmten Umschaltzeitpunkt für eine bestimmte Entladezeit auf eine zweite Betriebsphase als Entladungsphase um- geschalten wird, in der die während der Einspeicherzeit eingespeicherten Stickoxide aus dem Stickoxid-Speicherkatalysator ausgespeichert werden. Der Umschaltzeitpunkt in der Einspeicherphase wird in Abhängigkeit von einem Stickoxid-Schlupf als Differenz zwischen dem in den Stickoxid-Speicherkata- lysator eingeströmten Stickoxid-Massenstrom und dem aus dem Stickoxid- Speicherkatalysator ausgeströmten Stickoxid-Massenstrom jeweils bezogen auf die Einspeicherzeit ermittelt.

Konkret ist hier, um den vorgegebenen Abgasgrenzwert über die gesamte Le- bensdauer eines Stickoxid-Speicherkatalysators einhalten zu können, bei einer derartigen Betriebsweise die Anzahl der Entladungen so an die pro Be-und Entladezyklus ausgespeicherte Stickoxidmenge anzupassen, dass bei einer gegenüber einem neuen Stickoxid-Speicherkatalysator verringerten Speicher- fähigkeit eines gealterten Stickoxid-Speicherkatalysators die während der Ab- gastest-Zeitspanne abgegebene Stickoxidmenge den vorgegebenen Abgas- grenzwert nicht überschreitet. Diese pro Beladezyklus vorgegebene Stickoxid- Abgabemenge für einen gealterten Speicherkatalysator ist eine absolute Grö- ße und stellt den absoluten Stickoxid-Schlupf dar, d. h. dass sobald der Spei- cherkatalysator mit dieser Stickoxidmenge beladen ist, eine Entladung statt- findet. Dieser absolute Stickoxid-Schlupf als feststehender Wert gilt sowohl für den neuen als auch für den gealterten Stickoxid-Speicherkatalysator.

Da pro Entladung ein fettes Gemisch von Lambda größer 1 benötigt wird, steigt mit der zunehmenden Zahl der Entladungen im Laufe des Alterns eines Speicherkatalysators auch der Kraftstoffverbrauch gegenüber demjenigen eines neuen Speicherkatalysators.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betrieb eines Stickoxid- Speicherkatalysators zur Verfügung zu stellen, mit dem der Kraftstoffverbrauch insbesondere für neue Speicherkatalysatoren reduziert werden kann.

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 ein relativer Stickoxid-Schlupf ermittelt dergestalt, dass der Stickoxid-Massenstrom vor dem Stickoxid-Speicherkataly- sator und der Stickoxid-Massenstrom nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator jeweils über den Zeitraum einer Magerphase aufintegriert werden und der Quotient der Integralwerte in eine Relativbeziehung mit einem vorgebbaren, von einem Abgasgrenzwert ableitbaren Stickoxid-Konvertierungsgrad gebracht werden dergestalt, dass beim Vorliegen dieser vorgegebenen Umschaltbedin- gung das Umschalten von der Einspeicherphase auf die Entladephase zum hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Einspeicherpotential optimierten Umschalt- zeitpunkt durchgeführt wird.

Vorteilhaft wird hier somit als Bezugsgröße für das Umschalten auf die in eine Relativbeziehung 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 unabhängig vom Alterungszu- stand des Katalysators sind und des weiteren das Abgasergebnis auch unab- hängig von der Anzahl der Entladungen pro Zeiteinheit ist. Mit einer derartigen Betriebsweise kann vorteilhaft die jeweils im Katalysator vorhandene Einspei- cherungskapazität voll ausgenützt werden, was sich beim neuen bzw. neueren Katalysator in einem gegenüber einem gealterten Speicherkatalysator einem reduzierten Kraftstoffverbrauch niederschlägt, da der neue bzw. neuere Kata- lysator weniger oft entladen werden braucht als ein gealterter 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 erfindungsgemäßen Betriebsweise nur die Anzahl der Entladungen, wobei diese jedoch unabhän- gig vom Abgasergebnis als solchem sind. Denn mit der erfindungsgemäßen Betriebsweise 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-Spei- cherkatalysator hier in Bezug zu dem für die Einhaltung eines Abgasgrenz- wertes erforderlichen Konvertierungsgrad gesetzt werden. Im Gegensatz zur Betriebsweise gemäß dem Stand der Technik braucht aufgrund der Ausnut- zung des vollen Einspeicherpotentials ein neuer Speicherkatalysator auf eine bestimmte Zeitdauer gesehen weniger oft entladen werden als dies beim neuen Speicherkatalysator gemäß dem Stand der Technik der Fall ist, bei dem das Einspeicherpotential eines neuen Speicherkatalysators nicht voll ausge- nutzt 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 abso- lute Stickoxid-Schlupf erreicht ist, und dies obwohl hier der neue Stickoxid- Speicherkatalysator noch weiter Stickoxide einlagern könnte. Im Gegensatz dazu wird bei der erfindungsgemäßen Betriebsweise durch die Relativbezie- hung stets das gesamte momentane Einspeicherpotential ausgenutzt, so dass gegenüber der Betriebsweise beim Stand der Technik insbesondere bezogen auf einen neuen bzw. neueren Speicherkatalysator eine erhebliche Kraftstoff- einsparung erzielt wird. Denn bei der Betriebsweise gemäß dem Stand der Technik wird, da beim neuen bzw. neueren Speicherkatalysator die Entladung bereits früher als erforderlich eingeleitet wird, auch ein fettes Gemisch früher als nötig zugegeben.

Gemäß einer besonders bevorzugten Verfahrensführung ist nach Anspruch 2 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 3 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 4 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 5 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-Rohemis- sionsmodell entnommen werden. In den Modellen wird z. B. aus dem Betriebs- punkt der Brennkraftmaschine beschreibenden Parametern, z. B. der zuge-

führten Kraftstoffmasse oder Luftmasse, dem Drehmoment, etc., der Stickoxid- Rohmassenstrom modelliert. Ebenso kann der modellierte Stickoxid-Rohmas- senstrom aber auch einer Kennlinie oder einem Kennfeld entnommen werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 6 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 er- findungsgemäßen Betriebsweise benützt werden können.

Die Steuer-und Regeleinrichtung wird gemäß Anspruch 7 separat bean- sprucht. Die sich hierdurch ergebenden Vorteile wurden bereits in Verbindung mit der Verfahrensführung näher erläutert, so dass hier nicht mehr näher dar- auf eingegangen wird.

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 einen 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, und Fig. 5 eine schematische Darstellung der Stickoxidmenge über der Zeit für eine Betriebsweise gemäß dem Stand der Technik.

In Fig. 5 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 schema- tisch 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 die während dieser Zeitspanne erforderlich 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 der erfin- dungsgemäßen Verfahrensweise schematisch und beispielhaft jeweils die Stickoxidmenge über der Zeit aufgetragen, wobei die Stickoxidmenge aufsum- miert dargestellt ist. Ausgehend von einer lediglich zur einfacheren Veran- schaulichung angenommenen konstanten Anlieferung einer konstanten Stick- oxidmenge 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 Speicherkapazi- tät vorhanden, d. h., es hat noch z. B. keine Vergiftung durch Schwefel statt- gefunden, so dass für eine Einspeicherzeit t1 so lange Stickoxide in den Stick- oxid-Speicherkatalysator eingelagert werden, bis der Quotient aus dem Integ- ral über den Stickoxid-Massenstrom nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator und aus dem Integral über den Stickoxid-Massenstrom vor dem Stickoxid- Speicherkatalysator gleich einem vorgegebenen, von einem Abgasgrenzwert abgeleiteten Umschaltschwellwert K ist, der auf einen vorgegebenen, von einem Abgasgrenzwert abgeleiteten Stickoxid-Konvertierungsgrad zurückgeht,

so dass beim Erfüllen dieser Umschaltbedingung nach Ablauf der Einspeicher- zeit 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 ti 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 X1-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-Speicherka- talysator 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 die erfindungs- gemäße Verfahrensweise erreicht, dass der Abgasgrenzwert stets eingehalten wird, da die Anzahl der Entladungen zwar mit zunehmender Alterung des Ka- talysators ansteigt, diese jedoch keinerlei Einfluss auf die Abgasmengen als solche hat, da die Anzahl der Entladungen zu jedem Alterungszeitpunkt so op- timal an die erforderliche Konvertierungsrate und damit den vorgegebenen Ab- gasgrenzwert angepasst wird, dass dieser Abgasgrenzwert und damit die er- forderliche Konvertierungsrate pro Abgasgrenzwert-Zeitspanne nicht über- schritten wird. So entspricht die in der Fig. 3 auf der oberen Abszisse pro Ent- ladevorgang abgegebene und schraffiert dargestellte Abgasmenge als Summe der Abgasmengen A1, A2, A3, A4 und A5, wobei hier für den Sonderfall Kons- tantbetriebspunkt der Brennkraftmaschine Ai = A2 = A3 = A4 = A5 ist, genau der auf der unteren Abszisse dargestellten Abgasmenge als Summe der Flächen ai bis alto, wobei auch hier für den Sonderfall Konstantbetriebspunkt der Brenn- kraftmaschine al = a2 = a3 =... = alo ist. Zudem ist hier die Summe der Flä- chenintegrale der Nach-Katemissionen beim neuen und beim gealterten Spei- cherkatalysator 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 der erfindungsgemäßen Verfahrensweise zeigt sich auch im in der Fig. 4 dargestellten Diagramm des Kraftstoffverbrauchs über den Emissionen.

In diesem Diagramm ist einmal die Betriebslinie als Applikationslinie Bneu für einen neuen Stickoxid-Speicherkatalysator und eine Betriebslinie als Applikati- onslinie Balt für einen gealterten Stickoxid-Speicherkatalysator dargestellt. Die- ses Diagramm zeigt, dass bei der erfindungsgemäßen Verfahrensführung der Stickoxid-Speicherkatalysator, wie dies in der Fig. 4 durch Bezugszeichen 1 gezeigt ist, mit niedrigem Verbrauch ohne ein Vorhalten der Katalysatoralte- rung, wie dies bei der Verfahrensführung gemäß dem gattungsgemäßen Stand der Technik der Fall ist und dies in der Fig. 4 mit 1'und strichliert eingezeich- net ist, möglich ist, so dass im Verlauf der Katalysatoralterung durch die ge- steigerte 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 der erfindungsgemäßen Betriebsweise eine stets optimierte Betriebsweise möglich ist, ohne dass ein unnötiges Vorhalten beim neuen Speicherkatalysator stattfindet.