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DE10255308B4 - Verfahren und Steuereinrichtung zur Regeneration eines katalytischen Volumens im Abgas eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren und Steuereinrichtung zur Regeneration eines katalytischen Volumens im Abgas eines Verbrennungsmotors Download PDF

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DE10255308B4
DE10255308B4 DE10255308A DE10255308A DE10255308B4 DE 10255308 B4 DE10255308 B4 DE 10255308B4 DE 10255308 A DE10255308 A DE 10255308A DE 10255308 A DE10255308 A DE 10255308A DE 10255308 B4 DE10255308 B4 DE 10255308B4
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DE
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oxygen
regeneration
filling
degree
exhaust gas
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Klaus Winkler
Christoph Woll
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Verfahren zur Regeneration eines im Abgas eines Verbrennungsmotors (12) angeordneten katalytischen Speichervolumens (30), das beim Betrieb des Verbrennungsmotors (12) mit Sauerstoffüberschuss Sauerstoff und Stickoxide aus dem Abgas aufnimmt und speichert und beim Betrieb mit Sauerstoffmangel Sauerstoff und Stickstoff an das Abgas abgibt und dadurch regeneriert wird, mit den Schritten: Auslösen einer Regeneration durch Erzeugen eines ersten Sauerstoffmangels vor dem katalytischen Speichervolumen (30), wobei zu Beginn einer Regeneration ein größerer Sauerstoffmangel erzeugt wird als im weiteren Verlauf der Regeneration, während der Regeneration erfolgendes rechnerisches Bilden eines Füllungsgrades des Speichervolumens (30) aus Betriebskenngrößen des Verbrennungsmotors (12), und Verringern des Sauerstoffmangels vor dem katalytischen Volumen mit zunehmender Dauer der Regeneration, dadurch gekennzeichnet, dass das verringern des Sauerstoffmangels in Abhängigkeit von dem Füllungsgrad des Speichervolumens (30) erfolgt, bei der rechnerischen Bildung des Füllungsgrades sowohl ein Füllungsgrad mit Sauerstoff als auch ein Füllungsgrad mit Stickoxiden gebildet wird und...

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft sowohl ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 als auch eine Steuereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6. Ein solches Verfahren und eine solche Steuereinrichtung ist jeweils aus der JP 08-296 472 A bekannt.
  • Diese Schrift betrifft Brennkraftmaschinen, die mit magerem Gemisch betrieben werden und die zur Einhaltung gesetzlicher geforderter Emissionsgrenzwerte NOx-Speicherkatalysatoren verwenden. Diese NOx-Speicherkatalysatoren sind aufgrund ihrer Beschichtung während einer Speicherphase in der Lage, 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 Reduktionsmittels in unschädliche Verbindungen umgewandelt. Als Reduktionsmittel für magerbetriebene Otto-Brennkraftmaschinen können CO, H2 und HC (Kohlenwasserstoffe) verwendet werden. Diese werden durch kurzzeitigen Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem fetten Gemisch erzeugt und dem NOx-Speicherkatalysator als Abgaskomponenten zur Verfügung gestellt, wodurch die gespeicherten NOx-Verbindungen im Katalysator abgebaut werden.
  • Die Reduktionsmittel (Regenerationsmittel) sollen für eine verbrauchseffiziente und emissionsgünstige Regeneration des NOx-Speicherkatalysators zügig eingebracht werden, d. h. es sollte ein möglichst fettes, unter der Bedingung der Fahrbarkeit akzeptables Gemisch (z. B. Lambda = 0,7–0,8) gewählt werden. Darüber hinaus sollte bei der NOx-Desorptionsspitze, die durch den Regenerationsbetrieb auftritt nur eine möglichst kleine Menge NOx an die Umwelt abgegeben werden. Weiter soll die Menge an aus dem NOx-Speicherkatalysator austretenden Regenerationsmittel bei einem Regenerationsmitteldurchbruch möglichst gering sein.
  • Nach der DE 198 44 082 soll dem katalytischen Volumen Regenerationsmittel dadurch verbrauchs- und emissionsoptimal gesteuert zugeführt werden, dass die Regenerationsmittelzufuhr während einer Regeneration mit Sauerstoffmangel im Abgas in Abhängigkeit vom Signal einer hinter dem katalytischen Volumen angeordneten Sauerstoffsonde gesteuert wird. Dabei soll die Steuerung so erfolgen, dass der Sauerstoffmangel vordem katalytischen Volumen mit abnehmender Sauerstoffkonzentration hinter dem katalytischen Volumen verringert wird.
  • Nach der DE 198 44 082 C2 sind bekannte modellbasierte Steuerungen nicht dazu in der Lage, ein zuverlässiges Einhalten der Abgasemissionsgrenzwerte zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang wird in der DE 198 44 082 auf DE 195 17 168 A1 und EP 0 597 106 A1 als Beispiele bekannter Verfahren zur Modellierung des Speicherinhaltes und der Steuerung von Speicherung und Regeneration verwiesen. Das Nutzen eines Sondensignals zur Steuerung der Regenerationsmittelmenge in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt im Abgas soll dagegen die Genauigkeit der Dosierung der Regenerationsmittel erhöhen und soll darüber hinaus alle auftretenden Ungenauigkeiten einer Streuung der realen NOx- Beladung des NOx-Speicherkatalysators kompensieren. Dies wird in der DE 198 44 082 C2 damit begründet, dass nur solange Regenerationsmittel über den Fettbetrieb zur Verfügung gestellt werde, solange diese aktiv am Abbau der im Katalysator gespeicherten NOx beteiligt seien.
  • Der Einsatz von Abgassensoren zur Analyse des Abgases hinter dem NOx-Speicherkatalysator und zum Festlegen des Endes einer Regenerierphase ist jedoch aufwendig und teuer.
  • Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich vom eingangs genannten Stand der Technik nach der JP 08-296 472 A jeweils durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
  • Durch diese Merkmale wird die für die Regeneration insgesamt erforderliche Zeit verkürzt, so dass der Verbrennungsmotor länger in der verbrauchsgünstigen Einspeicherphase betrieben werden kann, ohne dass dazu ein teurer Abgassensor hinter dem katalytischen Volumen erforderlich ist.
  • Es hat sich gezeigt, dass der Füllungsgrad bei einer guten Anpassung des benutzten Rechenmodells an die tatsächlichen Gegebenheiten eine solche abgasneutrale und damit Verbrauchs- und Emissions-optimale Regeneration ermöglicht.
  • Dadurch, dass zu Beginn einer Regeneration ein größerer Sauerstoffmangel erzeugt wird als im weiteren Verlauf der Regeneration, wird der Sauerstoffspeicher des katalytischen Volumens durch den größeren Sauerstoffmangel im Abgas schnell geleert. Danach wird abhängig vom NOx-Beladungszustand (Füllungsgrad) mit einem verringerten Sauerstoffmangel die Regeneration weiter durchgeführt und beendet. Dadurch wird auch ein Durchbrechen des Sauerstoffmangels durch das katalytische Volumen vermieden oder zumindest verringert.
  • Dadurch, dass das Verringern des Sauerstoffmangels in Abhängigkeit von dem Füllungsgrad des Speichervolumens mit Sauerstoff erfolgt, wird der Sauerstoffspeicheranteil des katalytischen Volumens bevorzugt geleert. Das kann beispielsweise dadurch begründet sein, dass einem katalytischen Teilvolumen, das hauptsächlich NOx speichert, ein üblicher Drei-Wege-Katalysator vorgeschaltet ist, der hauptsächlich Sauerstoff speichert. Es hat sich jedenfalls gezeigt, dass ein voller Sauerstoffspeicher vergleichsweise schnell und mit vergleichsweise großem Sauerstoffmangel im Abgas regeneriert werden sollte, um in der Summe, das heißt über den ganzen Regeneationsvorgang betrachtet, ein Verbrauchs-und Emissions-Optimum zu erzielen.
  • Es ist weiter bevorzugt, dass das Verringern des Sauerstoffmangels in Abhängigkeit von dem Füllungsgrad des Speichervolumens mit Stickstoff erfolgt.
  • Durch diese Ausgestaltung lässt sich vorteilhafterweise berücksichtigen, dass der NOx-Füllungsgrad zumindest dann, wenn der Sauerstoffspeicher bereits weitgehend regeneriert ist, die Verbrauchs- und Emisssionsbilanz bestimmt.
  • Es ist weiter bevorzugt, dass bei der rechnerischen Bildung des Füllungsgrades aus Betriebskenngrößen des Verbrennungsmotors ein Abgasmassenstrom berücksichtigt wird.
  • Auf diese Weise wird die Genauigkeit, mit der sich der Speicherinhalt rechnerisch nachbilden lässt, gesteigert.
  • Dies gilt analog für die weitere bevorzugte Ausgestaltung, bei der eine Temperatur des Abgases und/oder des katalytischen Volumens bei der rechnerischen Bildung des Füllungsgrades aus Betriebskenngrößen des Verbrennungsmotors berücksichtigt wird.
  • Es ist weiter bevorzugt, dass bei der rechnerischen Bildung des Füllungsgrades sowohl ein Füllungsgrad mit Sauerstoff als auch ein Füllungsgrad mit Stickoxiden gebildet wird.
  • Die Füllung mit Sauerstoff baut sich schneller ab als die Füllung mit Stickoxiden. Die getrennte Modellierung beider Füllungsgrade in einer Ausspeicherphase erlaubt eine Berücksichtigung dieses Sachverhaltes bei der Festlegung des Ausmaßes des Sauerstoffmangels.
  • Dadurch, dass der größere Sauerstoffmangel zu Beginn einer Regeneration solange aufrechterhalten wird, bis der Füllungsgrad des katalytischen Speichervolumens mit Sauerstoff einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet, wird berücksichtigt, dass anfänglich, wenn noch Sauerstoff im katalytischen Speichervolumen gespeichert ist, zwei Sauerstoff liefernde Prozesse aktiv sind. Sauerstoff wird vom katalytischen Volumen in dieser Phase sowohl durch Abbau des Sauerstoffspeichers als auch durch Freisetzen von Sauerstoff aus Stickoxiden für Reaktionen mit dem Regenerationsmittel (HC, CO im Abgas) geliefert. Aus diesem Grund kann anfänglich mit einem größeren Mangel an Sauerstoff regeneriert werden, was die für die Regeneration insgesamt erforderliche Zeit verkürzt. Dies ist vorteilhaft, weil der Verbrennungsmotor, wenn ein über mehrere Einspeicherphasen und Ausspeicherphasen gemittelter Wert betrachtet wird, länger in der verbrauchsgünstigen Einspeicherphase betrieben werden kann.
  • Die Erfindung richtet sich auch auf eine Steuereinrichtung, die wenigstens eine der oben angegebenen Verfahren und bevorzugten Ausgestaltungen ausführt.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 schematisch das technische Umfeld der Erfindung;
  • 2 den Inhalt oder Füllungsgrad des Sauerstoffspeichers und des NOx-Speichers über der Zeit beim Durchführen während einer Speicherphase und einer Regeneration, und
  • 3 den Verlauf der Sauerstoffkonzentration vor dem katalytischen Volumen bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in zeitkorrelierter Darstellung zu 2
  • 4 ein Ausführungsbeispiel eines Rechenmodells für den Inhalt des Sauerstoffspeichers und des NOx-Speichers eines katalytischen Volumens;
  • Beschreibung
  • In 1 repräsentiert Ziffer 10 den Brennraum eines Zylinders eines Verbrennungsmotors 12. Über ein Einlassventil 14 wird der Zustrom von Luft zum Brennraum 10 gesteuert. Abgas wird über ein Auslassventil 15 ausgestoßen. Die Luft wird über ein Saugrohr 16 angesaugt. Die Ansaugluftmenge kann über eine Drosselklappe 18 variiert werden, die von einer Steuereinrichtung 20 angesteuert wird. Der Steuereinrichtung 20 werden Signale über den Drehmomentwunsch des Fahrers, bspw. über die Stellung eines Fahrpedals 22, ein Signal über die Motordrehzahl n von einem Drehzahlgeber 24, ein Signal über die Menge ml der angesaugten Luft von einem Luftmengenmesser 26 und ein Signal Us über die Abgaszusammensetzung und/oder Abgastemperatur von einem Abgassensor 28 zugeführt. Abgassensor 28 kann beispielsweise eine Lambdasonde sein, deren Nernstspannung den Sauerstoffgehalt im Abgas angibt und deren Innenwiderstand als Mass für die Sonden-, Abgas- und/oder Katalysator-Temperatur herangezogen wird. Das Abgas wird durch wenigstens ein katalytisches Volumen 30 geführt, in dem Schadstoffe aus dem Abgas konvertiert und/oder vorübergehend gespeichert werden.
  • Aus diesen und ggf. weiteren Eingangssignalen über weitere Parameter des Verbrennungsmotors 12 wie Ansaugluft- und Kühlmitteltemperatur und so weiter bildet die Steuereinrichtung 20 Ausgangssignale zur Einstellung des Drosselklappenwinkels alpha durch ein Stellglied 32 und zur Ansteuerung eines Kraftstoffeinspritzventils 34 mit einer Einspritzimpulsbreite ti zur Dosierung von Kraftstoff in den Brennraum 10 des Verbrennungsmotors 12. Ausserdem wird durch die Steuereinrichtung 20 die Auslösung der Zündung über eine Zündeinrichtung 36 gesteuert.
  • Der Drosselklappenwinkel alpha und die Einspritzimpulsbreite ti sind wesentliche, aufeinander abzustimmende Stellgrössen zur Realisierung des gewünschten Drehmomentes, der Abgaszusammensetzung, das heißt des Sauerstoffmangels oder Sauerstoffüberschusses im Abgas, und der Abgastemperatur.
  • Weiterhin steuert die Steuereinrichtung 20 weitere Funktionen zur Erzielung einer effizienten Verbrennung des Kraftstoff/Luftgemisches im Brennraum, beispielsweise eine nicht dargestellte Abgasrückführung und/oder Tankentlüftung. Die aus der Verbrennung resultierende Gaskraft wird durch Kolben 38 und Kurbeltrieb 40 in ein Drehmoment gewandelt. In diesem technischen Umfeld kann die Katalysatortemperatur gemessen werden oder aus Betriebsgrössen des Verbrennungsmotors 12 modelliert werden. Die Modellierung von Temperaturen im Abgastrakt von Verbrennungsmotoren ist beispielsweise aus der US 5 590 521 bekannt.
  • Derartige Verbrennungsmotoren mit Direkteinspritzung werden üblicherweise sowohl in einer als Schichtbetrieb bezeichneten Betriebsart als auch in einer als Homogenbetrieb bezeichneten Betriebsart betrieben.
  • Im Schichtbetrieb wird der Motor mit einer stark geschichteten Zylinderladung und hohem Luftüberschuss betrieben, um einen möglichst niedrigen Kraftstoffverbrauch zu erreichen. Die geschichtete Ladung wird durch eine späte Kraftstoffeinspritzung erreicht, die im Idealfall zur Aufteilung des Brennraums in zwei Zonen führt: Die erste Zone enthält eine brennfähige Luft-Kraftstoff-Gemischwolke an der Zündkerze. Sie wird von der zweiten Zone umgeben, die aus einer isolierenden Schicht aus Luft und Restgas besteht. Das Potential zur Verbrauchsoptimierung ergibt sich aus der Möglichkeit, den Motor unter Vermeidung von Ladungswechselverlusten weitgehend ungedrosselt zu betreiben. Der Schichtbetrieb wird bei vergleichsweise niedriger Last bevorzugt.
  • Bei höherer Last, wenn die Leistungsoptimierung im Vordergrund steht, wird der Motor mit homogener Zylinderfüllung betrieben. Die homogene Zylinderfüllung ergibt sich aus einer frühen Kraftstoffeinspritzung während des Ansaugvorganges. Als Folge steht bis zur Verbrennung eine grössere Zeit zur Gemischbildung zur Verfügung. Das Potential dieser Betriebsart zur Leistungsoptimierung ergibt sich zum Beispiel aus der Ausnutzung des gesamten Brennraumvolumens zur Füllung mit brennfähigem Gemisch.
  • Im mageren Schichtbetrieb entstehen bei der Verbrennung erhöhte Stickoxidemissionen, die durch das nachgeschaltete katalytische Volumen 30 zunächst gespeichert (Einspeicherphase) werden. In einer Regenerierphase oder Ausspeicherphase wird das NOx speichernde Volumen (katalytische Volumen) 30 wieder entladen, so dass es in einem nachfolgenden Schichtbetrieb erneut Stickoxide (NOx) bzw. Sauerstoff (O2) aufnehmen kann.
  • Während der Regenerierphase wird vor dem katalytischen Volumen 30 Sauerstoffmangel erzeugt. Dies kann durch die Zufuhr von Reduktionsmittel erfolgen. Als Reduktionsmittel können bspw. Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) oder Harnstoff verwendet werden. Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid werden im Abgas durch eine fette Gemischeinstellung (Betrieb des Verbrennungsmotors 12 im Homogenbetrieb) erzeugt. Harnstoff kann aus einem Vorratsbehälter dem Abgas gesteuert zudosiert werden.
  • Während der Regeneration des katalytischen Volumens 30 reduziert das Reduktionsmittel die gespeicherten Stickoxide zu Stickstoff (N) und Kohlendioxid (CO2). Diese Stoffe treten aus dem katalytischen Volumen 30 heraus, so dass sich dahinter während der Regeneration ein Sauerstoffüberschuss ergeben kann, obwohl der Verbrennungsmotor 12 mit einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch (Sauerstoffmangel) betrieben wird.
  • In der 2 zeigt die Kurve 42 den Inhalt oder Füllungsgrad des NOx-Speichers und die Kurve 44 den Inhalt des Sauerstoffspeichers des katalytischen Volumens 30 über der Zeit beim Durchführen während einer Speicherphase (zwischen t_0 und t_1) und einer Regeneration (zwischen t_1 und t_3) an.
  • 3 zeigt mit der Kurve 46 qualitativ den dazu zeitlich korrelierten Verlauf der Sauerstoffkonzentration vor dem katalytischen Volumen 30 bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an. Dabei entspricht das hohe Niveau I der Kurve einem Sauerstoffüberschuß vor dem katalytischen Volumen 30 in einer Einspeicherphase, das niedrige Niveau II der Kurve 46 einem vergleichsweise großen Sauerstoffmangel zu Beginn einer Regeneration zum Leeren des Sauesrstoffspeichers und das etwas höhere Niveau III entspricht dem Niveau, mit dem der NOx-Speicher regeneriert wird.
  • 4 zeigt schematisch zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Rechenmodells für den Inhalt des Sauerstoffspeichers und des NOx-Speichers eines katalytischen Volumens 30, wie es in der Steuereinrichtung 20 gerechnet und zur Steuerung des Verbrennungsmotos 12 verwendet wird.
  • Zu diesem Zweck ist in der Steuereinrichtung 20 ein Programm abgespeichert, das auf einem Mikroprozessor als Bestandteil der Steuereinrichtung 20 ablauffähig und dazu geeignet ist, das Modellierungs- und Steuerungsverfahren durchzuführen.
  • Das Ergebnis der Modellierung kann bspw. dadurch zur Steuerung und/oder Regelung herangezogen werden, in dem die Steuereinrichtung 20 jeweils dann, wenn vorbestimmte Schwellenwerte von den gerechneten Verläufen 42, 44 erreicht oder durchlaufen werden, die Sauerstoffkonzentration vor dem katalytischen Volumen durch eine veränderte Steuerung des Verbrennungsmotors, beispielsweise durch veränderte Einspritzimpulsbreiten, geändert wird. So kann bekanntlich durch Vergrößern der einzuspritzenden Kraftstoffmengen ein Sauerstoffmangel im Abgas erzeugt werden.
  • Das Ausspeichermodell wird im Folgenden näher erläutert. In einem ersten Funktionsblock 48 wird der gesamte Reduktionsmittelmassenstrom msrg ermittelt, der dem NOx-speichernden katalytischen Volumen 30 während der Regenerierphase (t_1 bis t_3) zugeführt wird. Der gesamte Reduktionsmittelmassenstrom msrg ergibt sich aus der Gleichung: msrg = msab·(1.0/lambda – 1.0), mit dem Abgasmassenstrom msab und der Zusammensetzung lambda des Kraftstoff-Luft-Gemisches.
  • Der Abgasmassenstrom msab wird aus dem Luftmassenstrom msl ermittelt, der dem Verbrennungsmotor 12 zur Verbrennung zugeführt wird. Der Abgasmassenstrom msab ist der zeitverzögerte und – da stark temperaturabhängig – dichtekorrigierte Luftmassenstrom msl.
  • In einem Funktionsblock 50 wird ein Wirkungsgrad etared bestimmt, der im weiteren Verlauf mit dem gesamten Reduktionsmittelstrom msrg zu dem effektiven Reduktionsmittelstrom msre multipliziert wird, der tatsächlich an der Umsetzung der gespeicherten Komponenten (NOx, O2) beteiligt ist. Über den Wirkungsgrad etared kann der Tatsache Rechnung getragen werden, dass nicht der gesamte Reduktionsmittelmassenstrom msrg während der Regenerierphase in dem NOx-speichernden katalytischen Volumen 30 auf zu reduzierendes NOx oder zu reduzierenden O2 trifft, sondern ein Teil des gesamten Reduktionsmittelmassenstroms msrg das katalytische Volumen 30 ohne Reaktion mit NOx oder O2 wieder verlässt. Der Wirkungsgrad etared wird aus dem Abgasmassenstrom msab mittels einer applizierten Kennlinie ETARED ermittelt. Die Kennlinie ETARED kann im Vorfeld der Modellierung empirisch ermittelt werden.
  • Der effektive Reduktionsmittelmassenstrom msre wird in einem Funktionsblock 52 mit einem Aufteilungsfaktor fatmsre zu einem Anteil msnospa des effektiven Reduktionsmittelmassenstroms multipliziert, der in dem katalytischen Volumen 30 mit NOx reagiert. Ebenso wird der effektive Reduktionsmittelmassenstrom msre in einem Funktionsblock 54 mit einer Differenz aus 1.0 und dem Aufteilungsfaktor fatmsre zu einem Anteil mso2spa des effektiven Reduktionsmittelmassenstroms multipliziert, der in dem katalytischen Volumen 30 mit O2 reagiert. Über den Aufteilungsfaktor fatmsre wird der effektive Reduktionsmittelmassenstrom also auf den NOx-Speicher und den O2-Speicher aufgeteilt. Der Aufteilungsfaktor fatmsre ist abhängig von dem Füllstand des NOx- bzw. des O2-Speichers. Der Aufteilungsfaktor fatmsre stellt einen wesentlichen Teil des Rechenmodells dar. Seine Ermittlung ist, wie auch die hier skizzierte Modellierung, aus der DE 100 39 708 A1 bekannt, die insofern mit in vorliegende Offenbarung einbezogen wird.
  • Der NOx-Speicher und der O2-Speicher sind bei dem zu rechnenden Ausspeichermodell jeweils durch einen eigenen Integrator repräsentiert. In einem Funktionsblock 56 wird der Anteil msnospa des effektiven Reduktionsmittelmassenstroms einem NOx-Integrator zugeführt, um den NOx-Speicherinhalt mnosp zu bestimmen. Ebenso wird der Anteil mso2spa des effektiven Reduktionsmittelmassenstroms in einem Funktionsblock 58 einem O2-Integrator zugeführt, um den O2-Speicherinhalt mo2sp zu bestimmen. Da die O2-Speicherfähigkeit des katalytischen Volumens 30 stark temperaturabhängig ist, wird bei der Berechnung des O2-Speicherinhalts noch die Temperatur tkihkm des katalytischen Volumens 30 berücksichtigt, die gemessen werden kann oder, alternative dazu, ebenfalls durch eine Modellierung bestimmt werden kann.
  • Der NOx-Speicherinhalt mnosp und der O2-Speicherinhalt mo2sp werden zur Ermittlung des Aufteilungsfaktors fatmsre herangezogen. Falls der O2-Speicherinhalt mo2sp gleich Null (0.0) ist, d. h. falls der O2-Speicher bereits vollständig geleert ist, wird der Aufteilungsfaktor fatmsre gleich Eins (1.0) gewählt. Der Aufteilungsfaktor fatmsre wird dann in 4 den Funktionsblöcken 52 und 54 zugeführt. Das bedeutet, dass der gesamte effektive Reduktionsmittelstrom msre über den Funktionsblock 52 in den Funktionsblock 56 zu dem NOx- Speicher gelangt und dort an der Reduktion des NOx beteiligt ist.
  • Falls der O2-Speicherinhalt mo2sp nicht gleich Null (0.0) ist, wird überprüft, ob der NOx-Speicherinhalt mnosp gleich Null (0.0) ist, d. h. ob der NOx-Speicher bereits vollständig geleert ist. Falls ja, wird der Aufteilungsfaktor fatmsre gleich Null (0.0) gewählt. Das bedeutet, dass in 4 der gesamte effektive Reduktionsmittelstrom msre über den Funktionsblock 54 in den Funktionsblock 58 zu dem O2-Speicher gelangt und dort an dem Abbau des O2 beteiligt ist.
  • Falls der NOx-Speicherinhalt mnosp am Ende einer Regeneration nicht gleich Null (0.0) ist, wird der Aufteilungsfaktor fatmsre gleich einem beliebigen PARAMETER zwischen Null und Eins gewählt. Der PARAMETER kann im Vorfeld der Modellierung durch Simulation oder während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 empirisch ermittelt werden. Der PARAMETER kann abhängig vom Füllstand des NOx- bzw. des O2-Speichers variieren. Er kann sich linear mit dem Füllstand oder in beliebig anderer Weise mit dem Füllstand ändern.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Regeneration eines im Abgas eines Verbrennungsmotors (12) angeordneten katalytischen Speichervolumens (30), das beim Betrieb des Verbrennungsmotors (12) mit Sauerstoffüberschuss Sauerstoff und Stickoxide aus dem Abgas aufnimmt und speichert und beim Betrieb mit Sauerstoffmangel Sauerstoff und Stickstoff an das Abgas abgibt und dadurch regeneriert wird, mit den Schritten: Auslösen einer Regeneration durch Erzeugen eines ersten Sauerstoffmangels vor dem katalytischen Speichervolumen (30), wobei zu Beginn einer Regeneration ein größerer Sauerstoffmangel erzeugt wird als im weiteren Verlauf der Regeneration, während der Regeneration erfolgendes rechnerisches Bilden eines Füllungsgrades des Speichervolumens (30) aus Betriebskenngrößen des Verbrennungsmotors (12), und Verringern des Sauerstoffmangels vor dem katalytischen Volumen mit zunehmender Dauer der Regeneration, dadurch gekennzeichnet, dass das verringern des Sauerstoffmangels in Abhängigkeit von dem Füllungsgrad des Speichervolumens (30) erfolgt, bei der rechnerischen Bildung des Füllungsgrades sowohl ein Füllungsgrad mit Sauerstoff als auch ein Füllungsgrad mit Stickoxiden gebildet wird und der größere Sauerstoffmangel zu Beginn einer Regeneration so lange aufrechterhalten wird, bis der Füllungsgrad des katalytischen Speichervolumens (30) mit Sauerstoff einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verringern des Sauerstoffmangels in Abhängigkeit von dem Füllungsgrad des Speichervolumens (30) mit Sauerstoff erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verringern des Sauerstoffmangels in Abhängigkeit von dem Füllungsgrad des Speichervolumens (30) mit Stickstoff erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der rechnerischen Bildung des Füllungsgrades aus Betriebskenngrößen des Verbrennungsmotors (12) ein Abgasmassenstrom berücksichtigt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der rechnerischen Bildung des Füllungsgrades aus Betriebskenngrößen des Verbrennungsmotors (12) eine Temperatur des Abgases und/oder des katalytischen Speichervolumens (30) berücksichtigt wird.
  6. Steuereinrichtung (20), die dazu eingerichtet ist, eine Regeneration eines im Abgas eines Verbrennungsmotors (12) angeordneten katalytischen Speichervolumens (30), das beim Betrieb des Verbrennungsmotors (12) mit Sauerstoffüberschuss Sauerstoff und Stickoxide aus dem Abgas aufnimmt und speichert und beim Betrieb mit Sauerstoffmangel Sauerstoff und Stickstoff an das Abgas abgibt und dadurch regeneriert wird, mit den folgenden Schritten zu steuern: Auslösen einer Regeneration durch Erzeugen eines ersten Sauerstoffmangels vor dem katalytischen Speichervolumen (30), wobei zu Beginn einer Regeneration ein größerer Sauerstoffmangel erzeugt wird, als im weiteren Verlauf der Regeneration, während der Regeneration erfolgendes rechnerisches Bilden eines Füllungsgrades des Speichervolumens (30) aus Betriebskenngrößen des Verbrennungsmotors (12), und Verringern des Sauerstoffmangels vor dem katalytischen Speichervolumen (30) mit zunehmender Dauer der Regeneration, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) dazu eingerichtet ist, das Verringern des Sauerstoffmangels in Abhängigkeit von dem Füllungsgrad des katalytischen Speichervolumens (30) erfolgen zu lassen, bei der rechnerischen Bildung des Füllungsgrades sowohl einen Füllungsgrad mit Sauerstoff als auch einen Füllungsgrad mit Stickoxiden zu bilden und den größeren Sauerstoffmangel zu Beginn einer Regeneration so lange aufrechtzuerhalten, bis der Füllungsgrad des katalytischen Speichervolumens (30) mit Sauerstoff einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet.
  7. Steuereinrichtung (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) wenigstens eines der Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 5 durchführt.
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