DE10223629A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von Kenngrößen eines Abgasreinigungssystems - Google Patents

Abstract

Bei dem Verfahren zur Ermittlung von Kenngrößen eines Abgasreinigungssystems, welches einem Verbrennungsmotor zugeordnet ist, werden Betriebszustände des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von den Werten der Kenngröße festgelegt. Dabei wird eine vorgegebene erste Teilmenge von Werten von vorgegebenen Kenngrößen in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors ermittelt und in Abhängigkeit von den ermittelten Werten über Korrelationsbeziehungen eine Anpassung einer weiteren Teilmenge von Werten von Kenngrößen vorgenommen. Eine Vorrichtung zur Ermittlung von Kenngrößen weist ein Motorsteuergerät zur Festlegung von Betriebszuständen des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von den Werten der Kenngrößen auf, wobei das Motorsteuergerät eine Korrelationseinrichtung aufweist, mittels der eine vorgegebene erste Teilmenge von Werten von vorgegebenen Kenngrößen in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors ermittelt werden kann. In Abhängigkeit von den ermittelten Werten erfolgt über Korrelationsbeziehungen eine Anpassung einer weiteren Teilmenge von Werten von Kenngrößen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von Kenngrößen eines Abgasreinigungssystems mit den in den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche genannten Merkmalen.
• Aus dem Stand der Technik sind bereits Verfahren bekannt, mit denen während des Betriebs eines Verbrennungsmotors entschieden werden kann, ob von dem aktuellen Betriebszustand in einen verbrauchsgünstigeren gewechselt werden kann. Bei magerlauffähigen Verbrennungsmotoren kann es sich zum Beispiel um einen Übergang von einem stöchiometrischen zu einem mageren Betrieb handeln. Kriterien hierfür können neben motorischen Randbedingungen auch die zu erwartenden Rohemissionen des Verbrennungsmotors oder der aktuelle Zustand eines dem Verbrennungsmotor zugeordneten Abgasreinigungssystems sein. Zur Charakterisierung des aktuellen Zustandes eines Abgasreinigungssystems ist bereits die Verwendung von Kenngrößen bekannt. Derartige Kenngrößen sind beispielsweise die obere und untere Temperaturgrenze eines Konvertierungsfensters bei einem NOx-Speicherkatalysator, Obergrenzen für Rohemissionen von Abgaskomponenten wie Stickoxyd (NOx), Kohlenmonoxyd (CO) oder Kohlenwasserstoff (HC), Obergrenzen für den Abgasmassenstrom oder untere Grenzen für die Sauerstoffspeicherfähigkeit von Katalysatoren des Abgasreinigungssystems. In Abhängigkeit von den Werten derartiger Kenngrößen werden die Betriebszustände des Verbrennungsmotors festgelegt. Aus der DE 19850786 A1 ist in diesem Zusammenhang bereits bekannt, den Magerbetrieb eines Verbrennungsmotors zu sperren, wenn die Katalysatortemperatur kleiner als eine vorbestimmte minimale Katalysatortemperatur oder größer als eine vorgegebene maximale Katalysatortemperatur ist, wobei die minimale und maximale Katalysatortemperatur jeweils veränderbare Größen sind. Ferner ist aus der DE 19811574 A1 ein Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines im Abgastrakt eines Verbrennungsmotors angeordneten Katalysators bekannt, bei dem die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Katalysators während der Aufheizphase des Verbrennungsmotors erfolgt. Dabei wird der Zusammenhang zwischen dem Konvertierungsgrad bzw. dem Emissionsniveau einer Abgaskomponente hinter einem zu überwachenden Katalysator und den thermischen Eigenschaften ausgewertet. Der Konvertierungsgrad des Katalysators hängt direkt von seiner Temperatur ab. Diese Abhängigkeit ändert sich mit der Alterung des Katalysators. Zum Überwachen der Funktionsfähigkeit des Katalysators wird diese von der Alterung des Katalysators verursachte Änderung des Konvertierungsgrads des Katalysators benutzt.
• Aus dem Stand der Technik ist ferner bekannt, dass nach einer gewissen Zeit nach Anlassen eines Verbrennungsmotors mit einem nachgeschalteten Katalysator sprunghafte Änderungen der gemessenen Konzentrationen des Sauerstoffs, des Kohlendioxyds und des Kohlenwasserstoffs auftreten. Die drei Konzentrationssprünge markieren denselben Vorgang, nämlich das Anspringen des Abgaskatalysators. Aus der DE 19850338 C2 ist in diesem Zusammenhang ein Verfahren bekannt, die Anspringtemperatur und Anspringzeit eines Abgaskatalysators mit verschiedenen Sensoren zu bestimmen. Die Erhöhung der Anspringtemperatur des Katalysators über die Anspringtemperatur eines neuen Katalysators wird als ein die Alterung des Katalysators charakterisierender Wert verwendet.
• Die Ermittlung der jeweiligen Kenngrößen erfolgt im Stand der Technik nur bei Vorliegen von bestimmten Betriebsbereichen oder -zuständen des Verbrennungsmotors und/oder des Abgasreinigungssystems. Nur wenn diese Ermittlungszustände mit ausreichender Häufigkeit erreicht werden, geben die Werte der Kenngrößen den aktuellen Katalysatorzustand genau wieder. Die zu geringe Genauigkeit führt zu einer reduzierten Emissionssicherheit und/oder zu einem nicht optimalen Verbrauchsverhalten, insbesondere dann, wenn die Ermittlungszustände nicht oder mit nicht ausreichender Häufigkeit auftreten. Abgesehen von damit verbundenen nicht optimalen Gebrauchseigenschaften des Verbrennungsmotors kann dies zu Problemen führen, wenn derartige Ermittlungszustände in einem Zulassungstest nicht in ausreichender Häufigkeit gegeben sind.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Ermittlung von Kenngrößen eines Abgasreinigungssystems, mit denen die Kenngrößen mit einer höheren Genauigkeit ermittelt werden können, insbesondere dann, wenn die üblichen Ermittlungszustände nur mit geringerer Häufigkeit auftreten.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche gelöst.
• Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine erste vorgegebene Teilmenge von Werten einer vorgegebenen Menge von Kenngrößen in Abhängigkeit von Betriebsparameterwerten des Verbrennungsmotors ermittelt und in Abhängigkeit von den ermittelten Werten über Korrelationsbeziehungen eine Anpassung einer weiteren Teilmenge von Werten von Kenngrößen vorgenommen. Dabei wird von der Grundidee ausgegangen, zwischen den Werten von Kenngrößen bestehender Korrelationen auszuwerten, wobei vorzugsweise von ermittelten physikalischen Zusammenhängen ausgegangen wird. Aufgrund des ermittelten Werts einer aktuellen Kenngröße können auch die Werte der anderen Kenngrößen verändert werden. Hiermit kann die faktische Häufigkeit, mit denen Ermittlungszustände erreicht werden, erhöht werden, wodurch eine höhere Genauigkeit bei der Erfassung des aktuellen Zustandes des Abgasreinigungssystems erreicht wird. In Abhängigkeit von den angepassten Kenngrößen kann ein aktiver Eingriff in die Betriebsweise des Verbrennungsmotors erfolgen.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Teilmenge von ermittelten Werten von Kenngrößen einem vorgegebenen Betriebsparameterbereich zugeordnet und es werden in Abhängigkeit von diesen ermittelten Werten, Werte von Kenngrößen für einen von diesem Bereich zumindest teilweise verschiedenen Bereich von Betriebsparametern angepasst. Hiermit ist es möglich, die Menge der Ermittlungszustände auszudehnen und Werte von Kenngrößen für Betriebsparameterbereiche anzupassen, für die üblicherweise keine direkte Ermittlung möglich ist.
• Es ist ferner zweckmäßig, die erste Teilmenge von Werten einem ersten Teil des Abgasreinigungssystems zuzuordnen und die weitere Teilmenge einem anderen Teil oder dem Gesamtsystem zuzuordnen, so dass aus den ermittelten Werten von Kenngrößen auch die Werte von Kenngrößen für den anderen Teil oder das Gesamtsystem bestimmt werden können. Damit lässt sich die Ermittlung der Werte der Kenngrößen beschleunigen.
• Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Abgasreinigungssystem einen ersten und zweiten Katalysator umfasst und dem ersten Katalysator die erste Teilmenge von Werten und die weitere Teilmenge von Werten dem zweiten Katalysator zugeordnet ist. Bevorzugt ist der erste Katalysator ein NOx- oder SOx-Speicherkatalysator und der zweite Katalysator ein dem ersten Katalysator vorzugsweise vorgeschalteter Drei-Wege-Katalysator.
• Zweckmäßigerweise werden als Kenngrößen Werte von einem oder mehreren der Zustandsparameter des Abgasreinigungssystems herangezogen, wie obere und untere Temperaturgrenze einer Konvertierungsfensters, Obergrenze von Rohemissionen einer NOx-, SOx-, CO2-, CO- oder HC-Abgaskomponente, obere Grenze eines Abgasmassenstroms, einer NOx- oder SOx-Beladung oder einer Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgasreinigungssystems oder gegebenenfalls von einem oder mehrerer seiner Subsysteme. Hiermit wird eine genauere Bestimmung des Zustands des Abgasreinigungssystems möglich.
• Besonders zweckmäßig ist der Einsatz des Verfahrens bei einem Verbrennungsmotor, der magerlauffähig, insbesondere auch in einem Schichtladebetrieb betreibbar ist, da in diesem Fall das Kraftstoffverbrauchseinsparungspotential besonders hoch ist.
• Bevorzugt wird als Kenngröße eine Konvertierungsgröße eines NOx-Katalysators gewählt. Besonders bevorzugt wird eine stromabwärts des NOx-Katalysators kumulierte NOx-Masse innerhalb einer vorgegebenen Intervallzeit oder eine stromabwärts des NOx-Katalysators innerhalb einer vorgegebenen Intervallzeit ermittelte Konzentration einer NOx-Abgaskomponente gewählt. In Abhängigkeit von dem Wert dieser Kenngröße werden über Korrelationsbeziehungen eine oder mehrere der Kenngrößen obere Temperaturgrenze, untere Temperaturgrenze eines Konvertierungsfensters des NOx-Katalysators, HC- oder CO-Light-off-Schwellentemperatur die Obergrenze von Rohemissionen einer NOx-, SOx-, CO2-, CO- oder HC-Abgaskomponente, eine Obergrenze eines Abgasmassenstroms, einer Obergrenze NOx- oder SOx-Beladung des NOx-Speicherkatalysators und/oder ein Wert der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgasreinigungssystems oder gegebenenfalls von einem oder mehreren seiner Subsysteme gewählt.
• Hiermit lassen sich auf eine einfache Weise aus dem Wert der Konvertierungsgröße die Werte der weiteren Kenngrößen anpassen und damit eine höhere Genauigkeit bei der Darstellung des tatsächlichen Zustandes des Abgasreinigungssystems erreichen.
• Bevorzugt wird die Konvertierungsgröße für Betriebsparameterbereiche ermittelt, die für die Bestimmung von Kenngrößen normalerweise nicht genutzt werden. Insbesondere wird die NOx-Konvertierungsgröße in einem Bereich mit NOx-Rohemissionen kleiner/gleich 15 mg/sek ermittelt. Die Katalysatortemperatur liegt bevorzugt in einem Bereich mit hoher NOx-Konvertierungsrate. Besonders bevorzugt ist ein Bereich der Katalysatortemperatur, in dem eine bestmögliche NOx-Konvertierungsrate vorliegt. Insbesondere liegt die Katalysatortemperatur bei heute üblichen Katalysatoren in einem Bereich zwischen 350 und 400 Grad Celsius.
• Wenn die Anpassung der weiteren Teilmenge von Werten von Kenngrößen in Abhängigkeit vom Ablauf einer vorgegebenen Zeit beendet wird, kann damit der Einfluss einer Ermittlung der beschriebenen Art auf das Emissions- und Verbrauchsverhalten des Verbrennungsmotors beschränkt werden und insbesondere mögliche Effekte von Fehlstreuungen und Fehlmessungen vermindert werden. Um eine weitere Optimierung zu ermöglichen, wird die Anpassung der weiteren Teilmenge in Abhängigkeit vom Wert von Betriebsparametern beendet, insbesondere dann, wenn eine genauere direkte Ermittlung der Werte der weiteren Kenngrößen möglich ist.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Ausführung des angegebenen Verfahrens und weist daher ebenfalls die oben dargelegten Vorteile auf.
• Im folgenden wird die Erfindung unter Verwendung von Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben.
• In den Zeichnungen zeigen in schematischer Darstellung:
• 1 ein Verbrennungsmotor mit einem zugeordneten Abgasreinigungssystem,
• 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung von Korrelationen zwischen Werten von Kenngrößen,
• 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Korrelation zwischen NOx-Konvertierung und HC-Konvertierung.
• 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Verbrennungsmotor 1, beispielsweise ein magerlauffähiger Otto-Motor oder eine Diesel-Verbrennungsmotor, mit einem Abgasreinigungssystem 2 und einem Motorsteuergerät 3, vorzugsweise zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs. Der Verbrennungsmotor 1 weist eine Anzahl von Zylinderbänken 4 auf (entsprechende Komponenten sind nur mit einem Bezugszeichen versehen), den jeweils ein eigener Abgaspfad 5 nachgeschaltet ist und kann vorzugsweise auch in einem Schichtladebetrieb betrieben werden. In dem Abgasreinigungssystem 2 sind als Subsysteme ein Vorkatalysator 6 und ein Hauptkatalysator 7 angeordnet. Vorzugsweise ist der Vorkatalysator 6 als Drei-Wege-Katalysator und der Hauptkatalysator 7 als NOx-Speicherkatalysator ausgebildet. Stromabwärts der Zylinderbänke 4 sind in den Abgaspfaden 5 Sensoren 8 angeordnet, mit denen die Konzentration von Abgaskomponenten des durch das Abgasreinigungssystem 2 geführten Abgases der Verbrennungsmotor 1 gemessen werden können. Beispielsweise können das NOx-, SOx-, CO-, CO2- sowie HC-Komponenten sein. Stromaufwärts des Vorkatalysators 6 ist zudem ein weiterer Sensor 8' zur Messung von Abgaskomponenten angeordnet. Ein weiterer Sensor 9 ist in einem Bereich des Abgassystems 2 zwischen dem Vorkatalysator 6 und dem Hauptkatalysator 7 stromabwärts des Vorkatalysators 6 und stromaufwärts des Hauptkatalysators 7 angeordnet. Stromabwärts des Hauptkatalysators 7 ist ein weiterer Sensor 10 angeordnet. Bei den Sensoren 8, 8', 9 und 10, die in der 1 nur schematisch dargestellt sind, kann es sich um Mehrkomponenten-Sensoren handeln, die jeweils in der Lage sind, mehr als eine Schadstoffkomponente im Abgas zu sensorieren.
• Zusätzlich zu den erwähnten Sensoren sind stromaufwärts und stromabwärts des Vorkatalysators 6 und stromaufwärts des Hauptkatalysators 7 Lambdasonden 11 bzw. 12 sowie zur Ermittlung der Betriebstemperatur der Katalysatorentemperatur-Sensoren 13, 13' angeordnet. Zur Abgasrückführung weist der Verbrennungsmotor 1 eine Abgasrückführeinrichtung 14 mit einem steuerbaren Ventil auf.
• Das Motorsteuergerät 3 dient der Festlegung von Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 1 und erfasst in an sich bekannter Weise über nicht dargestellte weitere Sensoren Betriebsparameter wie beispielsweise Drosselklappenstellung, Abgasrückführungsrate, Zündzeitpunkt, Einspritzzeitpunkt, Einspritzdruck, Drehzahl, Last, Abgasmassenstrom und dergleichen und kann diese über nicht dargestellte Stellglieder gegebenenfalls beeinflussen, wobei zur Kommunikation zwischen dem Steuergerät 3 und den Sensoren bzw. Stellgliedern ein Kabelsystem 14 oder dergleichen vorgesehen ist. Das Motorsteuergerät 3 umfasst insbesondere eine Lambdaregeleinrichtung zur Regelung der Sauerstoffkonzentration im Abgas bzw. des Lambdawerts. Über den Lambdawert kann auch auf die Rohemission von Schadstoffkomponenten, insbesondere von NOx, CO und HC Einfluss genommen werden. Ferner umfasst das Motorsteuergerät 3 eine Korrelationseinrichtung 16, auf die noch genauer eingegangen wird.
• Der NOx-Speicherkatalysator 7 wird üblicherweise in einem Speicherzyklus betrieben, der zumindest einen langsamen Absorbtionsmodus und einen schnelleren Regenerationsmodus umfasst. Die absorbtive Speicherung erfolgt bei einem Lambdawert größer 1, die Ausspeicherung zu einem späteren Zeitpunkt bei einem Lambdawert kleiner/gleich 1. Derartige Speicherkatalysatoren werden daher vorwiegend bei magerlauffähigen Motoren eingesetzt. Im Unterschied zu derartigen Speicherkatalysatoren werden Drei-Wege-Katalysatoren möglichst bei genauer Einhaltung eines Lambdawerts gleich 1 betrieben und dementsprechend überwiegend bei konventionellen Otto-Motoren eingesetzt oder als Vorkatalysator während einer Warmlaufphase, bevor ein NOx-Speicherkatalysator die für die Speicherung von NOx notwendige Temperatur erreicht hat, bei magerlauffähigen Otto-Motoren.
• Um einen optimalen Betrieb des Verbrennungsmotors im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch und die Emission von Schadstoffen zu erreichen, werden vom Motorsteuergerät 3 neben motorischen Randbedingungen auch zu erwartende Emissionen von Abgaskomponenten sowie der aktuelle Zustand des Abgasreinigungssystems ausgewertet. Der aktuelle Zustand des Abgasreinigungssystems wird dabei, wie an sich bekannt, anhand von Kenngrößen erfasst. Als Kenngrößen sind insbesondere bekannt die obere und untere Temperaturgrenze eines Konvertierungsfensters für NOx- und/oder eine andere Abgaskomponente, eine HC- oder CO-Light-oft-Schwellentemperatur, eine Obergrenze für Rohemissionen von Abgaskomponenten, eine obere Grenze eines Abgasmassenstroms, eine Obergrenze einer NOx- und/oder SOx-Beladung des Abgasreinigungssystems oder von einem oder mehreren seiner Subsysteme. Ferner ist bekannt eine Obergrenze für die Konzentration einer NOx-, CO-, CO2-oder HC-Abgaskomponente stromab des Abgasreinigungssystems oder gegebenenfalls eines oder mehrerer seiner Subsysteme. Die Werte für diese Kenngrößen werden in Abhängigkeit von den Betriebsparametern des Verbrennungsmotors ermittelt und in einem Datenspeicher des Motorsteuergeräts 3 abgelegt. Bei Erreichen von vorgegebenen Werten derartiger Kenngrößen erfolgt durch ein nicht dargestelltes Anzeigeelement eine Anzeige eines fehlerhaften Zustandes des Abgasreinigungssystems bzw. eines oder mehrerer seiner Subsysteme. Der aktuelle Wert der Kenngrößen kann teilweise nur in bestimmten Bereichen von Betriebsparameterwerten des Verbrennungsmotors mit ausreichender Genauigkeit ermittelt werden. Treten diese Ermittlungszustände nicht in ausreichender Häufigkeit auf, geben die Werte der Kenngrößen den tatsächlichen Zustand des Abgasreinigungssystems nur mit geringer Genauigkeit wieder.
• Erfindungsgemäß wird eine vorgegebene erste Teilmenge von Werten von vorgegebenen Kenngrößen in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors ermittelt. In Abhängigkeit von den ermittelten Werten von Kenngrößen erfolgt über Korrelationsbeziehungen zwischen den Kenngrößen eine Anpassung einer weiteren Teilmenge von Werten von Kenngrößen. In 2 ist anhand einer vereinfachten schematischen Darstellung veranschaulicht, wie für eine Teilmenge M1 von Kenngrößen mit zugeordneten Werten über Korrelationsbeziehungen die Werte von Kenngrößen einer Teilmenge M2 ermittelt werden können. So kann der Kenngröße A, die bei bestimmten Betriebsparameterwerten den Wert X_A aufweist, über eine Korrelationsbeziehung unter veränderten Betriebsparameterwerten ein Wert X_A – zugeordnet werden, selbst wenn die Kenngröße A unter diesen Bedingungen nicht direkt ermittelt werden kann. Analog kann aus dem Wert X_B einer Kenngröße B der Wert X_C einer Kenngröße C ermittelt werden, wobei die Kenngröße C unter den entsprechenden Betriebsparameterwerten nicht direkt bestimmt werden kann. Die entsprechenden Korrelationsbeziehungen sind erfindungsgemäß in der Korrelationseinrichtung 16 des Motorsteuergeräts 3 abgelegt. Bevorzugt werden hierfür Kennfelder verwendet, die als Eingang die Werte von direkt ermittelten Kenngrößen und als Ausgang die über die Korrelationsbeziehung zugeordneten Werte der weiteren Kenngrößen aufweisen. Hiermit wird eine größere faktische Häufigkeit von Ermittlungszuständen erreicht. Ferner können Kenngrößen, die unter den gegebenen Betriebsparameterwerten nicht mit ausreichender hoher Genauigkeit bestimmt werden können, über die Korrelationsbeziehungen genauer angepasst werden. Insbesondere wird die Quantität, mit der eine Kenngröße angepasst wird, von dem Wert einer oder mehrerer anderer Kenngrößen abhängig gemacht. Ferner können auch Kenngrößen angepasst werden, die nicht eigenständig ermittelt werden können.
• Für ein strukturiertes Abgasreinigungssystem kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung für einen ersten Teil des Abgasreinigungssystems eine Teilmenge von Werten und über die Korrelationsbeziehungen für einen anderen Teil des Abgasreinigungssystems eine weitere Teilmenge von Werten von Kenngrößen angepasst werden. Ebenso kann die Anpassung sich auf Kenngrößen des Gesamtsystems beziehen. Hierbei kann der erste Teil des Abgasreinigungssystems ein erster Katalysator und der zweite Teil ein zweiter Katalysator, mit oder ohne NOx-Speicherfähigkeit sein. Bevorzugt ist der zweite Katalysator ein dem ersten Katalysator vorgeschalteter Drei-Wege-Katalysator.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Konvertierungsleistung eines Katalysators in einem unteren Temperaturbereich ermittelt. Ausgehend von der Konvertierungsleistung kann in an sich bekannter Weise als Kenngröße eine untere Temperaturgrenze eines Konvertierungsfensters des Katalysators bei Feststellung einer ungenügenden Konvertierungsleistung bestimmt werden. Erfindungsgemäß wird eine Korrelationsbeziehung zwischen der unteren Temperaturgrenze und der oberen Temperaturgrenze des Konvertierungsfensters hergestellt. Es wird daher, wenn die untere Temperaturgrenze des Konvertierungsfensters bestimmt worden ist, über die Korrelationsbeziehung auch die obere Temperaturgrenze angepasst. Analog wird in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung nach Bestimmung der oberen Temperaturgrenze die untere Temperaturgrenze eines Konvertierungsfensters angepasst.
• Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird bei einem Katalysator ohne signifikante NOx-Speicherfähigkeit eine Korrelation zwischen einem Zustandsparameter, der sich nicht auf die NOx-Speicherfähigkeit bezieht und einer Kenngröße für die HC- oder CO-Konvertierung verwendet. Die Kenngröße für die HC- oder CO-Konvertierung hängt dabei im allgemeinen noch vom Wert des Abgasmassenstroms oder der Betriebstemperatur des Katalysators ab. Als Zustandsparameter wird insbesondere die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators gewählt. Über die Korrelationsbeziehung wird ausgehend von dem ermittelten Wert der Sauerstoffspeicherfähigkeit die HC- oder CO-Konvertierung ermittelt. Nach Anpassung dieser Kenngröße wird, gegebenenfalls in Abhängigkeit von weiteren Parametern, die die Abgastemperatur und/oder die Rohemission von Abgaskomponenten beeinflussen, der Betriebszustand des Motors verändert.
• In 3 ist ein NOx-Konvertierungsfenster in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur eines NOx-Speicherkatalysators sowie von Werten von NOx-Rohemissionen sowie eine Darstellung der HC-Konvertierungsrate eines Vorkatalysators in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur des Vorkatalysators dargestellt. Die mit ZF, ZA₁ und ZA₂ bezeichneten Kurven legen Bereiche von NOx-Rohemissionen und Betriebstemperaturen des NOx-Speicherkatalysators fest, in denen eine hohe Konvertierungsrate des NOx-Speicherkatalysators für mageres Abgas vorliegt. Hierbei bezeichnet ZF einen NOx-Speicherkatalysator im Frischezustand, ZA1 einen im Leicht- und ZA2 im stark gealterten Zustand. Für den Katalysator im Frischezustand sind noch die Obergrenze der NOx-Rohemission sowie die untere und obere Temperaturgrenze der Katalysatortemperatur als Kenngrößen eingetragen. Über Korrelationsbeziehungen kann aus dem Vorliegen eines Zustandes ZF, ZA₁ oder ZA₂ im NOx-Rohemissions-Temperaturdiagramm auf eine HC-Light-off-Schwelltemperatur des Gesamtsystems geschlossen werden. Wie in dem HC-Konvertierungs-Temperaturdiagramm dargestellt ist, entspricht den Zuständen ZF, ZA₁ oder ZA₂ jeweils eine Light-oft-Temperatur TF, TA1 oder TA2. Als Light-oft-Temperatur wird hier die minimale Temperatur, bei der die Konvertierungsrate einen Wert von 50% überschreitet, bezeichnet. Die Korrelationsbeziehungen zwischen der oberen Temperaturgrenze und/oder der oberen Grenze für die NOx-Rohemissionen und der HC-Light-off-Schwelltemperatur des Gesamtsystems ist hier durch entsprechende Messungen ermittelt worden und vorzugsweise in einem Kennfeld abgelegt.
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die obere Grenze für die NOx-Rohemission oder die obere Grenze des NOx-Konvertierungsfensters aus einer NOx-Konvertierungsgröße bestimmt. Bevorzugt wird als NOx-Konvertierungsgröße eine stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators innerhalb einer vorgegebenen Intervallzeit ermittelte kumulierte NOx-Masse oder eine Konzentration einer NOx-Abgaskomponente gewählt. Die Konvertierungsgröße kann insbesondere in einem Bereich mit einer NOx-Rohemission von kleiner/gleich 15 mg/sek ermittelt werden.
• Ferner kann die Betriebstemperatur des Katalysators in einem Bereich mit einer hohen NOx-Konvertierungsrate, insbesondere in einem Bereich mit bestmöglicher NOx-Konvertierungsrate liegen. Bevorzugt ist eine Katalysatortemperatur in einem Bereich zwischen 350 und 400 Grad Celsius. Zusätzlich zu den erwähnten Bereichen von Zustandsparametern kann die Ermittlung einer Kenngröße, insbesondere der NOx-Konvertierungsgröße in Abhängigkeit vom Vorliegen einer Mindestgenauigkeit, mit der die Messung der Zustandsparameter durch die Sensoren erfolgen kann, gemacht werden. Beispielsweise ist eine ausreichende Genauigkeit der Sensoren zu erwarten, wenn der Sensor ein Betriebsbereitschaftssignal abgibt. Weitere Kriterien für die Genauigkeit eines Sensorsignals können beispielsweise der Ablauf einer gewissen Einschwingzeit nach erstmaliger Sensoraktivierung oder nach starken Schwankungen der Messgrößen sein. Beispielsweise kann bei Schwankungen des Abgasmassenstroms von mehr als 15 kg/h erst nach einer gewissen Einschwingzeit mit einem ausreichend genauen Sensorsignal gerechnet werden.
• Nach einer bevorzugten Intervallzeit von 20 bis 50 sek wird mit einer oberen Grenze für die kumulierte NOx-Masse von 3 bis 20 mg gearbeitet.
• Eine signifikante Alterung des Katalysators kann beispielsweise bei einer Abnahme der Konvertierungsgröße von 98% im Frischezustand auf einen Wert von kleiner 90% erkannt werden. In einem solchen Fall ist beispielsweise eine Erhöhung der Light-off-Temperatur des Vorkatalysators von 250 Grad Celsius von Werte größer 300 Grad Celsius anzunehmen.
• Die Anpassung von Kenngrößen über Korrelationsbeziehungen, insbesondere auf Basis der Konvertierungskenngröße wird bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens zeitlich begrenzt, damit durch Streuungen oder Fehlmessungen kein bleibender negativer Einfluss auf die Verbrauchs- und Emissionsoptimierung ausgeübt wird. Die zeitliche Begrenzung kann in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Zeit, die von dem Beginn der Anpassung abgelaufen ist, erfolgen. Ebenso kann die zeitliche Begrenzung in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Anzahl von Fahrtrips erfolgen. Ferner wird, sobald eine genauere Ermittlung der Kenngrößen erfolgen kann, die Anpassung über Korrelationsbeziehungen beendet.

Claims (18)

1. Verfahren zur Ermittlung von Kenngrößen eines Abgasreinigungssystems, welches einem Verbrennungsmotor zugeordnet ist und vorzugsweise mindestens einen NOx-Speicherkatalysator aufweist, wobei Betriebszustände des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von den Werten der Kenngröße festgelegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass – eine vorgegebene erste Teilmenge von Werten von vorgegebenen Kenngrößen in Abhängigkeit von Betriebsparameterwerten des Verbrennungsmotors ermittelt wird und – in Abhängigkeit von den ermittelten Werten über Korrelationsbeziehungen eine Anpassung einer weiteren Teilmenge von Werten von Kenngrößen erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmenge von ermittelten Werten von Kenngrößen einem vorgegebenen Betriebsparameterbereich zugeordnet ist und in Abhängigkeit von diesen ermittelten Werten Werte von Kenngrößen für einen von diesem Betriebsparameterbereich zumindest teilweise verschiedenen Bereich von Betriebsparametern angepasst werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilmenge von Werten einem ersten Teil des Abgasreinigungssystems zugeordnet und die weitere Teilmenge einem anderen Teil des Abgasreinigungssystems oder dem Gesamtsystem zugeordnet ist.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasreinigungssystem einen ersten und einen zweiten Katalysator umfasst und die erste Teilmenge von Werten dem ersten Katalysator zugeordnet und die zweite Teilmenge von Werten dem zweiten Katalysator zugeordnet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Katalysator ein NOx- und/oder SOx-Speicherkatalysator und der zweite Katalysator ein dem ersten Katalysator vorzugsweise vorgeschalteter Drei-Wege-Katalysator ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Veränderung einer dem NOx-Speicherkatalysator zugeordneten Kenngröße eine dem vorgeschalteten Katalysator zugeordnete Kenngröße, insbesondere eine Light-oft-Temperatur, angepasst wird.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kenngröße einer oder mehrere der folgenden Zustandsparameter des Abgasreinigungssystems gewählt wird: – obere Temperaturgrenze und/oder untere Temperaturgrenze eines Konvertierungsfensters, – HC- oder CO-Light-oft-Schwellentemperatur, – Obergrenze von Rohemissionen einer Stickoxyd (NOx)-, Schwefel (SOx)-, Kohlenmonoxyd (CO)-, Kohlendioxyd (CO2)- oder Kohlenwasserstoff (HC)-Abgaskomponente, – obere Grenze eines Abgasmassenstroms, – Obergrenze einer NOx- und/oder SOx-Beladung und/oder einer Sauerstoftspeicherfähigkeit des Abgasreinigungssystems oder von gegebenenfalls einem oder mehrerer seiner Subsysteme – Obergrenze einer NOx-, SOx-, CO-, CO2- oder HC-Abgaskomponente stromab des Abgasreinigungssystems oder gegebenenfalls von einem oder mehreren seiner Subsysteme.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor magerlauffähig ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor in einem Schichtladebetrieb betreibbar ist.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasreinigungssystem einen NOx-Speicherkatalysator aufweist und als Kenngröße eine NOx-Konvertierungsgröße des NOx-Speicherkatalysators gewählt wird und in Abhängigkeit vom Wert dieser Konvertierungsgröße eine Anpassung von einer oder mehreren der folgenden Kenngrößen vorgenommen wird: obere Temperaturgrenze und/oder untere Temperaturgrenze eines Konvertierungsfensters, HC- oder CO-Light-off-Temperatur, Obergrenze von Rohemissionen von NOx-, SOx-, CO2-, CO- oder HC-Abgaskomponenten, obere Grenze eines Abgasmassenstroms, obere Grenze einer NOx- oder SOx-Beladung des NOx-Speicherkatalysators, Obergrenze einer Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgasreinigungssystems oder von einem oder mehrerer seiner Subsysteme.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die NOx-Konvertierungsgröße eine stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators ermittelte kumulierte NOx-Masse innerhalb einer vorgegebenen Intervallzeit oder eine stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators ermittelte Konzentration einer NOx-Abgaskomponente erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Konvertierungsgröße in einem Bereich mit einer NOx-Rohemission von kleiner/gleich 15 mg/sek ermittelt wird.
13. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatortemperatur in einem Bereich mit einer hohen NOx-Konvertierungsrate liegt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatortemperatur in einem Bereich mit bestmöglicher NOx-Konvertierungsrate liegt.
15. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 10 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatortemperatur in einem Bereich zwischen 350 und 400 Grad Celsius liegt.
16. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der weiteren Teilmenge von Werten in Abhängigkeit vom Ablauf einer vorgegebenen Zeit beendet wird.
17. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der weiteren Teilmenge von Werten von Kenngrößen in Abhängigkeit von Werten von Betriebsparametern beendet wird.
18. Vorrichtung zur Ermittlung von Kenngrößen eines Abgasreinigungssystems, welches einem Verbrennungsmotor zugeordnet ist und vorzugsweise mindestens einen NOx-Speicherkatalysator aufweist, mit einem Motorsteuergerät zur Festlegung von Betriebszuständen des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von den Werten der Kenngrößen, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuergerät eine Korrelationseinrichtung aufweist, mittels der eine vorgegebene erste Teilmenge von Werten von vorgegebenen Kenngrößen in Abhängigkeit von Betriebsparameterwerten des Verbrennungsmotors ermittelt werden kann und in Abhängigkeit von den ermittelten Werten über Korrelationsbeziehungen eine Anpassung einer weiteren Teilmenge von Werten von Kenngrößen erfolgt.