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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines im Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten Stickoxid(NOx)-Speicherkatalysators und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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In der
DE 198 43 879 A1 ist ein Betriebsverfahren einer Brennkraftmaschine beschrieben, in deren Abgasbereich ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet ist. In einer ersten Betriebsphase, in welcher die Brennkraftmaschine im Rahmen einer geschichteten Zylinderfüllung mager betrieben wird, erfolgt eine Einlagerung des entstehenden NOx in den NOx-Speicherkatalysator. In einer zweiten Betriebsphase, in welcher die Brennkraftmaschine im Rahmen einer homogenen Zylinderfüllung stöchiometrisch oder fett betrieben wird, erfolgt ein Regenerieren des NOx-Speicherkatalysators. Ein hinter dem NOx-Speicherkatalysator angeordneter NOx-Sensor detektiert eine ansteigende NOx-Konzentration im Abgas während der Einlagerungsphase. Ein Wechsel in die Regenerationsphase wird eingeleitet, sobald die NOx-Konzentration einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. In anderen Ausführungsbeispielen erfolgt ein Wechsel von der Einlagerungsphase zur Regenerationsphase dann, wenn der NOx-Massenstrom oder das Integral des NOx-Massenstroms in der Einlagerungsphase hinter dem NOx-Speicherkatalysator einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Der NOx-Massenstrom hinter dem NOx-Speicherkatalysator kann aus dem NOx-Sensorsignal, dem Abgasmassenstrom, der beispielsweise aus dem gemessenen Ansaugluftmassenstrom ermittelt werden kann, und einem konstanten Faktor, der die Molmasse wiedergibt, erhalten werden.
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In der
DE 197 39 848 A1 ist ebenfalls ein Betriebsverfahren einer Brennkraftmaschine beschrieben, in deren Abgasbereich ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet ist. Ein Wechsel von der Einlagerungsphase zur Regenerationsphase wird in Abhängigkeit von der im NOx-Speicherkatalysator eingelagerten NOx-Masse vorgenommen. Die Masse wird aus dem Integral des NOx-Massenstroms ermittelt, der aus dem gemessenen Luftmassenstrom oder aus der bekannten Last der Brennkraftmaschine erhalten wird. Gegebenenfalls kann die Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder das Abgas-Lambda und/oder die Katalysatortemperatur und/oder das Sättigungsverhalten des Katalysators mitberücksichtigt werden.
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In der
DE 100 36 453 A1 ist ebenfalls ein Betriebsverfahren einer Brennkraftmaschine beschrieben, in deren Abgasbereich ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet ist. Der Wechsel von der Einlagerungsphase zur Regenerationsphase erfolgt in Abhängigkeit von der im NOx-Speicherkatalysator eingelagerten NOx-Masse. Der nach dem NOx-Speicherkatalysator auftretende NOx-Massenstrom wird sowohl anhand eines Modells des NOx-Speicherkatalysators berechnet als auch aus dem Signal eines NOx-Sensors ermittelt. Durch Vergleich der beiden Massenströme wird das Modell des NOx-Speicherkatalysators korrigiert.
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In der nicht vorveröffentlichten Offenlegungsschrift
DE 103 13 216 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines im Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten Stickoxid(NOx)-Speicherkatalysators beschrieben, in welchen in einer Einlagerungsphase NOx eingespeichert wird und in der in einer Regenerationsphase regeneriert wird. Der Wechsel zwischen den Phasen erfolgt in Abhängigkeit von der im NOx-Speicherkatalysator eingelagerten oder stromabwärts nach dem NOx-Speicherkatalysator auftretenden NOx-Masse. In einem ersten Zeitbereich, der mit dem Wechsel von der Einlagerungsphase zur Regenerierphase endet, wird die NOx-Masse anhand eines NOx-Sensorsignals eines stromabwärts nach dem NOx-Speicherkatalysator angeordneten NOx-Sensors gemessen und die Steigung des Verlaufs der NOx-Masse ermittelt. Vorgesehen ist eine Extrapolation der gemessenen NOx-Masse in einem zweiten Zeitbereich, der mit dem Wechsel von der Regenerationsphase zur Einlagerungsphase beginnt. Die Extrapolation geht von null aus und berücksichtigt die ermittelte Steigung. Der Endwert der Extrapolation zum Ende des zweiten Zeitbereichs wird als Anfangswert für die gemessene NOx-Masse verwendet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines im Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten Stickoxid(NOx)-Speicherkatalysators und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, welche die Ermittlung des richtigen Zeitpunkts für den Wechsel von der Einlagerungsphase zur Regenerationsphase ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale jeweils gelöst.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zum Betreiben eines im Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten NOx-Speicherkatalysators sieht vor, dass in einer Einlagerungsphase NOx eingespeichert wird und dass der NOx-Speicherkatalysator in einer Regenerationsphase vom eingelagerten NOx regeneriert wird. Der Wechsel zwischen den Phasen erfolgt in Abhängigkeit von der im NOx-Speicherkatalysator eingelagerten NOx-Masse, die anhand eines Modells des NOx-Speicherkatalysators berechnet wird. In einem ersten Zeitbereich, der mit dem Wechsel von der Einlagerungsphase zur Regenerationsphase endet, werden die eingelagerte NOx-Masse und die Steigung des Verlaufs der NOx-Masse anhand eines NOx-Sensorsignals eines stromabwärts nach dem NOx-Speicherkatalysator angeordneten NOx-Sensors ermittelt. Vorgesehen ist eine Extrapolation der ermittelten NOx-Masse in einem zweiten Zeitbereich, der mit dem Wechsel von der Regenerationsphase zur Einlagerungsphase beginnt. Bei der Extrapolation wird von null ausgegangen und die ermittelte Steigung zugrunde gelegt. Der Endwert der Extrapolation zum Ende des zweiten Zeitbereichs wird als Anfangswert für die Ermittlung der NOx-Masse im ersten Zeitbereich verwendet. Vorgesehen ist ein Vergleich der anhand des Modells berechneten und der gemessenen NOx-Masse oder der Änderung der NOx-Masse. In Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis wird das Modell mit einem Korrektursignal adaptiv nachgeführt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Ermittlung des richtigen Zeitpunkts, zu welchem von der Einlagerungsphase in die Regenerationsphase gewechselt wird.
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Ausgangspunkt ist die Tatsache, dass das NOx-Sensorsignal nicht zu jedem Zeitpunkt zur Verfügung steht. Das NOx-Sensorsignal ist beispielsweise nach der Inbetriebnahme des NOx-Sensors während der Aufheizphase, die einige Minuten betragen kann, noch nicht stabil. Weiterhin ist das NOx-Sensorsignal während der Regenerationsphase und einige Sekunden danach, also bereits während der Einlagerungsphase, instabil. Der Grund hierfür ist die hohe NOx-Konzentration während der Regenerationsphase, bei welcher die heute zur Verfügung stehenden preiswerten NOx-Sensoren in Sättigung gehen und anschließend eine gewisse Erholungszeit benötigen, die bereits in die neue Einlagerungsphase fällt. Außerdem liegt beim Wechsel von der Regenerationsphase zur Einlagerungsphase ein instationärer Betriebszustand vor, sodass bereits aus diesem Grund das NOx-Sensorsignal in der Anfangsphase der Einlagerungsphase nicht zuverlässig ist.
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Um jederzeit einen Wechsel von der Einlagerungsphase in die Regenerationsphase rechtzeitig einleiten zu können, wird auf die anhand des Modells des NOx-Speicherkatalysators berechnete NOx-Masse im NOx-Speicherkatalysator zurückgegriffen, die zu jedem Zeitpunkt während der Einlagerungsphase zur Verfügung steht. Der Wechsel wird entschieden anhand eines Vergleichs der berechneten NOx-Masse mit einem Schwellenwert.
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Eine gegebenenfalls vorhandene Abweichung, zwischen der tatsächlichen, durch Messung ermittelten und der berechneten NOx-Masse wird mit der erfindungsgemäßen Maßnahme durch einen Korrektureingriff in das Modell korrigiert. Das Modell wird damit adaptiv nachgeführt. Der Eingriff kann beispielsweise durch eine Addition oder eine Multiplikation innerhalb des Modells mit einem Korrektursignal erfolgen.
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Das Korrektursignal kann als Maß für den Zustand des Katalysators gewertet werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.
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Eine erste Ausgestaltung sieht ein Sensorsignal-Gültigkeitssignal vor, welches anzeigt, dass das NOx-Sensorsignal des NOx-Sensors gültig ist. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Sensorsignal-Gültigkeitssignal während des ersten Zeitbereichs einen Gültigkeitspegel und während des zweiten Zeitbereichs einen Ungültigkeitspegel aufweist.
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Das Sensorsignal-Gültigkeitssignal hängt zweckmässigerweise von der Betriebsbereitschaft des NOx-Sensors ab. Vorzugsweise weist das Sensorsignal-Gültigkeitssignal den Ungültigkeitspegel für eine von einem Zeitgeber vorgegebene Zeitdauer auf.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steigung zu vorgegebenen Zeitpunkten ermittelt wird. Alternativ wird die Steigung in Abhängigkeit von der Änderung der gemessenen NOx-Masse ermittelt.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
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Zeichnung
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1 zeigt ein technisches Umfeld, in welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren abläuft und die 2a bis 2c zeigen Signalverläufe in Abhängigkeit von der Zeit.
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1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10, die ein Drehzahlsignal 11 an eine Brennkraftmaschinen-Steuerung 12 und an einen Berechnungsblock 13 abgibt. Ein in einem Ansaugbereich der Brennkraftmaschine 10 angeordneter Luftsensor 14 gibt ein Luftsensorsignal 15 sowohl an die Brennkraftmaschinen-Steuerung 12 als auch an den Berechnungsblock 13 ab. Der Brennkraftmaschinen-Steuerung 12 wird weiterhin ein Sollsignal 16 zugeführt.
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In einem Abgasbereich der Brennkraftmaschine 10 ist ein NOx-Speicherkatalysator 17 angeordnet. Vor dem NOx-Speicherkatalysator 17 ist ein Lambdasensor 18 vorgesehen, der ein Lambdasignal 19 sowohl an die Brennkraftmaschinen-Steuerung 12 als auch an den Berechnungsblock 13 abgibt. Stromabwärts nach dem NOx-Speicherkatalysator 17 ist ein NOx-Sensor 30 angeordnet, der ein NOx-Sensorsignal 31 an einen ersten Umrechnungsblock 32 und an eine Sensorheizungssteuerung 33 abgibt.
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Die Brennkraftmaschinen-Steuerung 12 gibt sowohl an die Brennkraftmaschine 10 als auch an den Berechnungsblock 13 ein Kraftstoffsignal 34 ab. Weiterhin gibt die Brennkraftmaschinen-Steuerung 12 sowohl an ein Abgasrückführventil 35 als auch an den Berechnungsblock 13 ein Abgasrückführsignal 36 ab. Das Abgasrückführventil 35 gibt einen Abgasweg mit einem vorgegebenen Querschnitt frei, der vom Abgasbereich der Brennkraftmaschine 10 zum Ansaugbereich führt.
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Der Berechnungsblock 13 gibt ein Abgasmassenstrom-Signal msabg sowohl an den ersten Umrechnungsblock 32 als auch an einen zweiten Umrechnungsblock 37 ab. Weiterhin stellt der Berechnungsblock 13 einen NOx-Massenstrom msnovk vor dem NOx-Speicherkatalysator 17 und eine Abgastemperatur Tempabg bereit. Der NOx-Massenstrom msnovk und die Abgastemperatur Tempabg werden einer NOx-Massenstrom-Ermittlung 38 zur Verfügung gestellt, die in einem Modell 39 des NOx-Speicherkatalysators 17 enthalten ist. Zusätzlich wird der NOx-Massenstrom msnovk vor dem NOx-Speicherkatalysator 17 einer Differenzermittlung 50 zur Verfügung gestellt.
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Der erste Umrechnungsblock 32 ermittelt aus der Abgastemperatur Tempabg, dem NOx-Sensorsignal 31 und einer Molmasse 51 einen gemessenen NOx-Massenstrom msnohks hinter dem NOx-Speicherkatalysator 17, welcher der Differenzermittlung 50 zugeführt ist. Die Differenzermittlung 50 stellt einen in den NOx-Speicherkatalysator 17 strömenden gemessenen NOx-Massenstrom msnosps bereit, den ein erster Integrator 52 in eine gemessene NOx-Masse mnosps im NOx-Speicherkatalysator 17 aufsummiert.
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Die ermittelte NOx-Masse mnosps wird einer Steigungsermittlung 53, einem ersten Vergleicher 54 und einem ersten Differenzierer 55 zugeführt. Die Steigungsermittlung 53 gibt ein Signal an einen Extrapolator 56 ab, der eine Offset-Korrektur 57 zum ersten Integrator 52 weiterleitet.
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Das Modell 39 des NOx-Speicherkatalysators 17 enthält neben der NOx-Massenstrom-Ermittlung 38 einen zweiten Integrator 58, der eine berechnete NOx-Masse mnospm im NOx-Speicherkatalysator 17 bereitstellt. Die berechnete NOx-Masse mnospm wird der NOx-Massenstrom-Ermittlung 38, dem ersten Vergleicher 54, einem zweiten Differenzierer 60 sowie einem zweiten Vergleicher 61 zur Verfügung gestellt.
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Der erste Vergleicher 54, der die ermittelte NOx-Masse mnosps mit der berechneten NOx-Masse mnospm vergleicht, gibt ein erstes Vergleichssignal 63 an eine Korrekturermittlung 64 ab, die ein Korrektursignal 80 bereitstellt. Das Korrektursignal 80 wird sowohl der NOx-Massenstrom-Ermittlung 38 als auch dem zweiten Integrator 58 zur Verfügung gestellt. Der erste und der zweite Differenzierer 55, 60 geben Signale an einen dritten Vergleicher 62 weiter, der ein zweites Vergleichssignal 65 an die Korrekturermittlung 64 abgibt.
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Der zweite Vergleicher 61 gibt ein Betriebsphasensignal 66 sowohl an die Brennkraftmaschinen-Steuerung 12 als auch an einen Zeitgeber 67 ab. Der Zeitgeber 67 gibt ein Sensorsignal-Gültigkeitssignal 68 an die Steigungsermittlung 53, an den Interpolator 56 und an die Korrekturermittlung 64 weiter. Angesteuert wird der Zeitgeber 67 weiterhin von der Sensorheizungssteuerung 33 mit einem Heizungsbereitschaftssignal 69.
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2a zeigt die zwischen einem zweiten Zeitpunkt T2 und einem fünften Zeitpunkt T5 gemessene NOx-Masse mnosps. Der zweite und der fünfte Zeitpunkt T2, T5 begrenzen einen ersten Zeitbereich 71. Zwischen einem ersten Zeitpunkt T1 und dem zweiten Zeitpunkt T2 ist ein im Interpolator 56 auftretendes interpoliertes Signal gezeigt. Der erste und der zweite Zeitpunkt T1, T2 begrenzen einen zweiten Zeitbereich 72. Zum zweiten Zeitpunkt T2 liegt ein Anfangswert 70 vor. In 2a ist weiterhin ein dritter und vierter Zeitpunkt T3, T4 eingetragen.
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2b zeigt das Betriebsphasensignal 66 in Abhängigkeit von der Zeit t. Das Betriebsphasensignal 66 ändert zum ersten, zum fünften und zu einem sechsten Zeitpunkt T1, T5, T6 seinen Zustand. Zwischen dem ersten und fünften Zeitpunkt T1, T5 signalisiert das Betriebsphasensignal 66 eine Einlagerungsphase 73 und zwischen dem fünften und sechsten Zeitpunkt T5, T6 signalisiert das Betriebsphasensignal 66 eine Regenerationsphase 74.
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2c zeigt das Sensorsignal-Gültigkeitssignal 68 in Abhängigkeit von der Zeit t. Im zweiten Zeitbereich 72 weist das Sensorsignal-Gültigkeitssignal 68 einen Ungültigkeitspegel 75 und im ersten Zeitbereich 71 einen Gültigkeitspegel 76 auf.
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Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet folgendermaßen:
Die Brennkraftmaschinen-Steuerung 12 der Brennkraftmaschine 10 legt das Kraftstoffsignal 34 zumindest in Abhängigkeit vom Sollsignal 16, das beispielsweise von der Stellung eines nicht näher gezeigten Fahrpedals eines nicht näher gezeigten Kraftfahrzeugs abgeleitet ist, vom Luftsensorsignal 15, das der Luftsensor 14 bereitstellt, und vom Lambdasignal 19 fest, das der Lambdasensor 14 zur Verfügung stellt.
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Die Brennkraftmaschine 10 kann zumindest in zwei unterschiedlichen Betriebsarten betrieben werden. In dem eingangs genannten Stand der Technik ist die Brennkraftmaschine 10 als direkt einspritzende Brennkraftmaschine ausgebildet, die in einem Schichtbetrieb und in einem Homogenbetrieb betrieben werden kann. Der Schichtbetrieb kommt bei einer geringeren Leistungsanforderung zum Einsatz, während der Homogenbetrieb eine erhöhte Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 10 ermöglicht. Im Schichtbetrieb wird die Brennkraftmaschine 10 entdrosselt betrieben, wobei eine nicht näher gezeigte Drosselklappe, die sich im Ansaugbereich der Brennkraftmaschine 10 befindet, weitgehend geöffnet ist. Im Schichtbetrieb wird die Brennkraftmaschine 10 mit einer Luftzahl Lambda größer 1 betrieben. Auf Grund des Luftüberschusses entsteht ein erhöhter NOx-Massenstrom msnovk vor dem NOx-Speicherkatalysator 17, der in einem Dreiwegekatalysator nicht mehr unschädlich gemacht werden könnte. Der im Abgasbereich angeordneten NOx-Speicherkatalysator 17 speichert in diesem Fall das Stickoxid. Da die Speicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators 17 begrenzt ist, muss dessen Betriebsbereitschaft durch eine Regeneration von Zeit zu Zeit wieder hergestellt werden. Während der Regenerationsphase 74 muss dem NOx-Speicherkatalysator 17 ein Reduziermittel zur Verfügung gestellt werden, das beispielsweise innermotorisch bereitgestellt werden kann. Das Reduziermittel besteht in diesem Fall hauptsächlich aus unverbrannten Kohlenwasserstoffen und aus Wasserstoff. Diese Abgasbestandteile treten auf, wenn die Brennkraftmaschine 10 mit einer Luftzahl Lambda von kleiner oder mindestens gleich 1 betrieben wird. Nachdem der NOx-Speicherkatalysator 17 von der eingelagerten NOx-Masse befreit ist, kann wieder in die Einlagerungsphase 73 übergegangen werden.
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Eine Möglichkeit zum Erkennen, wann der NOx-Speicherkatalysator 17 regeneriert werden muss, beruht auf der Berechnung der im NOx-Speicherkatalysator 17 eingelagerten NOx-Masse mnospm. Die Berechnung erfolgt anhand des Modells 39. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die im NOx-Speicherkatalysator 17 eingelagerte NOx-Masse mnosps indirekt mittels des NOx-Sensorsignals 31 zu ermitteln.
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Eine andere Möglichkeit zum Erkennen, wann der NOx-Speicherkatalysator 17 regeneriert werden muss, beruht auf der Ermittlung der stromabwärts nach dem NOx-Speicherkatalysator 17 auftretenden NOx-Masse, die ebenfalls entweder anhand eines Modells oder anhand einer Messung ermittelt werden kann. Bei dieser Möglichkeit muss aber in jedem Fall die im NOx-Speicherkatalysator 17 eingelagerte NOx-Masse berücksichtigt werden, sodass im Folgenden nur auf die Ermittlung und Berechnung der im NOx-Speicherkatalysator 17 eingelagerten NOx-Masse mnosps, mnospm eingegangen wird.
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Wie bereits erläutert, steht das NOx-Sensorsignal 31 nicht immer zur Verfügung. Diesen Zustand spiegelt das am Ausgang des Zeitgebers 67 auftretende Sensorsignal-Gültigkeitssignal 68 mit dem Ungültigkeitspegel 75 wider. Das Sensorsignal-Gültigkeitssignal 68 gibt der Zeitgeber 67 in Abhängigkeit entweder vom Betriebsphasensignal 66 oder vom Heizungsbereitschaftssignal 69 für die vom Zeitgeber 67 vorgegebene Zeit ab.
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Das Heizungsbereitschaftssignal 69 zeigt an, dass der NOx-Sensor 30 seine Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat. Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 10 kann die Zeit bis zum Erreichen der Betriebsbereitschaft mehrere Minuten betragen. Der Zeitgeber 67 ist als retriggerbarer Zeitgeber ausgestaltet, der somit den Ungültigkeitspegel 75 zunächst solange ausgibt, wie die Betriebsbereitschaft noch nicht vorliegt. Wenn die Betriebsbereitschaft vorliegt, muss noch die vom Zeitgeber 67 vorgegebene Zeit abgewartet werden, bis das Sensorsignal-Gültigkeitssignal 68 vom Ungültigkeitspegel 75 zum Gültigkeitspegel 76 wechselt.
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Das Betriebsphasensignal 66 tritt am zweiten Vergleicher 61 auf, wenn die berechnete NOx-Masse mnospm einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Die Schwellenüberschreitung legt den fünften Zeitpunkt T5 fest, zu dem von der Einlagerungsphase 73 zur Regenerationsphase 74 gewechselt wird. Das Betriebsphasensignal 66 startet zum fünften Zeitpunkt T5 gleichzeitig den Zeitgeber 67, sodass unmittelbar nach dem fünften Zeitpunkt T5 der Sensorsignal-Ungültigkeitspegel 75 vorliegt.
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Die NOx-Masse mnospm im NOx-Speicherkatalysator 17 kann folgendermaßen berechnet werden: Der NOx-Massenstrom msnovk stromaufwärts vor dem NOx-Speicherkatalysator 17 kann im Berechnungsblock 13 aus bekannten Größen ermittelt werden. Im einfachsten Fall wird der NOx-Massenstrom msnovk im Berechnungsblock 13 unmittelbar aus einer Größe ermittelt, die der Brennkraftmaschinen-Steuerung 12 bekannt ist. Eine solche Größe ist beispielsweise das Luftsignal 15. Alternativ oder zusätzlich kann das Kraftstoffsignal 34 herangezogen werden. Weiterhin kann das Drehzahlsignal 11 und/oder das Abgasrückführsignal 36 und/oder das Lambdasignal 19 bei der Ermittlung des NOx-Massenstroms msnovk vor dem NOx-Speicherkatalysator 17 berücksichtigt werden. Weiterhin kann gegebenenfalls die zusätzliche Kraftstoffrate berücksichtigt werden, die von einem nicht näher gezeigten Tankentlüftungssystem bereitgestellt wird.
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Ausgehend von dem ermittelten NOx-Massenstrom msnovk stromaufwärts vor dem NOx-Speicherkatalysator 17 kann der in den NOx-Speicherkatalysator 17 fließende NOx-Massenstrom msnospm in der NOx-Massenstrom-Ermittlung 38 anhand eines Berechnungsmodells des NOx-Speicherkatalysators 17 berechnet werden. Die NOx-Massenstrom-Ermittlung 38 berücksichtigt weiterhin vorzugsweise die im Berechnungsblock 13 berechnete Abgastemperatur Tempabg und/oder die Raumgeschwindigkeit des Abgasstromes msabg, die der zweite Umrechnungsblock 37 bereitstellt. Die Raumgeschwindigkeit ist eine Funktion des Abgasmassenstroms msabg und des Volumens des NOx-Speicherkatalysators 17. Der Abgasmassenstrom msabg kann seinerseits im Berechnungsblock 13 in Abhängigkeit vom gemessenen Luftsignal 15 angegeben werden.
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Anhand einer Integration des berechneten, in den NOx-Speicherkatalysator 17 strömenden NOx-Massenstroms msnospm im zweiten Integrator 58 wird die im NOx-Speicherkatalysator 17 eingelagerte NOx-Masse mnospm berechnet. Durch die Zurückführung der berechneten NOx-Masse mnospm zur NOx-Massenstrom-Ermittlung 38 wird zum Ausdruck gebracht, dass bei der Berechnung des NOx-Massenstroms msnospm auch die im NOx-Speicherkatalysator 17 bereits eingelagerte NOx-Masse mnospm berücksichtigt werden kann. Die NOx-Massenstrom-Ermittlung 38 und der zweite Integrator 58 bilden das Modell 39 des NOx-Speicherkatalysators 17.
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Anhand der vom Modell 39 berechneten NOx-Masse mnospm wird im zweiten Vergleicher 61 durch Vergleich mit einem Schwellenwert über die vorzugebende Betriebsphase der Brennkraftmaschine 10 entschieden. Es kann durchaus die Betriebssituation vorliegen, dass das Sensorsignal-Gültigkeitssignal 68 bis zum Erreichen des Schwellenwerts den Ungültigkeitspegel 75 beibehält. Der Wechsel von der Einlagerungsphase 73 zur Regenerationsphase 74 kann in dieser Situation ausschließlich anhand der vom Modell 39 berechneten NOx-Masse mnospm entschieden werden, die zu jedem Zeitpunkt zur Verfügung steht.
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Auf Grund von Alterungserscheinungen, thermischen Überlastungen und/oder schädlichen Kraftstoffbestandteilen können Abweichungen zwischen der tatsächlichen und der berechneten NOx-Masse mnospm auftreten. Vorgesehen ist deshalb eine Überprüfung der berechneten NOx-Masse mnospm durch eine Ermittlung.
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Zur Messung der NOx-Konzentrationen im Abgas ist der NOx-Sensor 30 stromabwärts nach dem NOx-Speicherkatalysator 17 vorgesehen. Der gemessene NOx-Massenstrom msnohks stromabwärts nach dem NOx-Speicherkatalysator 17 wird im ersten Umrechnungsblock 32 erhalten durch eine Multiplikation mit dem gesamten Abgasmassenstrom msabg. Weiterhin wird der Umrechnungsfaktor für die Molmasse 51 benötigt, um zum gemessenen NOx-Massenstrom msnohks hinter dem NOx-Speicherkatalysator 17 zu gelangen.
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Die ermittlelte NOx-Masse mnosps ergibt sich aus dem Integral der Differenz des NOx-Massenstroms msnovk stromaufwärts vor dem NOx-Speicherkatalysator 17 und dem gemessenen NOx-Massenstrom msnohks stromabwärts nach dem NOx-Speicherkatalysator 17. Die Differenz stellt die Differenzermittlung 50 bereit, die der erste Integrator 52 integriert.
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Da innerhalb des zweiten Zeitbereichs 72 das NOx-Sensorsignal 31 des NOx-Sensors 30 nicht zuverlässig ist, spiegelt die im zweiten Zeitbereich 72 ermittelte NOx-Masse mnosps nicht in jeder Betriebssituation den tatsächlichen Wert wider. Bis zum zweiten Zeitpunkt T2 wird das Integrationsergebnis des ersten Integrators 52 deshalb nicht verwendet bzw. unterdrückt. Eine zuverlässige Ermittlung liegt erst innerhalb des ersten Zeitbereichs 71 vor. Die Zuverlässigkeit bezieht sich nur auf den gemessenen NOx-Massenstrom msnohks in den NOx-Speicherkatalysator 17. Die vom ersten Integrator 52 aufsummierte ermittelte NOx-Masse mnosps im NOx-Speicherkatalysator 17 kann aufgrund eines falschen Anfangswerts 70 weiterhin auch im zweiten Zeitbereich 71 fehlerhaft sein.
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Der richtige Anfangswert 70 wird deshalb folgendermaßen ermittelt: Nach Ablauf der vom Zeitgeber 67 vorgegebenen Zeit, die dem zweiten Zeitbereich 72 entspricht, wechselt das Gültigkeitssignal 68 vom Ungültigkeitspegel 75 auf den Gültigkeitspegel 76. Die Steigungsermittlung 53 ermittelt sofort nach Eintritt in den ersten Zeitbereich 71 die Steigung des Verlaufs der ermittelten NOx-Masse mnosps und gibt das Ergebnis an den Extrapolator 56 weiter. Der Extrapolator 56 extrapoliert zwischen dem ersten und zweiten Zeitpunkt T1, T2, während das Sensorsignal-Gültigkeitssignal 68 den Ungültigkeitspegel 75 aufweist. Die Extrapolation beginnt zum ersten Zeitpunkt T1 mit dem Wert null und endet zum zweiten Zeitpunkt T2, wobei die ermittelte Steigung zugrunde gelegt wird. Mit dem Abschluss der Extrapolation steht der Anfangswert 70 zur Verfügung, der als Offset-Korrektur 57 dem ersten Integrator 52 zugeführt wird.
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Die Extrapolation und die daraus resultierende Bereitstellung des Anfangswerts 70 erfolgen im unmittelbaren Anschluss an den zweiten Zeitpunkt T2, sodass die richtige ermittelte NOx-Masse mnosps kurz nach dem zweiten Zeitpunkt T2 zur Verfügung steht. Der dritte und vierte Zeitpunkt T3, T4 sind nur der Übersichtlichkeit wegen mit einem verhältnismäßig großen zeitlichen Abstand zum zweiten Zeitpunkt T2 bzw. mit einem großen zeitlichen Abstand nacheinander eingetragen. Tatsächlich liegen der dritte und vierte Zeitpunkt T3, T4 nahe am zweiten Zeitpunkt T2. Die Ermittlung der Steigung des Verlaufs der ermittelten NOx-Masse mnosps kann beispielsweise zwischen dem dritten und vierten Zeitpunkt T3, T4 erfolgen, wobei der dritte und vierte Zeitpunkt T3, T4 einen festen zeitlichen Bezug zum zweiten Zeitpunkt T2 aufweisen. Vorzugsweise wird die Steigung in Abhängigkeit von der ermittelten NOx-Masse mnosps selbst ermittelt. Beispielsweise kann eine vorgegebene Betragsänderung vorgesehen sein, die der Ermittlung der Steigung zugrunde liegt.
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Zum vierten Zeitpunkt T4, der kurz nach den zweiten Zeitpunkt T2 liegt, stehen sowohl die berechnete als auch die ermittlelte NOx-Masse mnospm, mnosps zur Verfügung. An einem Zahlenbeispiel soll der kurze zeitliche Abstand zwischen dem zweiten und vierten Zeitpunkt T2, T4 verdeutlicht werden. Die zwischen den Zeitpunkten T1, T5 liegende Einlagerungsphase 73 beträgt beispielsweise 1 bis 2 Minuten, während die zwischen dem fünften und sechsten Zeitpunkt T5, T6 liegende Regenerationsphase 74 beispielsweise 2 Sekunden beträgt. Der zwischen dem ersten und zweiten Zeitpunkt T1, T2 liegende zweite Zeitbereich 75 beträgt beispielsweise 10 Sekunden und die Ermittlung des Anfangswerts 70 ist beispielsweise nach weiteren 2 Sekunden abgeschlossen.
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Die ermittelte und die berechnete NOx-Masse mnospm, mnosps werden im ersten Vergleicher 54 miteinander verglichen. In Abhängigkeit vom Ergebnis gibt der erste Vergleicher 54 das erste Vergleichssignal 63 an die Korrektur-Ermittlung 64 ab. Die Korrektur-Ermittlung 64 ist freigeschaltet, wenn das Sensorsignal-Gültigkeitssignal 68 vorliegt. Die Korrektur-Ermittlung 64 legt das Korrektursignal 80 fest, welches der NOx-Massenstrom-Ermittlung 38 und/oder dem zweiten Integrator 58 des Modells 39 zugeführt wird. Das Korrektursignal 80 beeinflusst in der NOx-Massenstrom-Ermittlung 38 den berechneten NOx-Massenstrom msnospm, der in den NOx-Speicherkatalysator 17 fließt. Alternativ oder zusätzlich beeinflusst das Korrektursignal 80 den zweiten Integrator 58, indem es den die Steigung bestimmenden Integralanteil des zweiten Integrators 58 verändert. Zusätzlich oder alternativ kann ein Vergleich der Steigungen der berechneten und ermittelten NOx-Masse mnospm, mnosps vorgesehen sein. Zur Steigungsermittlung sind der erste und zweite Differenzierer 55, 60 vorgesehen, die ihre Ausgangssignale an den dritten Vergleicher 62 abgeben. Der dritte Vergleicher 62 vergleicht die beiden Steigungen und gibt in Abhängigkeit vom Ergebnis das zweite Vergleichssignal 65 an die Korrektur-Ermittlung 64 ab. Die Korrektur-Ermittlung 64 kann zusätzlich oder alternativ das Korrektursignal 80 in Abhängigkeit vom zweiten Vergleichssignal 65 beeinflussen.
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Die Korrektur des Modells 39 mittels des Korrektursignals 80 führt zu einer Adaption des Modells 39 des NOx-Speicherkatalysators 17 mit dem Ergebnis, dass die ermittelte NOx-Masse mnospm, die jederzeit zur Verfügung steht, durch Vergleich mit der gemessenen NOx-Masse mnosps eine vergleichsweise hohe Genauigkeit aufweist. Das Korrektursignal 80 spiegelt den Zustand NOx-Speicherkatalysators 17 wider. Das Korrektursignal 80 kann daher als Katalysator-Zustandssignal herangezogen werden, welches den Alterungszustand des Katalysators anzeigt.
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht ein vollständiges Ausnutzen der Speicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators 17 und stellt den rechtzeitigen Wechsel von der Einlagerungsphase 73 zur Regenerationsphase 74 zum fünften Zeitpunkt T5 sicher.
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Die beschriebenen Funktionen werden vorzugsweise in Software realisiert, die vorzugsweise in der Brennkraftmaschinen-Steuerung 12 enthalten ist.