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EP1203144B1 - Verfahren zur regelung eines arbeitsmodus einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur regelung eines arbeitsmodus einer verbrennungskraftmaschine Download PDF

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Publication number
EP1203144B1
EP1203144B1 EP00949277A EP00949277A EP1203144B1 EP 1203144 B1 EP1203144 B1 EP 1203144B1 EP 00949277 A EP00949277 A EP 00949277A EP 00949277 A EP00949277 A EP 00949277A EP 1203144 B1 EP1203144 B1 EP 1203144B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion engine
catalyst
internal combustion
operating mode
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP00949277A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1203144A1 (de
Inventor
Ekkehard Pott
Axel Lang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP1203144A1 publication Critical patent/EP1203144A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1203144B1 publication Critical patent/EP1203144B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0828—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
    • F01N3/0842—Nitrogen oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
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    • F02D41/028—Desulfurisation of NOx traps or adsorbent
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    • F02D41/146—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration
    • F02D41/1463—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration of the exhaust gases downstream of exhaust gas treatment apparatus
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    • F01N2570/04—Sulfur or sulfur oxides
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    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08—Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0802—Temperature of the exhaust gas treatment apparatus

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating a working mode of an internal combustion engine, which is followed by at least one NO x storage catalytic converter.
  • an internal combustion engine which allow the working mode to be controlled by at least temporarily influencing at least one operating parameter of the internal combustion engine. It is also known to arrange an NO x storage catalytic converter in an exhaust gas duct for cleaning an exhaust gas of the internal combustion engine.
  • a content of a gas component in the exhaust gas can be detected via sensors additionally arranged in the exhaust gas duct, or a temperature or a temperature profile can also be tracked.
  • such variables can also be predicted using suitable models, so that it is ultimately possible to quantitatively record selected operating parameters of the internal combustion engine, such as an exhaust gas temperature, a raw emission of selected gas components, a space velocity of the exhaust gas, a vehicle speed, an engine speed or a requested load.
  • a current catalytic converter state can be determined in the same way.
  • a catalyst temperature, an NO x are - or SO x -BeladungsSullivan, an NO x storage capacity, a thermal capacity of the storage catalyst or the like detectable.
  • the means for controlling the working mode of the internal combustion engine and the methods for detecting the operating parameters of the internal combustion engine and the current state of the catalyst are known and are therefore not explained in more detail in connection with this description.
  • the internal combustion engine is in a so-called lean working mode with ⁇ > 1 (lean operation).
  • the NO x formed, inter alia, during the combustion process is absorbed as nitrate by the NO x storage catalytic converter until a NO x desorption temperature is reached or a NO x storage capacity is exhausted.
  • a change to a working mode with ⁇ ⁇ 1 (regeneration mode) must take place before this time. Under such conditions, the absorbed NO x is desorbed again and reacted on a catalyst component of the storage catalyst with reducing agents such as CO, HC or H 2 .
  • the proportion of reducing agents increases significantly in the regeneration mode during the combustion process, since in this case there is a deficit of oxygen in the air-fuel mixture.
  • the object of the method according to the invention is to regulate the To make the working mode of the internal combustion engine much more flexible, so that even after the catalyst temperature is exceeded above the limit temperature the lean operation can be maintained as long as possible.
  • the method according to the invention at least flows one of the operating parameters of the internal combustion engine and / or the current one Catalyst state in a map over which the working mode of the Internal combustion engine is determined. This way, in a very simple way Way the boundary conditions (current catalyst condition and operating parameters of the Internal combustion engine) are taken into account when selecting the working mode.
  • a duration of a work mode can take into account the current state of the catalyst and the Operating parameters of the internal combustion engine can be determined.
  • a frequency for the change from regeneration mode to lean mode and back determine.
  • NO x reduction measure by influencing the operating parameters of the internal combustion engine to take.
  • the NO x reduction measure can also be initiated as a function of the NO x emission detected downstream of the storage catalytic converter.
  • FIG. 10 An arrangement 10 of a NO x storage catalytic converter 12 in an exhaust gas duct 14 of an internal combustion engine 16 is shown schematically in FIG. Furthermore, sensors 18, 20 are arranged in the exhaust gas duct, which make it possible to determine a content of a gas component in the exhaust gas (gas sensors) or to record a temperature (temperature sensors). The number, position and type of such sensors 18, 20 are highly variable. A detection and evaluation of the signals of such sensors 18, 20 is known and will not be explained in more detail in the context of this description. In addition, it is possible in a known manner to calculate the content of the gas components or the temperature in selected areas of the arrangement 10 using suitable models.
  • a representation of the Internal combustion engine associated means dispensed by at least one temporarily influencing at least one operating parameter of the Allow internal combustion engine to regulate a working mode.
  • Such Means for influencing the operating parameters are well known and are therefore not explained in more detail here. It is also known to be a To detect catalyst temperature, for example by means of the sensor 20, and the Regulation of the operating parameters of the internal combustion engine 16 depending on perform from this catalyst temperature.
  • the internal combustion engine 16 If there is an excess of oxygen in excess of a fuel in the internal combustion engine 16 during a combustion process, the internal combustion engine is in a working mode with ⁇ > 1 (lean operation). During the lean operation, the NO x formed during the combustion process is absorbed in the NO x storage catalytic converter 12, namely until either a NO x desorption temperature is reached or a NO x storage capacity is exceeded.
  • reducing agents such as CO, HC or H 2 are generally produced to an increased extent.
  • regeneration mode the absorbed NO x is swapped out again (NO x desorption) and converted in the NO x storage catalytic converter 12 with the aid of the reducing agents.
  • the NO x storage capacity of the NO x storage catalytic converter 12 is temperature-dependent.
  • the internal combustion engine 16 in the method according to the invention is therefore set to the working mode with ⁇ 1 1 (regeneration mode) after a predeterminable limit temperature GT has been exceeded if further prerequisites explained below have been met.
  • ⁇ 1 1 regeneration mode
  • a course of the catalyst temperature during such a regulation of the working mode of the internal combustion engine 16 is shown as an example in FIG. 2.
  • a switch is made to the working mode with ⁇ div 1 (rich phase t f1 ) due to an increased power requirement on the internal combustion engine 16.
  • the limit temperature GT of the catalytic converter is exceeded in the course of the rich phase t f1 .
  • a current catalytic converter state and / or at least one operating parameter of the internal combustion engine 16 is continuously detected.
  • Selected operating parameters of the internal combustion engine 16 can be, for example, an exhaust gas temperature, a raw emission of selected gas components, a space velocity of the exhaust gas, a vehicle speed, an engine speed or a requested load.
  • the catalytic converter state can be determined via the sensors 18, 20 or via suitable models and includes, for example, a NO x or SO x loading state, the NO x storage capacity, a heat capacity of the storage catalytic converter or the catalytic converter temperature.
  • a NO x or SO x loading state includes, for example, a NO x or SO x loading state, the NO x storage capacity, a heat capacity of the storage catalytic converter or the catalytic converter temperature.
  • the work mode of the internal combustion engine 16 is assigned via a map, so that, for example, a change in lean operation can be initiated from a time T 1 due to the permissibility of a lean work mode in the operation of the internal combustion engine.
  • the catalyst temperature is above the limit temperature GT and only drops below this threshold from a time T 2 .
  • the regeneration operation of the internal combustion engine 16 is here significantly shortened compared to the known methods in which the storage catalytic converter 12 is acted upon with rich exhaust gas at least over the phases t m2 and t f1 , with the duration of the lean phase t m2 additionally due to the higher exhaust gas temperatures in the regeneration operation is extended.
  • FIG. 3 shows a flowchart for regulating the working mode of the internal combustion engine 16 according to the method according to the invention, taking into account the NO x emission downstream of the storage catalytic converter 12.
  • a first step S1 the operating parameters of the internal combustion engine, for example the space velocity of the exhaust gas, the exhaust gas temperature, the requested load or the NO x raw emission, are recorded quantitatively.
  • the current catalytic converter state is measured in a second step S2, for example via sensors 18, 20, or calculated using suitable models. If the current catalyst temperature exceeds the limit temperature (step S3), this can lead to the initiation of a map-controlled change in the setting of the working mode of the internal combustion engine 16 in a step S4.
  • selected operating parameters of the internal combustion engine as well as selected parameters of the current catalytic converter state such as a NO x desorption characteristic for a current NO x or SO x loading state, flow into the characteristic diagram.
  • step S4 it is determined on the basis of the parameters made available whether it makes sense at all to switch internal combustion engine 16 to lean operation or to leave it in lean operation. For example, it can first be checked whether it is possible with a motor to allow the working mode with ⁇ > 1 with regard to the requested load. It is also conceivable to calculate a maximum permissible duration of a cooling phase, ie the lean operation, until the regeneration operation has to be stopped, based on a cumulative raw NO x emission predicted over a predeterminable period of time and the determined NO x storage capacity. If the duration of the cooling phase falls below a predefinable minimum duration, the regeneration operation is started.
  • a NO x emission detected in a step S6 and accumulated over a predefinable period of time downstream of the NO x storage catalytic converter 12 is compared with a predefinable threshold value for the NO x emission downstream of the NO x storage catalytic converter 12. If the cumulative emission exceeds the threshold value, it can be checked in a step S7 whether a NO x reduction measure can be taken by influencing the operating parameters of the internal combustion engine 16. If this is not possible, the regeneration mode is set with ⁇ ⁇ 1. If the NO x reduction measure is possible or if the threshold value of the cumulative emission has not yet been exceeded, lean operation with ⁇ > 1 is possible. Step S5 makes it possible to continuously check the accumulated NO x emission downstream of the storage catalytic converter 12.
  • a threshold value for a cumulative raw NO x emission upstream of the NO x storage catalytic converter 22 can also be specified and, if possible, the NO x reduction measure can be initiated if this threshold value is exceeded.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Arbeitsmodus einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Verbrennungskraftmaschine Mittel zugeordnet sind, die durch eine zumindest temporäre Beeinflussung wenigstens eines Betriebsparameters der Verbrennungskraftmaschine die Regelung des Arbeitsmodus erlauben und wobei die Regelung des Arbeitsmodus in Abhängigkeit von einer Katalysatortemperatur wenigstens eines, in einem Abgaskanal der Verbrennungskraftmaschine angeordneten NOx-Speicherkatalysators erfolgt. Es ist vorgesehen, dass der Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine (16) beim Überschreiten der Katalysatortemperatur über eine vorgebbare Grenztemperatur (GT) in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine (16) und/oder einem aktuellen Katalysatorzustand des NOx-Speicherkatalysators (12) eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Arbeitsmodus einer Verbrennungskraftmaschine, der wenigstens ein NOx-Speicherkatalysator nachgeschaltet ist.
Es ist bekannt, einer Verbrennungskraftmaschine Mittel zuzuordnen, die durch eine zumindest temporäre Beeinflussung wenigstens eines Betriebsparameters der Verbrennungskraftmaschine die Regelung des Arbeitsmodus erlauben. Weiterhin ist bekannt, zur Reinigung eines Abgases der Verbrennungskraftmaschine in einem Abgaskanal einen NOx-Speicherkatalysator anzuordnen. Dabei kann über zusätzlich in dem Abgaskanal angeordnete Sensoren beispielsweise ein Gehalt einer Gaskomponente am Abgas erfasst werden oder aber auch eine Temperatur oder ein Temperaturverlauf verfolgt werden. Daneben können derartige Größen auch über geeignete Modelle prognostiziert werden, so dass es letztendlich möglich ist, ausgewählte Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine quantitativ zu erfassen, wie eine Abgastemperatur, eine Rohemission ausgewählter Gaskomponenten, eine Raumgeschwindigkeit des Abgases, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Motordrehzahl oder eine angeforderte Last.
In gleicher Weise kann ein aktueller Katalysatorzustand ermittelt werden. So sind entweder auf rechnerischem Wege oder durch Messungen eine Katalysatortemperatur, ein NOx- oder SOx-Beladungszustand, eine NOx-Speicherfähigkeit, eine Wärmekapazität des Speicherkatalysators oder dergleichen erfassbar. Die Mittel zur Steuerung des Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine sowie die Verfahren zur Erfassung der Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine und des aktuellen Katalysatorzustandes sind bekannt und werden daher im Zusammenhang mit dieser Beschreibung nicht näher erläutert.
Liegt während eines Verbrennungsvorganges eines Luft-Kraftstoff-Gemisches Sauerstoff in einem Überschuss vor, so befindet sich die Verbrennungskraftmaschine in einem sogenannten mageren Arbeitsmodus mit λ > 1 (Magerbetrieb). Das unter anderem während des Verbrennungsvorganges gebildete NOx wird durch den NOx-Speicherkatalysator als Nitrat absorbiert, und zwar so lange, bis eine NOx-Desorptionstemperatur erreicht oder eine NOx-Speicherkapazität erschöpft ist. Zur Vermeidung von NOx-Emissionen stromab des NOx-Speicherkatalysators muss vor diesem Zeitpunkt ein Wechsel in einen Arbeitsmodus mit λ ≤ 1 (Regenerationsbetrieb) stattfinden. Unter solchen Bedingungen wird das absorbierte NOx wieder desorbiert und an einer Katalysatorkomponente des Speicherkatalysators mit Reduktionsmitteln, wie CO, HC oder H2, umgesetzt. Der Anteil der Reduktionsmittel steigt in dem Regenerationsbetrieb während des Verbrennungsvorganges deutlich an, da in diesem Fall ein Unterschuss von Sauerstoff im Luft-Kraftstoff-Gemisch vorliegt.
Ferner ist bekannt, die Katalysatortemperatur zu erfassen und mit Hinblick auf eine mögliche NOx-Desorption einen Grenzwert der Temperatur vorzugeben, bei dem ein Wechsel in den Regenerationsmodus stattfinden muss. Ein Betrieb der Verbrennungskraftmaschine unter λ ≤ 1 führt allerdings zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch, und daher ist eine Regenerationsdauer in der Praxis möglichst gering zu halten. Da eine NOx-Desorptionscharakteristik und damit die NOx-Desorptionstemperatur stark abhängig ist von dem aktuellen Katalysatorzustand, wird zur Vermeidung von NOx-Emissionen stromab des Speicherkatalysators die Grenztemperatur mit einem erheblichen Sicherheitsabstand festgelegt. Eine feste Grenztemperatur ist jedoch aus zweierlei Gründen nachteilig. Zum einen können auch oberhalb der Grenztemperatur Randbedingungen vorliegen, die einen Betrieb der. Verbrennungskraftmaschine in magerer Atmosphäre erlauben, und damit ist ein unnötiger Mehrverbrauch gegeben. Zum anderen ist dabei störend, dass die Abgastemperatur im Regenerationsbetrieb im Allgemeinen über der Abgastemperatur im Magerbetrieb liegt und ein Abkühlen des Speicherkatalysators somit erschwert wird.
Femer ist aus der DE 197 53 718 C bekannt, den Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur zu regeln, wobei nach Überschreiten der Grenztemperatur der Arbeitsmodus femer in Abhängigkeit von einer aktuell stromab des NOx-Speicherkatalysators gemessenen NOx-Emission festgelegt wird. Überschreitet die NOx-Emission einen vorgegebenen Schwellenwert, erfolgt unmittelbar eine Umschaltung der Verbrennungskraftmaschine in einen fetten Arbeitsmodus bei λ ≤ 1. Dies führt zu einem Regenerationsbetrieb bereits bei betriebsbedingten temporären NOx-Emissionsspitzen der Verbrennungskraftmaschine.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, die Regelung des Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine wesentlich flexibler zu gestalten, so dass auch nach einem Überschreiten der Katalysatortemperatur über die Grenztemperatur der Magerbetrieb möglichst lang aufrechterhalten werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Verfahren zur Regelung des Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass
  • (a) die Regelung des Arbeitsmodus in Abhängigkeit von einer Katalysatortemperatur wenigstens eines, in einem Abgaskanal der Verbrennungskraftmaschine angeordneten NOx-Speicherkatalysators erfolgt,
  • (b) der Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine beim Überschreiten der Katalysatortemperatur über eine vorgebbare Grenztemperatur in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine und/oder einem aktuellen Katalysatorzustand des NOx-Speicherkatalysators eingestellt wird, und
  • (c) ein magerer Arbeitsmodus mit λ > 1 (Magerbetrieb) bis zum Überschreiten eines vorgebbaren Schwellenwertes für eine über einen vorgebbaren Zeitraum kumulierte NOx-Emission stromab des NOx-Speicherkatalysators aufrechterhalten wird,
    • ist es möglich, auch oberhalb der Grenztemperatur einen Magerbetrieb der Verbrennungskraftmaschine über längere Zeit gegenüber bekannten Verfahren aufrechterhalten beziehungsweise einzustellen.
    In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens fließt wenigstens einer der Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine und/oder der aktuelle Katalysatorzustand in ein Kennfeld ein, über das der Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine bestimmt wird. Auf diese Weise können in sehr einfacher Weise die Randbedingungen (aktueller Katalysatorzustand und Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine) bei der Auswahl des Arbeitsmodus berücksichtigt werden.
    Eine Dauer eines Arbeitsmodus, insbesondere nach dem Wechsel in den Magerbetrieb, kann unter Berücksichtigung des aktuellen Katalysatorzustandes und der Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine bestimmt werden. Ebenso ist denkbar, gemäß diesen Randbedingungen auch eine Frequenz für den Wechsel von dem Regenerationsbetrieb in den Magerbetrieb und zurück (Wobblefrequenz) zu bestimmen.
    Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, nach einem Wechsel in den Magerbetrieb stromab des Speicherkatalysators mit einem geeigneten Sensor die über einen vorgebbaren Zeitraum kumulierte NOx-Emission zu erfassen. Überschreitet die kumulierte NOx-Emission innerhalb des vorgebbaren Zeitraumes einen vorgebbaren Schwellenwert, so wird der Magerbetrieb unterbrochen. Auf diese Weise ist es möglich, die NOx-Emission stromab des Speicherkatalysators möglichst gering zu halten und den gegebenenfalls vorliegenden gesetzlichen Normen Genüge zu tun.
    Femer ist es denkbar, beim Überschreiten eines vorgebbaren Schwellenwertes für eine NOx-Rohemission (NOx-Emission stromauf des Speicherkatalysators), die NOx-Konzentration oder die kumulierte NOx-Emission eine NOx-Minderungsmaßnahme durch eine Beeinflussung der Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine zu ergreifen. Natürlich kann die NOx-Minderungsmaßnahme auch in Abhängigkeit von der stromab des Speicherkatalysators erfassten NOx-Emission initiiert werden.
    Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
    Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    Figur 1
    eine Anordnung eines NOx-Speicherkatalysators in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine;
    Figur 2
    einen Verlauf einer Katalysatortemperatur und
    Figur 3
    ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung eines Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine.
    In der Figur 1 ist in schematischer Weise eine Anordnung 10 eines NOx-Speicherkatalysators 12 in einem Abgaskanal 14 einer Verbrennungskraftmaschine 16 dargestellt. Ferner sind in dem Abgaskanal 14 Sensoren 18, 20 angeordnet, die es erlauben, einen Gehalt einer Gaskomponente am Abgas zu bestimmen (Gassensoren) oder zur Erfassung einer Temperatur dienen (Temperatursensoren). Anzahl, Lage und Typ solcher Sensoren 18, 20 sind in einem hohen Maße variabel. Eine Erfassung und Auswertung der Signale derartiger Sensoren 18, 20 ist bekannt und soll im Rahmen dieser Beschreibung nicht näher erläutert werden. Daneben ist es in bekannter Weise möglich, mit Hilfe von geeigneten Modellen den Gehalt der Gaskomponenten oder die Temperatur in ausgewählten Bereichen der Anordnung 10 zu berechnen.
    Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auf eine Darstellung von der Verbrennungskraftmaschine zugeordneten Mitteln verzichtet, die durch eine zumindest temporäre Beeinflussung wenigstens eines Betriebsparameters der Verbrennungskraftmaschine eine Regelung eines Arbeitsmodus erlauben. Derartige Mittel zur Beeinflussung der Betriebsparameter sind hinlänglich bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Ebenso ist es bekannt, eine Katalysatortemperatur, beispielsweise mittels des Sensors 20, zu erfassen und die Regelung der Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 16 in Abhängigkeit von dieser Katalysatortemperatur durchzuführen.
    Liegt während eines Verbrennungsvorganges in der Verbrennungskraftmaschine 16 Sauerstoff in einem Überschuss gegenüber einem Kraftstoff vor, so befindet sich die Verbrennungskraftmaschine in einem Arbeitsmodus mit λ > 1 (Magerbetrieb). Während des Magerbetriebes wird das während des Verbrennungsvorganges entstehende NOx in dem NOx-Speicherkatalysator 12 absorbiert, und zwar so lange, bis entweder eine NOx-Desorptionstemperatur erreicht oder eine NOx-Speicherkapazität überschritten wird.
    Unter stöchiometrischen Bedingungen oder bei einem Überschuss des Kraftstoffs gegenüber dem Sauerstoff (λ≤ 1; Regenerationsbetrieb) entstehen im Allgemeinen in einem vermehrten Maße Reduktionsmittel, wie CO, HC oder H2. Im Regenerationsbetrieb wird das absorbierte NOx wieder ausgelagert (NOx-Desorption) und mit Hilfe der Reduktionsmittel im NOx-Speicherkatalysator 12 umgesetzt.
    Wie bereits erwähnt, ist eine NOx-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatatysators 12 temperaturabhängig. Zur Vermeidung einer NOx-Emission stromab des NOx-Speicherkatalysators 12 wird daher die Verbrennungskraftmaschine 16 in dem erfindungsgemäßen Verfahren nach einem Überschreiten einer vorgebbaren Grenztemperatur GT bei Vorliegen weiterer, nachfolgend erläuterter Voraussetzungen in den Arbeitsmodus mit λ ≤ 1 (Regenerationsbetrieb) eingestellt. Ein Verlauf der Katalysatortemperatur während einer solchen Regelung des Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine 16 ist in der Figur 2 exemplarisch dargestellt.
    Am Ende einer mageren Phase tm1 wird beispielsweise aufgrund einer erhöhten Leistungsanforderung an die Verbrennungskraftmaschine 16 in den Arbeitsmodus mit λ ≤ 1 (fette Phase tf1) umgeschaltet. Im Verlauf der fetten Phase tf1 wird die Grenztemperatur GT des Katalysators überschritten. Während dieser fetten Phase tf1 wird laufend ein aktueller Katalysatorzustand und/oder wenigstens ein Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 16 erfasst. Ausgewählte Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 16 können beispielsweise eine Abgastemperatur, eine Rohemission ausgewählter Gaskomponenten, eine Raumgeschwindigkeit des Abgases, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Motordrehzahl oder eine angeforderte Last sein. Der Katalysatorzustand kann über die Sensoren 18, 20 oder über geeignete Modelle bestimmt werden und umfasst beispielsweise einen NOx- oder SOx-Beladungszustand, die NOx-Speicherfähigkeit, eine Wärmekapazität des Speicherkatalysators oder die Katalysatortemperatur. Verfahren zur Erfassung der Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 16 und des aktuellen Katalysatorzustandes sind bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
    Nach der Erfassung der Randbedingungen (Katalysatorzustand und Betriebsparameter) erfolgt eine Zuordnung des Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine 16 über ein Kennfeld, so dass beispielsweise ab einem Zeitpunkt T1 wegen der Zulässigkeit eines mageren Arbeitsmodus im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ein Wechsel.in den Magerbetrieb eingeleitet werden kann. Wie ersichtlich, liegt die Katalysatortemperatur dabei oberhalb der Grenztemperatur GT und sinkt erst ab einem Zeitpunkt T2 unter diese Schwelle. Der Regenerationsbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 16 ist hierbei deutlich verkürzt gegenüber den bekannten Verfahren, bei denen mindestens über die Phasen tm2 und tf1 der Speicherkatalysator 12 mit fettem Abgas beaufschlag wird, wobei erfindungsgemäß zusätzlich die Dauer der mageren Phase tm2 aufgrund der höheren Abgastemperaturen im Regenerationsbetrieb verlängert ist.
    In der Figur 3 ist ein Flussdiagramm zur Regelung des Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine 16 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Berücksichtigung der NOx-Emission stromab des Speicherkatalysators 12 dargestellt.
    In einem ersten Schritt S1 werden - wie bereits erwähnt - die Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine, also beispielsweise die Raumgeschwindigkeit des Abgases, die Abgastemperatur, die angeforderte Last oder die NOx-Rohemission, quantitativ erfasst. Gleichzeitig wird in einem zweiten Schritt S2 der aktuelle Katalysatorzustand beispielsweise über die Sensoren 18, 20 gemessen oder mit Hilfe von geeigneten Modellen berechnet. Übersteigt dabei die aktuelle Katalysatortemperatur die Grenztemperatur (Schritt S3), so kann dies zur Einleitung einer kennfeldgesteuerten Änderung der Einstellung des Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine 16 in einem Schritt S4 führen. Hierbei fließen ausgewählte Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine als auch ausgewählte Parameter des aktuellen Katalysatorzustandes, wie beispielsweise eine NOx-Desorptionscharakteristik für einen aktuellen NOx- oder SOx-Beladungszustand in das Kennfeld ein.
    In dem Schritt S4 wird anhand der zur Verfügung gestellten Parameter ermittelt, ob es überhaupt sinnvoll ist, die Verbrennungskraftmaschine 16 in den Magerbetrieb zu schalten oder im Magerbetrieb zu belassen. Beispielsweise kann dazu zunächst überprüft werden, ob es mit Hinsicht auf die angeforderte Last motorisch möglich ist, den Arbeitsmodus mit λ > 1 zu gewähren. Denkbar ist auch, anhand einer über einen vorgebbaren Zeitraum prognostizierten kumulierten NOx-Rohemission und der ermittelten NOx-Speicherfähigkeit eine maximale zulässige Dauer einer Abkühlphase, das heißt des Magerbetriebes, bis der Regenerationsbetrieb eingestellt werden muss, zu berechnen. Unterschreitet die Dauer der Abkühlphase eine vorgebbare Mindestdauer, so wird der Regenerationsbetrieb aufgenommen.
    In einem Schritt S5 wird eine in einem Schritt S6 erfasste und über einen vorgebbaren Zeitraum kumulierte NOx-Emission stromab des NOx-Speicherkatalysators 12 mit einem vorgebbaren Schwellenwert für die NOx-Emission stromab des NOx-Speicherkatalysators 12 verglichen. Überschreitet die kumulierte Emission den Schwellenwert, so kann in einem Schritt S7 überprüft werden, ob eine NOx-Minderungsmaßnahme durch eine Beeinflussung der Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 16 ergriffen werden kann. Ist dies nicht möglich, so wird der Regenerationsbetrieb mit λ ≤ 1 eingestellt. Ist die NOx-Minderungsmaßnahme möglich oder ist der Schwellenwert der kumulierten Emission noch nicht überschritten, so ist der Magerbetrieb mit λ > 1 möglich. Durch den Schritt S5 ist es möglich, die kumulierte NOx-Emission stromab des Speicherkatalysators 12 laufend zu überprüfen.
    Daneben kann auch ein Schwellenwert für eine kumulierte NOx-Rohemission stromauf des NOx-Speicherkatalysators 22 vorgegeben werden und beim Überschreiten dieses Schwellenwertes - sofern möglich - die NOx-Minderungsmaßnahme eingeleitet werden.

    Claims (8)

    1. Verfahren zur Regelung eines Arbeitsmodus einer Verbrennungskraftmaschine (16), wobei der Verbrennungskraftmaschine (16) Mittel zugeordnet sind, die durch eine zumindest temporäre Beeinflussung wenigstens eines Betriebsparameters der Verbrennungskraftmaschine (16) die Regelung des Arbeitsmodus erlauben, und wobei
      (a) die Regelung des Arbeitsmodus in Abhängigkeit von einer Katalysatortemperatur wenigstens eines, in einem Abgaskanal der Verbrennungskraftmaschine (16) angeordneten NOx-Speicherkatalysators (12) erfolgt,
      (b) der Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine (16) beim Überschreiten der Katalysatortemperatur über eine vorgebbare Grenztemperatur (GT) in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine (16) und/oder einem aktuellen Katalysatorzustand des NOx-Speicherkatalysators (12) eingestellt wird, und
      (c) ein magerer Arbeitsmodus mit λ > 1 bis zum Überschreiten eines vorgebbaren Schwellenwertes für eine über einen vorgebbaren Zeitraum kumulierte NOx-Emission stromab des NOx-Speicherkatatysators (12) aufrechterhalten wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine (16) und/oder der aktuelle Katalysatorzustand in ein Kennfeld einfließt und über das Kennfeld der Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine (16) bestimmt wird.
    3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine (16) zumindest eine Abgastemperatur, eine Motordrehzahl, eine angeforderte Last, eine Raumgeschwindigkeit eines Abgases, einen Gehalt wenigstens einer Gaskomponente im Abgas stromauf des wenigstens einen NOx-Speicherkatalysators (12) oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit umfassen.
    4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Katalysatorzustand die Katalysatortemperatur, eine NOx-Speicherfähigkeit, eine NOx-Konvertierungsrate oder eine Wärmeleitfähigkeit des Speicherkatalysators umfasst.
    5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dauer des mageren Arbeitsmodus mit λ > 1 in Abhängigkeit von dem aktuellen Katalysatorzustand und den Betriebsparametem der Verbrennungskraftmaschine (16) bestimmt wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Unterschreiten der berechneten Dauer des mageren Arbeitsmodus mit λ > 1 unter eine vorgebbare Mindestdauer ein Regenerations-Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine (16) mit λ ≤ 1 eingestellt wird.
    7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wobblefrequenz für einen Wechsel des Arbeitsmodus in Abhängigkeit von dem aktuellen Katalysatorzustand und den Betriebsparametern der Verbrennungskraftmaschine (16) bestimmt wird.
    8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Überschreiten eines vorgebbaren Schwellenwertes für eine NOx-Rohemission, der NOx-Emission oder der kumulierten NOx-Emission stromab des NOx-Speicherkatalysators (12) eine NOx-Minderungsmaßnahme durch eine Beeinflussung der Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine (16) ergriffen wird.
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