Um den Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen mit ottomoto- rischem Antrieb weiter zu reduzieren, kommen immer häufiger Brennkraftmaschinen zum Einsatz, die mit magerem Gemisch be- trieben werden. Dabei wird zwischen zwei grundlegenden Be- triebsarten unterschieden. Im unteren Lastbereich wird die Brennkraftmaschine mit einer stark geschichteten Zylinderla- dung und hohem Luftüberschuß betrieben (Schichtladebetrieb).

Dies wird durch eine späte Einspritzung kurz vor dem Zünd- zeitpunkt erreicht. Die Brennkraftmaschine wird dabei unter Vermeidung von Drosselverlusten weitgehend ungedrosselt be- trieben. Zur Absenkung der NOx-Rohemission wird eine hohe Ab- gasrückführrate angestrebt.

Im oberen Lastbereich wird die Brennkraftmaschine mit homoge- ner Zylinderladung betrieben. Die Einspritzung erfolgt be- reits während des Ansaugvorganges, um eine gute Durchmischung von Kraftstoff und Luft zu erhalten. Die angesaugte Luftmasse wird entsprechend dem Drehmomentwunsch des Fahrers über eine Drosselklappe eingestellt. Die benötigte Einspritzmenge wird aus der Luftmasse und der Drehzahl berechnet und über die Lambdaregelung korrigiert.

Zur Erfüllung der geforderten Abgasemissionsgrenzwerte ist bei solchen Brennkraftmaschinen eine spezielle Abgasnachbe- handlung notwendig. Dazu werden NOx-Speicherkatalysatoren verwendet. Diese NOx-Speicherkatalysatoren sind aufgrund ih- rer Beschichtung in der Lage, während einer Speicherphase, auch als Beladungsphase bezeichnet, NOx-Verbindungen aus dem

Abgas zu adsorbieren, die bei magerer Verbrennung entstehen.

Während einer Regenerationsphase werden die adsorbierten bzw. gespeicherten NOx-Verbindungen unter Zugabe eines Reduktions- mittels in unschädliche Verbindungen umgewandelt. Als Reduk- tionsmittel für magerbetriebene Otto-Brennkraftmaschinen kön- nen CO, H2 und HC (Kohlenwasserstoffe) verwendet werden. Die- se werden durch kurzzeitigen Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem fetten Gemisch erzeugt und dem NOx- Speicherkatalysator als Abgaskomponenten zur Verfügung ge- stellt, wodurch die gespeicherten NOx-Verbindungen im Kataly- sator abgebaut werden.

Der Speicherwirkungsgrad eines solchen NOx- Speicherkatalysators hängt von zahlreichen, in der Literatur beschriebenen Einflußgrößen ab. Eine primäre Einflußgröße stellt der Katalysatorbeladungsgrad dar. Mit zunehmender Dau- er der Magerphase und daraus resultierenden Speicherung von NOx nimmt der Speicherwirkungsgrad kontinuierlich ab, so daß unter Berücksichtigung der Abgasgrenzwerte oder weiterer Be- triebsbedingungen eine Umschaltung in den Fett-d. h. in den Regenerationsbetrieb notwendig wird.

Die Beladung des NOx-Speicherkatalysators erfolgt vorzugswei- se bis zu einer festgelegten Beladungsmenge. Diese Menge kann aus der NOx-Rohemission im Rohabgas berechnet werden. Dazu ist es nötig, diese NOx-Rohemission möglichst genau zu be- stimmen. Die NOx-Rohemission kann dabei mittels eines Rechen- modells bestimmt werden.

Bekannte Lösungen dieses Problems basieren auf einer in ihrer Art variierenden Modellrechnung zur Ermittlung der aktuellen Beladung und des Regenerationsmittelbedarfs bzw. der Regene- rationsdauer, wobei die Güte des Modells (Struktur und Kali- bration) die Güte der Lösung des oben beschriebenen Problems vorgibt (z. B. DE 195 17 168 A1).

Aus der EP 0 597 106 A1 ist ein Verfahren zur Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators bekannt, bei dem die vom NOx- Speicherkatalysator adsorbierte Menge an NOx-Verbindungen in Abhängigkeit von Betriebsdaten der Brennkraftmaschine berech- net wird. Bei Überschreiten einer vorbestimmten Grenzmenge von im NOx-Speicherkatalysator gespeichertem NOx wird eine Regenerationsphase eingeleitet. Auf diese Weise ist jedoch ein zuverlässiges Einhalten der Abgasemissionsgrenzwerte nicht immer gewährleistet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzu- geben, mit dem auf einfache Weise die NOx-Rohemission einer mit Luftüberschuß betreibbaren Brennkraftmaschine im Schicht- ladebetrieb bestimmt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Theoretisch ist die Drosselklappe im Schichtladebetrieb voll- ständig geöffnet. Um anderen Fahrzeugkomponenten, wie z. B. der Tankentlüftungsanlage, Unterdruck im Ansaugsystem zur Verfügung zu stellen oder um die Verbrennung zu stabilisieren und die Laufunruhe zu minimieren, ist allerdings eine Andros- selung der Ansaugluft nötig. Diese Änderung des Drosselklap- penwinkels beeinflußt die Zylinderfüllung und die NOx- Rohemission. Auch die Ansauglufttemperatur beeinflußt durch ihre von der Temperatur abhängige Dichte über eine Verände- rung der Zylinderfüllung die NOx-Rohemission.

Um eine möglichsl genaue Annäherung der modellierten NOx- Rohemission an die tatsächliche NOx-Rohemission zu erreichen, wird die Androsselung sowie die Ansauglufttemperatur inner- halb eines Rechenmodells zur Bestimmung der NOx-Rohemission quantitativ berücksichtigt.

Die Basis-NOx-Rohemission im Schichtladebetrieb der Brenn- kraftmaschine wird aus einem Kennfeld in Abhängigkeit von der Kraftstoffmasse und der Motordrehzahl gewonnen. Dieser Basis- wert wird mit einem Korrekturwert, der in Abhängigkeit von der Ansauglufttemperatur bestimmt wird, korrigiert. Der so erhaltene Wert wird wiederum mit einem Korrekturwert in Ab- hängigkeit von der Motordrehzahl und der Abgasrückführrate korrigiert. Die Berücksichtigung der Androsselung im Schicht- ladebetrieb erfolgt durch einen weiteren Korrekturfaktor, der in Abhängigkeit des Verhältnisses zwischen der tatsächlichen Ansaugluftmasse und einer Referenzansaugluftmasse ermittelt wird. Die tatsächliche Ansaugluftmasse wird gemessen, die Re- ferenzansaugluftmasse entspricht der Ansaugluftmasse, die bei definierten Umgebungsbedingungen und vollständig geöffneter Drosselklappe meßbar ist. Sie ist weiterhin von der Motor- drehzahl abhängig.

Durch zusätzliche Berücksichtigung der Drosselklappenstellung und der Ansauglufttemperatur bei der Modellierung der NOx- Rohemission im Schichtladebetrieb der Brennkraftmaschine kann der Wert für die NOx-Rohemission mit hoher Genauigkeit ermit- telt werden, was wiederum z. B. eine genaue Bestimmung des Be- ladungsgrades des NOx-Speicherkatalysators ermöglicht.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschi- ne mit einem NOx-Speicherkatalysator, Figur 2 eine Blockdarstellung zur Ermittlung der NOx- Rohemission im Schichtladebetrieb der Brennkraftma- schine Die Figur 1 zeigt in grob schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung, die abhän- gig von Betriebsparametern sowohl mit homogenem Gemisch als

auch mit geschichteter Ladung betreibbar ist und eine Vor- richtung zur Abgasrückführung aufweist. Aus Gründen der Über- sichtlichkeit sind dabei nur diejenigen Teile gezeichnet, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Insbesonde- re ist nur ein Zylinder einer mehrzylindrigen Brennkraftma- schine dargestellt.

Mit dem Bezugszeichen 10 ist ein Kolben bezeichnet, der in einem Zylinder 11 einen Verbrennungsraum 12 begrenzt. In den Verbrennungsraum 12 mündet ein Ansaugkanal 13, durch den ge- steuert durch ein Einlaßventil 14 die Verbrennungsluft in den Zylinder 11 strömt. Gesteuert durch ein Auslaßventil 15 zweigt vom Verbrennungsraum 12 ein Abgaskanal 16 ab, in des- sen weiterer Verlauf ein Sauerstoffsensor in Form einer breitbandigen (linearen) Lambdasonde 17 und ein NOx- Speicherkatalysator 18 angeordnet ist.

Mit dem Signal der Lambdasonde 17 wird die Luftzahl entspre- chend den Sollwertvorgaben in den verschiedenen Betriebsbe- reichen der Brennkraftmaschine geregelt. Diese Funktion über- nimmt eine an sich bekannte Lambdaregelungseinrichtung, die vorzugsweise in eine Steuerungseinrichtung 21 der Brennkraft- maschine integriert ist.

Zur Regelung des Kraftstoff-/Luftgemisches der Brennkraftma- schine im optimalen Lambda-Fenster während des stöchiometri- schen Betriebs ist das Signal eines nach dem NOx- Speicherkatalysator 18 angeordneten Sauerstoffmeßaufnehmers 32 als Führungssonde erforderlich. Als Sauerstoffmeßaufnehmer 32 dient vorzugsweise eine binäre Lambdasonde (2-Punkt- Lambdasonde) auf der Basis von Zirkonoxid Zr02, die bei einem Lambdawert k=1 bezüglich ihres Ausgangssignales eine Sprungcharakteristik aufweist. Dieses Sondensignal der nach dem NOx-Speicherkatalysator 18 angeordneten Lambdasonde 32 wird auch zur Steuerung der Speicherregeneration und zur Ad- aption von Modellgrößen wie z. B. der Sauerstoff-bzw. NOx- Speicherkapazität eingesetzt. Alternativ zu dem als Führungs-

sonde dienenden Sauerstoffmeßaufnehmer 32 kann auch ein NOx- Sensor verwendet werden.

Die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators 18, die zur ver- brauchs-und emissionsoptimalen Steuerung des Abgasnachbe- handlungssystems erforderlich ist, wird mittels eines Tempe- raturmodells aus dem Sensorsignal eines Temperatursensors 33 errechnet. Basierend auf diesem Meßsignal werden auch Kataly- satorheiz-bzw. Katalysatorschutzmaßnahmen eingeleitet. Al- ternativ hierzu kann die Temperatur des NOx- Speicherkatalysators 15 auch direkt gemessen werden, indem ein Temperatursensor unmittelbar im Gehäuse desselben ange- ordnet wird.

Der NOx-Speicherkatalysator dient dazu, um in Betriebsberei- chen mit magerer Verbrennung die geforderten Abgasgrenzwerte einhalten zu können. Er adsorbiert aufgrund seiner Beschich- tung die bei magerer Verbrennung erzeugten NOx-Verbindungen im Abgas.

Um die speziell bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinsprit- zung und Schichtladebetrieb auftretenden NOx-Emissionen der Brennkraftmaschine zu verringern, ist eine Abgasrückführvor- richtung vorgesehen. Durch Zumischen von Abgas zur angesaug- ten Frischluft wird die Verbrennungs-Spitzentemperatur ge- senkt, wodurch die temperaturabhängige Stickoxidemission re- duziert wird. Zum Rückführen eines definierten Teilstromes des Abgases zweigt deshalb vom Abgaskanal 16 in Strömungs- richtung des Abgases gesehen vor dem NOx-Speicherkatalysator 18 eine Abgasrückführleitung 19 ab, die stromabwärts einer Drosselklappe 20 in den Ansaugkanal 13 mündet. Die Menge des rückgeführten Abgases wird durch das Verändern des Tastver- hältnisses EGRRATIO eines von der elektronischen Steuerungs- einrichtung 21 ausgegebenen Signales für ein ansteuerbares Ventil 22, in der Regel als Abgasrückführventil bezeichnet, eingestellt.

Die zur Verbrennung im Zylinder 11 notwendige Frischluft strömt über ein nichtdargestelltes Luftfilter und einen Luft- massenmesser 23 in den Ansaugtrakt 13 zu der Drosselklappe 20. Bei dieser Drosselklappe 20 handelt es sich um ein elek- tromotorisch angesteuertes Drosselorgan (E-Gas-System), des- sen Öffnungsquerschnitt neben der Betätigung durch den Fahrer (Fahrerwunsch) auch unabhängig davon über Signale der elek- tronischen Steuerungseinrichtung 21 einstellbar ist. Damit lassen sich beispielsweise störende Lastwechselreaktionen des Fahrzeugs beim Gasgeben und-wegnehmen genauso reduzieren wie Drehmomentsprünge beim Übergang vom Betrieb mit homogenem Ge- misch zum Betrieb mit geschichteter Ladung und ungedrosseltem Luftweg. Zugleich wird zur Überwachung ein Signal für die Stellung der Drosselklappe 20 an die Steuerungseinrichtung 21 abgegeben.

Ein Temperatursensor 24 erfaßt die Temperatur der Ansaugluft im Ansaugkanal 13 der Brennkraftmaschine und gibt ein ent- sprechendes Signal TIA an die Steuerungseinrichtung 21 ab.

Der Temperatursensor 24 kann in einer bevorzugten Ausfüh- rungsform in den Luftmassenmesser 23 integriert sein.

In den Verbrennungsraum 12 ragt eine Zündkerze 25 und ein Einspritzventil 26, durch das entgegen den Kompressionsdruck im Verbrennungsraum 12 Kraftstoff eingespritzt werden kann.

Die Förderung und Bereitstellung des Kraftstoffes für dieses Einspritzventil 26 erfolgt durch ein bekanntes Kraftstoffver- sorgungssystem für Benzin-Direkteinspritzung, wobei von dem zugehörigen Kraftstoffkreislauf lediglich ein Hochdruckspei- cher 27 dargestellt ist, an den die einzelnen Einspritzventi- le angeschlossen sind.

Ein Temperatursensor 28 erfaßt ein der Temperatur der Brenn- kraftmaschine entsprechendes Signal, beispielsweise über eine Messung der Kühlmitteltemperatur. Die Drehzahl N der Brenn- kraftmaschine wird mit Hilfe eines Markierungen der Kurbel- welle oder eines mit ihr verbundenen Geberrades abtastenden

Sensors 29 erfaßt. Beide Signale werden der Steuerungsein- richtung 21 zur weiteren Verarbeitung, u. a. zur Steuerung der Brennkraftmaschine hinsichtlich der zu wählenden Steuerstra- tegie-homogenes Gemisch oder geschichtetes Gemisch-zuge- führt.

Weitere Steuerparameter, die zum Betrieb der Brennkraftma- schine benötigt werden, wie beispielsweise Gaspedalstellung, Drosselklappenstellung, Signale von Klopfsensoren, Batterie- spannung, Fahrdynamik-Anforderungen usw. sind ebenfalls der Steuerungseinrichtung 21 zugeführt und sind allgemein in der Figur mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet. Über die be- reits erwähnten Parameter wird in der Steuerungseinrichtung 21 durch Abarbeiten abgelegter Steuerungsroutinen u. a. der Lastzustand der Brennkraftmaschine erkannt, die NOx- Rohemission der Brennkraftmaschine und der Beladungsgrad des NOx-Speicherkatalysators bestimmt. Auch werden die Parameter derart aufbereitet und weiterverarbeitet, daß bei bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine u. a. eine Umschal- tung vom Betrieb mit homogenem Gemisch auf Betrieb mit Schichtladung und umgekehrt durchgeführt und/oder eine Rück- führung von Abgas eingeleitet werden kann.

Ferner ist die Steuerungseinrichtung 21 mit einer Spei- chereinrichtung 31 verbunden, in dem u. a. verschiedene Kenn- felder KF1-KF4, sowie Werte für eine Referenzansaugluftmasse LMM gespeichert sind, deren jeweilige Bedeutung anhand der Beschreibung der nachfolgenden Figur noch näher erläutert wird.

Die Figur 2 veranschaulicht anhand einer Blockdarstellung die Struktur zur Ermittlung der NOx-Rohemission der Brennkraftma- schine im Schichtladebetrieb.

Die Kraftstoffmasse MFF und die Drehzahl N der Brennkraftma- schine charakterisieren den momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und sind deshalb Eingangsgrößen eines

Kennfeldes KF1. Abhängig von den Werten dieser Eingangsgrößen wird aus dem Kennfeld KF1 ein Basiswert für die NOx- Rohemission NOXB, beispielsweise in der Einheit mg/s ausge- lesen. Die Kraftstoffmasse MFF kann dabei aus den Werten für die Öffnungsdauer, des Durchsatzes und/oder des Druckes am Einspritzventil abgeleitet werden. Die Drehzahl N der Brenn- kraftmaschine wird mit Hilfe des Drehzahlsensors 29 erfaßt.

Das Temperaturniveau, bei dem die Verbrennung im Zylinder der Brennkraftmaschine abläuft, wird im wesentlichen von der An- sauglufttemperatur, der Abgasrückführrate und dem Luftmassen- strom beeinflußt.

Der aus dem Kennfeld KF1 erhaltene Basiswert der NOX- Rohemission NOX B wird deshalb mit einem ersten Korrekturfak- tor FAC TIA, der in Abhängigkeit von der Ansauglufttemperatur TIA bestimmt wird, korrigiert. Hierzu wird zu dem jeweiligen Wert der Ansauglufttemperatur TIA ein entsprechender Wert für den Korrekturfaktor FACTIA aus einem Kennfeld KF2 ausgele- sen. Die Ansauglufttemperatur TIA wird mittels des Tempera- tursensors 24 erfaßt oder aus dem Wert der Umgebungstempera- tur abgeleitet, beispielsweise über eine Modellbildung.

Der so erhaltene korrigierte Basiswert für die NOx- Rohemission wird mit einem weiteren Korrekturfaktor FAC EGR multipliziert, der aus einem Kennfeld KF3 ausgelesen wird.

Der Einfluß der Abgasrückführrate ist bei gegebenem Wert für die Abgasrückführrate EGR_RATIO nicht konstant über der Dreh- zahl N. Aus diesem Grund wird der Drehzahleinfluß beim Ausle- sen aus dem Kennfeld KF3 berücksichtigt. Der Wert für die Ab- gasrückführrate EGRRATIO kann dabei aus der Stellung des Öffnungsorgans des Abgasrückführventils 22 abgeleitet werden.

Die Berücksichtigung der Androsselung im Schichtladebetrieb erfolgt durch einen weiteren Korrekturfaktor FACLM, der in Abhängigkeit des Verhältnisses zwischen der tatsächlichen An- saugluftmasse LM und einer Referenzansaugluftmasse LMM ermit-

telt wird. Die tatsächliche Ansaugluftmasse LM wird mittels des Luftmassenmessers 23 gemessen, die Referenzansaugluftma- sse LMM entspricht der Ansaugluftmasse, die bei definierten Umgebungsbedingungen und vollständig geöffneter Drosselklappe 20 ermittelt wird. Die, insbesondere von der Drehzahl N ab- hängigen Werte für die Referenzansaugluftmasse LMM sind eben- falls in der Speichereinrichtung 31 abgelegt. Das Verhältnis zwischen der tatsächlichen Ansaugluftmasse LM und der Refe- renzansaugluftmasse LMM wird bestimmt zu : LM FAT =- Dieses Verhältnis FAC ist Eingangsgröße für ein Kennfeld KF4, in dem der Zusammenhang zwischen diesem Verhältnis FAC und dem Korrekturfaktor FAC LM abgelegt ist. Auch dieser Korrek- turfaktor FAC-LM wird multiplikativ bei der Modellierung des der NOx-Rohemission eingerechnet.

Die einzelnen Korrekturfaktoren lassen sich zu einem gesamten Korrekturfaktor FAC GES zusammenfassen, wobei gilt : FACGES = FACTIA * FACEGR * FACLM.

Am Ende dieser Korrekturkette steht ein Wert NOXCOR für die NOXRohemission zur Verfügung, der beispielsweise zur genauen Ermittlung des Beladungsgrades des NOx-Speicherkatalysators 18 verwendet werden kann.